Définie comme un processus qui réduit le potentiel de production des sols ou de l'utilité des ressources naturelles, la dégradation des sols est un problème environnemental majeur qui affecte plus de 41 % des terres émergées et plus de 80 % de la population affectée par ce phénomène vit dans les pays en voie de développement. Le présent projet a pour objectif général, la caractérisation des différents types d'occupation et d'utilisation du sol et la détection de leurs changements spatio-temporels à partir de données radar (ERS 1-2, RADARSAT-1 et ENVISAT) en vue d'une modélisation spatio-temporelle de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols en milieu semi-aride. Étant donné la forte sensibilité du signal radar aux conditions d'observation du capteur et de la cible, une répartition judicieuse des images en fonction des conditions du milieu (condition humide et condition sèche) et des configurations angulaires des images radar (23° et [33°-35°-471) est d'abord réalisée. Une bonne caractérisation et une évolution temporelle des quatre types d'occupation et d'utilisation du sol d'intérêt sont obtenues avec des niveaux de contrastes différents selon l'angle d'incidence et les conditions du milieu. En complément de l'approche « pixellaire » pour la détection des changements (Différenciation d'images et ACP), un suivi de l'occupation du sol par approche orientée objet focalisée sur deux types d'occupation du sol (végétation et sol nu) a été développé. Cette méthode permet une fine cartographie des occurrences de sol nu en fonction des conditions du milieu. Enfin, avec l'apport de diverses sources d'information, une modélisation de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols par la règle de fusion probabiliste de Dempster-Shafer est réalisée dans le sud-ouest du Niger. Les cartes de décision qui en résultent sont statistiquement acceptables avec des taux de réussite de 93 % et 91 % et des valeurs Kappa de 86 % et 84 % respectivement en conditions sèche et humide. Aussi, la carte globale de vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols dans ce milieu semi-aride est-elle produite à partir de ces deux cartes de décision.

L'étude est menée au Sud-Ouest du Niger, en bordure du fleuve Niger, en milieu semi-aride, sur les aquifères de la ville de Niamey et de ses environs immédiats. Les différents aquifères sont contenus dans les formations birimiennes du socle précambrien qui forment le substratum de la ville, les formations sablo-argileuses du Continental Terminal 3 qui s'élèvent sur le plateau de la rive gauche et les alluvions quaternaires de la vallée du fleuve et de ses affluents. Au milieu des années 1980, un sévère étiage du fleuve Niger a motivé le creusement de 120 forages captant les aquifères du socle fissuré afin d'assurer l'alimentation en eau de la ville. Une pollution nitratée, liée à l'urbanisation incontrôlée et à la déforestation, a été mise en évidence. En effet, le développement des infrastructures urbaines (extension des réseaux d'assainissement et d'alimentation en eau) n'a pas pu suivre la croissance démographique (4,5%.an-1, 1988-2001), ce qui laisse craindre une accentuation de la pollution des eaux souterraines alors que la demande en eau de la ville est croissante. L'objectif principal de ce présent travail est donc de faire un état des lieux de la qualité des eaux souterraines à travers une étude croisée de la piézométrie et des paramètres physico-chimiques. Dans cette optique, un suivi piézométrique et physico-chimique mensuel sur une année (70 chroniques piézométriques saisonnières -1047 mesures-, 80 chroniques de conductivité -1200 mesures-) et quatre campagnes d'échantillonnages (232 échantillons) pour l'analyse des ions majeurs, complétés par une campagne de 21 jours pour des analyses bactériologiques (50 échantillons) ont été entrepris sur 3 années. Ces données sont complétées par celles déjà existantes sur la zone d'étude dans le but de mettre en évidence les évolutions de la ressource en eau à une échelle pluridécennale aux plans quantitatifs et qualitatifs. La faible profondeur de la nappe (0,5 à 30 m) et la mise en évidence des variations saisonnières du niveau piézométrique sur tous les puits de la zone captant les aquifères superficiels (réservoir d'altérites et CT3) montrent que la zone d'étude est une zone de recharge. Cette caractéristique concourt à favoriser le transfert des polluants. Au plan de la qualité des eaux, les sources et les processus de la minéralisation des eaux des différents aquifères ont été précisés en utilisant les techniques statistiques multivariées (ACP, CAH, AFD), les diagrammes binaires, les rapports ioniques et la distinction des faciès chimiques. La pollution nitratée déjà mise en évidence a été confirmée avec 44% des points d'eau échantillonnés présentant des teneurs supérieures à la norme OMS de potabilité de l'eau de boisson (50 mg.L-1), et des valeurs atteignant 816 mg.L-1 soit plus de 16 fois supérieures à cette norme. 14% des forages échantillonnés ont montré une évolution de la pollution nitratée sur une vingtaine d'années. D'une manière générale, les eaux souterraines localisées en centre ville et au niveau de la vallée du fleuve présentent les plus fortes teneurs en éléments dissous, indiquant ainsi que l'urbanisation est l'un des principaux facteurs contrôlant la modification de la minéralisation naturelle des eaux. Mots clés : urbanisation, nappe libre, piézométrie, géochimie, nitrates, milieu semi-aride, Niamey, Niger.

La vallée de la Komadougou Yobé constitue un site privilégié de recharge de l'aquifère quaternaire du bassin du lac Tchad. Depuis les années 1980, le développement des cultures de rente (p. ex. poivron) a conduit à un doublement des surfaces irriguées (1995-2005) dans sa partie aval. Afin de quantifier la recharge supplémentaire induite, une modélisation des flux hydriques verticaux dans la zone non-saturée (0-8 m) a été engagée. La première étape, objet de ce travail de thèse, consiste à décrire l'organisation spatiale et les propriétés hydrodynamiques des corps sédimentaires constitutifs de l'alluvium.Des forages à travers les formations superficielles mettent en évidence des alternances sable-sable argileux dans la totalité de la zone non-saturée, conséquence des migrations du lit mineur de la Komadougou Yobé. Le calcul de la corrélation entre les forages indique une forte analogie avec les hétérogénéités identifiées en surface à partir de données de télédétection (Landsat 7 binarisée). Ces données sont donc utilisées pour l'apprentissage de statistiques multipoints représentatives des hétérogénéités et un modèle géologique 3D de l'alluvium est généré via l'algorithme snesim.Des suivis neutroniques de l'humidité le long de plusieurs profils caractéristiques des différentes unités sédimentaires associées à ce modèle sont réalisés pour des conditions de flux contrôlées en surface. A partir de simulations numériques 1D, des jeux de paramètres hydrodynamiques permettant de reproduire les humidités mesurées sont déterminés par une approche de type Monte-Carlo. Des densités de probabilité intégrant l'incertitude sur les mesures sont obtenues pour les paramètres de Mualem - van Genuchten décrivant les courbes de rétention et de conductivité hydraulique des sédiments.Une procédure 1D-distribuée est utilisée pour simuler les écoulements non-saturés verticaux au sein de plusieurs réalisations du modèle géologique et pour différents jeux de paramètres hydrodynamiques probables. La recharge diffuse calculée se montre particulièrement sensible au paramètre de pression d'entrée d'air attribué aux dépôts superficiels, siège des principales interactions sol-plante-atmosphère, ainsi qu'aux contrastes verticaux de conductivité hydraulique. / The downstream part of the Komadugu Yobe River is an important recharge area for the Lake Chad Quaternary aquifer. Since the 1980s, cash crop development (e.g. sweet pepper) has led to the doubling (1995-2005) of irrigated surfaces in the vicinity of the river. A modeling approach of vertical water fluxes through the vadose zone (0-8 m) was designed to quantify the related increase in groundwater recharge. The first step, which is the main topic of this PhD thesis, consisted in describing both spatial arrangement and hydrodynamic properties of the sedimentary bodies that make up the alluvium.Boreholes in surficial deposits highlighted sandy to clayey alternations within the whole unsaturated zone; this was interpreted as the result of frequent migrations of the River channel. Spatial correlation between bore logs showed strong similarities with heterogeneities depicted on ground by means of remote sensing data (binarized Landsat 7 image). This data were therefore used to train multiple-point statistics representative of heterogeneities, and a 3D geological model was generated through the snesim algorithm.For each representative sedimentary unit, soil moisture under controlled hydraulic surface conditions was monitored by vertical neutron probe soundings. Using 1D numerical simulations, different data sets of hydrodynamic properties that reproduced moisture measurements were determined by a Monte-Carlo approach. Probability density functions including measurement uncertainties were deduced for the Mualem - van Genuchten parameters which describe both retention and hydraulic conductivity curves.A 1D-distributed procedure was applied for modeling vertical flows in the unsaturated zone within several geological model realizations with different probable sets of hydrodynamics parameters. The simulated diffuse recharge was shown to be particularly sensitive to two main parameters: air-entry pressure linked to superficial deposits, where soil-plant-atmosphere interactions do occur, and vertical hydraulic conductivity contrasts within the alluvium.

Définie comme un processus qui réduit le potentiel de production des sols ou de l'utilité des ressources naturelles, la dégradation des sols est un problème environnemental majeur qui affecte plus de 41 % des terres émergées et plus de 80 % de la population affectée par ce phénomène vit dans les pays en voie de développement. Le présent projet a pour objectif général, la caractérisation des différents types d'occupation et d'utilisation du sol et la détection de leurs changements spatio-temporels à partir de données radar (ERS 1-2, RADARSAT-1 et ENVISAT) en vue d'une modélisation spatio-temporelle de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols en milieu semi-aride. Étant donné la forte sensibilité du signal radar aux conditions d'observation du capteur et de la cible, une répartition judicieuse des images en fonction des conditions du milieu (condition humide et condition sèche) et des configurations angulaires des images radar (23° et [33°-35°-47°]) est d'abord réalisée. Une bonne caractérisation et une évolution temporelle des quatre types d'occupation et d'utilisation du sol d'intérêt sont obtenues avec des niveaux de contrastes différents selon l'angle d'incidence et les conditions du milieu. En complément de l'approche " pixellaire " pour la détection des changements (Différenciation d'images et ACP), un suivi de l'occupation du sol par approche orientée objet focalisée sur deux types d'occupation du sol (végétation et sol nu) a été développé. Cette méthode permet une fine cartographie des occurrences de sol nu en fonction des conditions du milieu. Enfin, avec l'apport de diverses sources d'information, une modélisation de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols par la règle de fusion probabiliste de Dempster-Shafer est réalisée dans le sud-ouest du Niger. Les cartes de décision qui en résultent sont statistiquement acceptables avec des taux de réussite de 93 % et 91 % et des valeurs Kappa de 86 % et 84 % respectivement en conditions sèche et humide. Aussi, la carte globale de vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols dans ce milieu semi-aride est-elle produite à partir de ces deux cartes de décision.