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.

La redistribution des masses d'eau à la surface des continents génère une déformation de la croûte terrestre mesurable par les instruments géodésiques actuels. Cette observation peut être interprétée de deux manières, suivant le point de vue porté à ce couplage entre hydrologie et géodésie. Pour les géodésiens, cette contribution hydrologique est considérée comme un bruit de surface qui masque les signaux ténus d'origine interne et d'intérêt géodynamique. Pour les hydrologues, les instruments géodésiques sont sensibles aux variations de masse d'eau au sein d'une unité hydrologique et permettraient d'apporter des informations complémentaires pour le suivi du bilan hydrologique et ainsi de mieux comprendre les processus de redistribution d'eau. Ce travail prend le parti de considérer ces deux points de vue pour traiter le couplage entre hydrologie et géodésie. La méthodologie retenue est basée sur le principe de modélisation physique qui permet à ce que chaque discipline puisse profiter des informations fournies par l'autre. Trois points sont à traiter en particulier : i) appréhender les différents processus de déformation mécanique forcés par l'hydrologie, ii) mesurer ou modéliser la quantité d'eau stockée dans l'unité hydrologique représentative de l'échelle spatiale de sensibilité de l'instrument géodésique considéré. Cette étape est primordiale puisque la qualité du forçage hydrologique dépend du réalisme des processus de redistribution, iii) distribuer spatialement cette lame d'eau. Le gravimètre supraconducteur de l'observatoire de Strasbourg et les inclinomètres hydrostatiques longue-base de Sainte-Croix-aux-Mines, instruments géodésiques parmi les plus sensibles, serviront de données test pour valider les outils de modélisation présentés dans ce travail. Le bon accord entre les modélisations et les observations permet de valider la méthodologie adoptée, mais montre également une limite importante : l'ensemble des signaux environnementaux, corrélés, se mélangent dans les données géodésiques. Ainsi, une modélisation de l'ensemble des déformations induites par l'environnement est une étape préalable à l'utilisation des instruments géodésiques comme outils pour l'hydrologie.