O conhecimento e o monitoramento do vasto potencial hídrico da bacia Amazônica têm sido uma preocupação de diversos campos da ciência e das administrações pública e privada que necessitam dessas informações. A Agência Nacional de Águas, por exemplo, é responsável pela manutenção e gerenciamento da rede hidrometeorológica do país, com mais de 1500 estações de observação. Para uma melhor análise e aplicação desse importante conjunto de informações nos estudos da bacia hidrográfica, faz-se necessário o estabelecimento de pontos que definam um referencial único para todos os dados, em especial para o cálculo da marca zero das réguas limnimétricas das estações de observação. A definição de um sistema de referência vertical envolve a escolha de um datum vertical e de um tipo de altitude relacionada com o campo de gravidade. Usualmente, o datum vertical relaciona-se ao nível médio dos mares, estimado a partir de uma ou mais estações maregráficas. Tendo em vista as dificuldades logísticas na Amazônia, a cobertura atual da rede altimétrica do IBGE não é suficiente para alcançar a maior parte dos pontos de medição. O presente trabalho concentra-se na avaliação do emprego dos sistemas espaciais de posicionamento (GPS) e de observação por radar-altímetro (TOPEX-POSEIDON) na definição de um referencial homogêneo para a bacia Amazônica, como alternativa ao nivelamento geométrico. Nessa pesquisa, foram implantados pontos de controle em toda a extensão do curso principal da bacia, nos rios Amazonas e Solimões, e as altitudes geométricas obtidas com o GPS foram reduzidas com diferentes modelos geoidais. São apresentados os resultados da comparação da linha d\'água dos rios, definida a partir das informações das séries temporais medidas nas réguas limnimétricas, com o referencial proposto, assim como sugestões para trabalhos futuros. / La connaissance et la surveillance de l\'immense potentiel hydrologique du bassin de l\'Amazone concernent plusieurs domaines de la science et des administrations publiques et privées. L\'agence nationale brésilienne de l\'eau (ANA) par exemple, est responsable de la planification et de la gestion d\'un réseau hydraulique et météorologique au niveau national, avec plus de 1500 stations d\'observation. Pour une meilleure analyse et application de cet ensemble important d\'informations sur les études du bassin hydrographique, il est nécessaire d\'établir un réseau de points définissant un référentiel unique pour toutes les données. C\'est particulièrement le cas pour le calcul de la référence du zéro hydrométrique des règles de mesures aux stations d\'observation du niveau d\'eau des rivières. La définition d\'un système vertical de référence implique le choix d\'informations verticales et d\'un type d\'altitude liés au champ de pesanteur. Habituellement, les informations verticales se rapportent au niveau moyen de la mer, estimé à partir d\'une ou plusieurs mesures de marégraphes. Au vu des difficultés logistiques en Amazonie, couverture actuelle du réseau altimétrique de l\'IBGE n\'est pas suffisante pour atteindre la plupart des postes de mesure. Le travail actuel se concentre donc sur l\'évaluation fournie par un système de positionnement global par satellite (GPS) et par l\'altimétrie radar (TOPEX POSEIDON) pour la définition d\'un référentiel vertical homogène pour le bassin de l\'Amazone, comme alternative à la mise en place du nivellement géométrique. Pour cette étude, Nous avons établi des points de contrôle le long du fleuve principal de bassin (Amazone et Solimoes) et nous avons réduit les altitudes géométriques obtenues avec le GPS en utilisant différents modèles de géoïde. Nous présentons les résultats de la comparaison des niveaux de l\'eau de la rivière, définis à partir des séries temporelles mesurées sur les échelles des rivières, avec le référentiel proposé. Nous présentons également des suggestions futures, concernant les orientations possibles de ces travaux.

La connaissance et la surveillance de l\'immense potentiel hydrologique du bassin de l\'Amazone concernent plusieurs domaines de la science et des administrations publiques et privées. L\'agence nationale brésilienne de l\'eau (ANA) par exemple, est responsable de la planification et de la gestion d\'un réseau hydraulique et météorologique au niveau national, avec plus de 1500 stations d\'observation. Pour une meilleure analyse et application de cet ensemble important d\'informations sur les études du bassin hydrographique, il est nécessaire d\'établir un réseau de points définissant un référentiel unique pour toutes les données. C\'est particulièrement le cas pour le calcul de la référence du zéro hydrométrique des règles de mesures aux stations d\'observation du niveau d\'eau des rivières. La définition d\'un système vertical de référence implique le choix d\'informations verticales et d\'un type d\'altitude liés au champ de pesanteur. Habituellement, les informations verticales se rapportent au niveau moyen de la mer, estimé à partir d\'une ou plusieurs mesures de marégraphes. Au vu des difficultés logistiques en Amazonie, couverture actuelle du réseau altimétrique de l\'IBGE n\'est pas suffisante pour atteindre la plupart des postes de mesure. Le travail actuel se concentre donc sur l\'évaluation fournie par un système de positionnement global par satellite (GPS) et par l\'altimétrie radar (TOPEX POSEIDON) pour la définition d\'un référentiel vertical homogène pour le bassin de l\'Amazone, comme alternative à la mise en place du nivellement géométrique. Pour cette étude, Nous avons établi des points de contrôle le long du fleuve principal de bassin (Amazone et Solimoes) et nous avons réduit les altitudes géométriques obtenues avec le GPS en utilisant différents modèles de géoïde. Nous présentons les résultats de la comparaison des niveaux de l\'eau de la rivière, définis à partir des séries temporelles mesurées sur les échelles des rivières, avec le référentiel proposé. Nous présentons également des suggestions futures, concernant les orientations possibles de ces travaux. / O conhecimento e o monitoramento do vasto potencial hídrico da bacia Amazônica têm sido uma preocupação de diversos campos da ciência e das administrações pública e privada que necessitam dessas informações. A Agência Nacional de Águas, por exemplo, é responsável pela manutenção e gerenciamento da rede hidrometeorológica do país, com mais de 1500 estações de observação. Para uma melhor análise e aplicação desse importante conjunto de informações nos estudos da bacia hidrográfica, faz-se necessário o estabelecimento de pontos que definam um referencial único para todos os dados, em especial para o cálculo da marca zero das réguas limnimétricas das estações de observação. A definição de um sistema de referência vertical envolve a escolha de um datum vertical e de um tipo de altitude relacionada com o campo de gravidade. Usualmente, o datum vertical relaciona-se ao nível médio dos mares, estimado a partir de uma ou mais estações maregráficas. Tendo em vista as dificuldades logísticas na Amazônia, a cobertura atual da rede altimétrica do IBGE não é suficiente para alcançar a maior parte dos pontos de medição. O presente trabalho concentra-se na avaliação do emprego dos sistemas espaciais de posicionamento (GPS) e de observação por radar-altímetro (TOPEX-POSEIDON) na definição de um referencial homogêneo para a bacia Amazônica, como alternativa ao nivelamento geométrico. Nessa pesquisa, foram implantados pontos de controle em toda a extensão do curso principal da bacia, nos rios Amazonas e Solimões, e as altitudes geométricas obtidas com o GPS foram reduzidas com diferentes modelos geoidais. São apresentados os resultados da comparação da linha d\'água dos rios, definida a partir das informações das séries temporais medidas nas réguas limnimétricas, com o referencial proposto, assim como sugestões para trabalhos futuros.

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Le travail effectué au cours de cette thèse a consisté à examiner une large gamme de processus liés à la branche continentale du cycle de l'eau à l'aide du modèle de surface ORCHIDEE (ORganising Carbon and Hydrology In Dynamic EcosystEms), des observations in situ et satellites. En utilisant les données de l'altimétrie spatiale Topex/Poséidon et de la mission gravimétrique GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), j'ai montré que le modèle ORCHIDEE était capable de reproduire les variations saisonnières et interannuelles des réservoirs d'eau sur les continents. J'ai fourni, pour la première fois, une validation à l'échelle globale du bilan d'eau estimé dans ce modèle. Le rôle important des régions tropicales dans la variabilité du climat a aussi été souligné. Au cours de la thèse, dans le but d'étudier les variations lentes (décennales/multi-décennales), j'ai construit une base de données de forçage atmosphérique de longue période, appelé NCC (National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research Corrected by Climate Research Unit), pour les modèles de surface. NCC s'étend de 1948 à 2000 avec une résolution spatiale de 1°x1° et une résolution temporelle de 6 heures. Cette base de données a été validée par les débits des plus grands fleuves du monde et s'est montrée un élément important pour la compréhension de l'évolution des processus continentaux au cours des 50 dernières années. Une des applications de NCC était l'étude de la contribution de l'eau continentale au changement du niveau de la mer. J'ai montré qu'une augmentation de température de l'océan menait à plus d'eau stockée sur les continents, menant à une rétroaction négative sur le niveau de la mer.

L'altimétrie radar a été initialement développée pour contribuer à l'étude de la dynamique des eaux océaniques. Elle a permis d'avoir des résultats significatifs sur les océans, en particulier à cause de leur vaste étendue et de leur homogénéité. Les succès obtenus sur les océans ont poussé plusieurs chercheurs à investiguer l'utilisation de l'altimétrie satellitaire pour la caractérisation des eaux et des surfaces continentales. Jusque-là, des résultats encourageants ont été rapportés par certaines études sur l'hydrologie des mers intérieures, des grands lacs et fleuves et des zones inondables. Dans cette thèse, nous évaluons l'apport de l'altimétrie satellitaire dans l'analyse des variations des niveaux d'eau dans le Delta Intérieur du fleuve Niger au Mali, en Afrique de l'Ouest. Classé parmi les sites de la Convention Ramsar sur les zones humides, le Delta intérieur joue un rôle de premier plan pour le Mali et l'ensemble de la sous-région, à la fois aux niveaux socio-économique et environnemental. Le Delta est caractérisé par une période de crue, pendant laquelle une superficie de plus de 20 000 km2 de terre reste inondée. L'eau se retire complètement pendant la période de décrue. Cette dynamique crue-décrue conditionne pratiquement l'ensemble des activités humaines dans la région et influence significativement les processus écologiques. D'où l'intérêt scientifique de mieux la comprendre. Cet intérêt est aussi justifié par la fragilité du Delta face aux changements climatiques et à la désertification. Les données d'altimétrie considérées dans l'étude proviennent des satellites Topex/Poseidon (1992-2005) et Envisat (2002-2009). Les données ont été corrigées des effets environnementaux. Afin de pouvoir élaborer des séries temporelles incluant les données provenant des deux satellites, nous avons analysé leur période de chevauchement (2002-2005). Cette analyse a révélé une bonne corrélation entre les deux séries de mesures (R[indice supérieur 2] = 0,76), et un biais systématique d'environ 89 cm. Les mesures Envisat ont alors été corrigées pour les ramener au même niveau que Topex/Poseidon, permettant ainsi de produire des séries temporelles sur 17 ans (1992-2009). Suite à cette analyse, nous proposons un algorithme de retraitement de forme d'onde qui intègre le coefficient de rétrodiffusion à l'échelle du temps de pénétration de l'onde dans un milieu en présence de végétation. L'idée ici c'est de tenir compte de l'hétérogénéité d'un milieu comme le Delta, qui peut être couvert de végétation. Pour cela, nous introduisons dans l'équation de la forme d'onde, le coefficient de rétrodiffusion estimé à partir du modèle dit des nuages d'eau, pour créer un nouvel algorithme appelé algorithme des nuages d'eau. Cet algorithme a été appliqué sur les données Envisat, mais également sur OSTM/Jason-2. Les résultats de l'algorithme ont été validés avec des mesures in situ de la Direction Nationale de l'Hydraulique du Mali et aussi avec des mesures acquises lors d'une campagne de terrain conduite entre août et octobre 2009. Les écarts observés sont généralement faibles (< [+ ou -] lm ). L'algorithme des nuages d'eau a été comparé à d'autres algorithmes existants. Il montre surtout une forte corrélation avec Ice-1 (R[indice supérieur 2] = 0,84). Finalement, nous analysons l'influence des précipitations sur les variations de niveaux d'eau obtenues. Trois sources de précipitations provenant de mesures satellitaires ou des réanalyses de modèles ont été considérées dans trois bassins d'alimentation (bassin du Fouta-Djalon en amont, bassin du Bani et le bassin intérieur au Mali). L'analyse révèle l'importance des précipitations, particulièrement dans le bassin du Fouta-Djalon. En effet, environ 70% des sites analysées [i.e. analysés] dans le Delta montrent une corrélation relativement forte (R[indice supérieur 2] > 0,40) avec les cumuls de précipitations dans les bassins considérés.

Alors que depuis un peu plus de 2000 ans, le niveau moyen de la mer a peu varié, ce niveau s'est élevé d'environ 2 mm/an au cours du 20ème siècle. Cette hausse soudaine est attribuée au réchauffement climatique d'origine anthropique enregistré depuis plusieurs décennies. Depuis une douzaine d'années, on mesure de façon globale et précise les variations du niveau de la mer grâce aux satellites altimétriques Topex/Poseidon et Jason-1. Ces observations indiquent une hausse moyenne globale d'environ 3 mm/an depuis 1993, valeur sensiblement plus grande que celle des dernières décennies. <br />Diverses observations disponibles depuis peu nous ont permis de quantifier les contributions des divers facteurs climatiques à la hausse observée du niveau de la mer : expansion thermique de la mer due au réchauffement des océans, fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires, apport d'eau des réservoirs continentaux. Le bilan de ces nouvelles observations nous permet d'expliquer en partie la hausse observée du niveau de la mer. En particulier, nous montrons que l'expansion thermique des océans n'explique que 25% de la hausse séculaire du niveau de la mer enregistrée par les marégraphes depuis 50 ans, tandis qu'elle contribue à la hauteur de 50% à la montée du niveau marin au cours de la dernière décennie. Parallèlement, des études récentes estiment que la fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires pourraient contribuer pour environ 1 mm/an à l'élévation du niveau de la mer au cours de la dernière décennie. <br />De plus, la forte variabilité régionale des vitesses d'évolution du niveau de la mer révélée par les observations altimétriques de Topex/Poseidon résulte en grande partie de l'expansion thermique. Nous mettons également en lumière l'importante variabilité spatio-temporelle décennale de l'expansion thermique des océans au cours des 50 dernières années, qui semble dominée par les fluctuations naturelles du climat. De plus nous posons pour la première fois la question du lien qui existe entre les fluctuations décennales de l'expansion thermique des océans et la contribution climatique des eaux continentales au niveau de la mer. Enfin, une analyse préliminaire des observations gravimétriques de la mission spatiale GRACE sur les océans nous permet d'évaluer les variations saisonnières du niveau moyen de la mer liées aux variations du bilan de masse d'eau des océans.