L’érosion des sols est reconnue comme l’un des principaux facteurs à l’origine de la dégradation physico-chimique des environnements aquatiques. Ce phénomène, bien que largement décrit dans des régions topographiquement contrastées, reste, pour les régions de plaine agricole très peu détaillé en dépit d’une connectivité optimale entre les sources de matière et les masses d’eau. Dans ce contexte, nous avons développé une approche intégrée multi-paramètres permettant de retracer la cascade sédimentaire sur une plaine agricole drainée (bassin du Louroux : 47.16°N – 0.78°E) en partant des sources de matière jusqu’à leur accumulation dans un réceptacle sédimentaire, l’étang médiéval du Louroux. Dans les objectifs initiaux, il s’agissait (i) de quantifier à long (<60 ans) et court terme (<10 ans) l’évolution de la dynamique érosive en lien avec les perturbations anthropiques (remembrement, mise en place de réseaux de drainage, fossés), (ii) de tracer l’origine des sédiments transitant dans les cours d’eau (iii) et d’identifier les modali-tés de départs de la matière au niveau des berges. / Soil erosion is identified as one of the main factors influencing the physico-chemical degradation of the aquatic environments. This phenomenon has been largely described on contrasted topographic areas but there is a gap of knowledge about sediment mobilization/transfer in lowland areas despite the high connectivity level between the potential sources of sediment and the water bodies. In this context we have implemented an integrated multi-parameter approach allowing to track the sediment dynamics in a drained lowland area (the Louroux pond catchment: 47.16°N – 0.78°E) by starting from the sources of sediment to their accumulation in a sedimentary receptacle: the middle-age Louroux pond. The aims of this study are (i) to quantify at long (approx. 60 years) and short time scales (<10 years) the evolution of the erosion rate in the hillslope in link with the increase of the anthropogenic pressures (land consolidation, implementation of the drain network, ditches design), (ii) to track the origin of sediment reaching the pond, (iii) to identify and quantify the parameters influencing bank erosion, that is one of the main source of sediment transfers.

L’accident de la centrale de Fukushima Dai-ichi en 2011 a conduit au dépôt d’ultra-traces d’uranium et de plutonium sur les sols des bassins versants côtiers du nord-est du Japon, s’ajoutant à l’uranium naturel et au plutonium issu des retombées globales des essais nucléaires atmosphériques, déjà présents avant l’accident. La contribution relative de ces différentes sources peut être quantifiée à partir de la mesure précise de leur composition isotopique et à la détermination précise des signatures isotopiques locales antérieures à l’accident grâce aux données bibliographiques et à l’analyse d’une carotte sédimentaire prélevée dans un réservoir de barrage. Ainsi, l’analyse d’échantillons de sols prélevés après 2011 montre que la distribution spatiale des dépôts initiaux de plutonium est globalement similaire à celle du radiocésium. De plus, si le marquage en uranium de la centrale n’a pas été observé, le plutonium issu de l’accident a été mis en évidence et quantifié dans tous les sédiments (de rivières) analysés, démontrant que le plutonium provenant de la centrale est plus rapidement exporté vers l’Océan Pacifique que celui qui provient des essais atmosphériques. Par ailleurs, des microparticules portant le plutonium ont été localisées puis caractérisées précisément (taille, morphologie, composition chimique). De manière générale, ces travaux ont fourni des données originales sur le devenir des actinides dans l’environnement de Fukushima. / The 2011 Fukushima Dai-ichi accident led to the deposition of uranium and plutonium at ultra-trace levels on coastal catchments in northeastern Japan, in addition to the natural uranium and plutonium from the global fallout of the atmospheric nuclear tests, already present before the accident. The relative contribution of these different sources can be quantified from the precise measurement of their isotopic composition and the precise determination of local isotopic signatures prior to the accident through the compilation of literature data and the analysis of a sediment core collected in a dam reservoir. Furthermore, the analysis of soil samples collected after 2011 shows that the spatial distribution of initial plutonium deposits is roughly similar to that of radiocaesium. In addition, if the presence of uranium originating from the plant was not confirmed, the plutonium rejected by the accident was identified and quantified in all the river sediment samples analyzed, showing that the plutonium originating from the plant is more quickly exported to the Pacific Ocean than that originating from the global atmospheric tests. In addition, plutonium bearing micro particles were localized and then precisely characterized (size, morphology, chemical composition). Overall, this work provided original data on the fate of actinides in the Fukushima environment.

Les mosaïques de paysages dessinées par les cours d’eau sont le fruit de fonctionnements complexes. Ces fonctionnements sont appréhendés à divers échelles spatio-temporelles (e.g, bassin versant, secteurs fonctionnels, macroformes alluviales ou particules sédimentaires) décrites au sein du concept de système fluvial. Le fonctionnement des systèmes fluviaux s’établissent autour d’équilibres sédimentaires mettant en balance les flux liquides et solides. C’est pourquoi, l’état géomorphologique des cours d’eau à charge sédimentaire graveleuse peut être décrit au travers d’un prisme sédimentaire par l’observation de tendances générales à large échelles, de phénomènes plus ou moins localisés tels que l’incision, l’engravement, la migration des formes sédimentaires ou des modifications des propriétés géométriques des particules constituant la charge sédimentaire. Ainsi, la meilleure connaissance du rôle des flux sédimentaires actuels et passés dans l’état géomorphologique pour la prédiction des trajectoires hydrosédimentaires des cours, répond à des objectifs à la fois écologiques (la perméabilité de la nappe d’alluvions et de la zone hyporhéique exercent des fonctions auto-épuratrices (Datry et al., 2008), la faune benthique est la base de la chaîne alimentaire des écosystèmes fluviaux), politiques (liés à la gestion des risques d’inondation et d’érosion des terres ou d’ouvrages d’ingénierie) ou encore philosophiques (quel fonctionnement de référence pour quel système fluvial ? Quelle implication et quel rôle pour l’Homme dans le fonctionnement de ces systèmes anthropisés à divers degrés ?). Aussi, le développement d’outils et de méthodologie(s) pour la caractérisation des flux sédimentaires ou des processus observés en rivières constitue un axe de recherche important en constante émulsion. Les recherches que nous avons engagés sont articulées autour de trois axes interdépendants : (1) les propriétés physiques des particules sédimentaires, (2) leur mobilité et (3) leur transformation par abrasion. Dans le cadre de ce typique, nous avons cherché à lever le doute subsistant concernant le rôle de la fracturation de traceurs naturels (calcaires) équipés de transpondeurs passifs basses fréquences (PIT-tag) et à tester l’intérêt de l’utilisation de galets synthétiques pour la conception de nouveaux traceurs équipés de transpondeurs actifs ultra hautes fréquences (a-UHF). Nous avons ensuite testé le potentiel de ces transpondeurs (a-UHF), dont les caractéristiques d’émission sont mieux adaptées que celles des PIT-tag à l’étude du fonctionnement des macroformes fluviale à l’échelle de tronçons fonctionnels, puis avons développé une méthodologie de recherche en rivière spécifique à ces nouveaux traceurs. Par ailleurs, Nous avons testé la sensibilité à divers paramètres d’entrée d’un programme de calcul d’émoussé de particules sédimentaires grossières, en avons validé son intérêt pour l’analyse (1) des relations entre évolution des indices d’émoussé et abrasion de la masse sédimentaire et (2) du fonctionnement hydrosédimentaire d’un bassin versant et avons formulé les recommandations nécessaires de respecter pour sa bonne utilisation. Enfin, nous avons cherché à comparer les influences respectives de la densité et de la forme des particules sédimentaires pendant leur transport par charriage. Ces résultats soulignent l’influence au moins aussi grande de la forme comparée à la mobilité, sur le déplacement des particules sédimentaires. / The influence of fluvial systems dynamics on riverine landscape patterns is the consequence of complex ecosystem dynamics. These driving factors can be analysed at different spatiotemporal scales of the fluvial system (for example: river basin, functional units, alluvial megaforms or sedimentary particles). The dynamic of fluvial systems depends on the equilibrium between solid and liquid fluids. For this reason, the geomorphological status of watercourses can be described from a sedimentary perspective taking into account general trends at large scale, local characteristics such as incision, aggradation, sedimentary migration or the alteration of particles’ geometrical properties that constitute bed load. Thus, a better understanding of the influence of past and present sedimentary flows on the geomorphological status of watercourses has at the same time an ecological impact (permeability of both the alluvial layer and the hyporheic zone and its self-filtration function (Datry et al., 2008)), a political impact (related to flood management, erosion risks and issues or hydraulic facilities) or even a philosophical issue (what is the appropriate reference for what fluvial system? What is the role of Humanity on these anthropized environments and at what extent?).Thus, the development of methodological tools to characterize sedimentary flows or the observed dynamics on rivers, is considered a major and rising research issue. The research studies described in this thesis are structured in three distinct topics: (1) physical properties of sedimentary particles; (2) their mobility; (3) their transformation as a consequence of abrasion.In this context, we have analysed the relationship between breakage and low recovery rates for natural tracers (limestone pebbles) equipped with low frequency passive transponders (PIT-tag). In addition, we have tested the use of synthetic pebbles to create new tracers equipped with high frequency active transponders (a-UHF), more performant than PIT-tags. Secondly, we have developed a new search and location field methodology specially, adapted to these new transponders. Thirdly, we have tested the sensibility of the toolbox developed by Roussillon et al. (2009), design to measure the roundness of coarse sedimentary particles, to different entry parameters. We have confirmed its interest to (1) analyse the relationship between particles normalized abrasion and its roundness trends; (2) analyse the hydrosedimentary dynamics at a river basin scale. We have included several recommendations to apply this toolbox in the appropriate conditions. Finally, we have performed a comparative analysis between particles’ density and shape and its influence on bedrock transport. These results highlight the significant influence of shape on travelled distance in comparison with density.