L'adaptation des villes au changement climatique constitue un enjeu majeur des politiques d’aménagement. Promouvoir l'intégration des infrastructures vertes et bleues dans l'environnement urbain entant que stratégies d'adaptation implique ainsi de comprendre leurs impacts sur les bilans en eau et en énergie. Un modèle hydro microclimatique,TEB-Hydro, a préalablement été développé en tenant compte du couplage détaillé des deux bilans. Cependant, des études récentes ont mis en cause la représentation des processus hydrologiques en sous-sol urbain. Ainsi, ce travail de thèse consiste à améliorer la composante hydrologique du modèle (drainage de l’eau du sol par les réseaux, écoulements souterrains vertical et latéral). Après calage,une évaluation hydrologique est réalisée sur deux bassins versants urbains de Nantes. Dans les deux cas, le calage fait ressortir la même configuration de simulation, malgré des morphologies différentes, ce qui est encourageant pour des applications du modèle en projection climatique. L’évaluation hydrologique met en avant les paramètres clés du modèle et démontre une amélioration du processus de l’infiltration de l’eau du sol dans le réseau d’assainissement. L’évaluation hydro-énergétique du modèle démontre une représentation satisfaisante des flux de chaleur sensible et latente. Le fonctionnement du modèle vis-à-vis de l’évapotranspiration est discuté via le prisme de la végétation et de la morphologie urbaine. Une première application de TEB-Hydro en contexte de changement climatique permet d’évaluer une méthode statistique existante de désagrégation et soulève la problématique de la représentation de la dynamique pluviométrique dans ce contexte. / Adapting growing cities to climate change is a major challenge in planning policy. Promoting the integration of green and blue infrastructures in the urban environment as adaptation strategies implies understanding their impacts on both the urban hydrological and energy balance. A hydro-microclimate model,TEB-Hydro, was developed previously, taking into account detailed coupling between the two balances. However, first model evaluation studies on different urban catchments have questioned the representation of the hydrological processes in the urban subsoil. This PhD work consists of performing new developments on the models hydrological component (soil-water drainage by sewer networks, vertical and lateral subsoil flows). After calibration a hydrological evaluation is performed on two urban catchments in Nantes. In both cases, the calibration brings out the same simulation configuration, despite different catchment related properties. This is encouraging for applying the model on climate projection. The hydrological evaluation highlights the model key parameters as well as shows improvements concerning sewer soilwater infiltration processes. In addition, a hydro-energetic evaluation shows a satisfactory representation of sensible and latent heat fluxes. The model operation vis-à vis evapotranspiration processes is discussed through vegetation and urban morphology. A first application of TEB-Hydro in climate change context enables evaluating an existing statistical disaggregation method as well as raises the problematic in representing rainfall dynamics for climate projection purposes.

La réduction de la consommation de l’eau dans les serres agricoles représente un grand intérêt ne serait-ce que pour accroitre l’efficience d’utilisation de l’eau par les cultures et rendre les professionnelsdu secteur horticole plus compétitifs. La thèse vise à apporter des réponses concernant la gestion optimale de l’eau. Ceci passe par la mise en place d’un modèle capable de prédire les bilans demasse et d’énergie sur l’ensemble du continuum substrat-planteatmosphère en régimes de confort et de restriction hydrique. La plupart des modèles de transfert existants se focalisent soit surle système sol-plante, soit sur le système plante-atmosphère. Ils ont de plus été établis principalement pour les systèmes de grandes cultures, alors que les cultures en pot sous serre possèdent desspécifi cités liées au confi nement tant aérien que racinaire. L’enjeu est de bâtir une approche intégrée du continuum substrat-planteatmosphère pour modéliser le fonctionnement de plantes en pots sousserre. La thèse s’appuie sur une double approche expérimentale et numérique. Une campagne expérimentale a été lancée en 2014 puis en 2015 sous serre et une autre en chambre climatique en 2014,en utilisant l’Impatiens de Nouvelle Guinée comme plante modèle. Il s’agissait d’abord d’élaborer un modèle de la résistance stomatique, élément clef de la transpiration en s’appuyant sur le modèleméthode multiplicatif de Jarvis puis sur la méthode des plans d’expérience en confort et en restriction hydrique. Les données acquises ont permis de caler/valider ces modèles de résistance,qui ont pu êtr / In greenhouses, reducing water consumption is of high interest, not only to increase water effi ciency, but also to maintain competitiveness of the growers. The aim of this thesis is to provideanswers regarding the optimal water management. To reach this goal, predictive models water and energy transfers through the substrate-plant-atmosphere are implemented, considering wellwatered plants and plants under water restriction. Most existing models of water and energy transfers have benne established either on the soil-plants system, or on theplant-atmosphere system. Moreover, such models were mainly developed for open fi eld conditions, although plants grown in pots have specifi cities linked to the aerial and root confi nement.The challenge is therefore to develop an integrated soil-plantatmosphere model for greenhouse plants grown in pot. The thesis was based on a combined experimental and numerical approach.A field survey was conducted in 2014 and then in 2015 inside a greenhouse, and another one in a growth chamber in 2014. The New Guinea Impatiens was used as a plant model. The stomatal resistance was fi rst modeled, as a key factor impacting the transpiration, by using the multiplicative Jarvis model, andthen the design of experiments method for plants under wellwatered and water restriction conditions. The collected data was used to calibrate/validate the aforementioned stomatalresistance models; the obtained models could then be tested to evaluate transpiration with the Penman Monteith model and the direct method. Finally, these models were integrated in

Soil freezing and thawing is of importance in transport of water, heat and solute, which has coupled effects. Solute type and solute content in frozen soil could influence the osmotic potential of frozen soil and decrease freezing point, resulting in differences in soil freezing characteristic curves under various solute conditions. Prediction model provides an approach for estimating soil freezing characteristic curves under various water and solute conditions based on soil freezing characteristic curve obtained at certain water and solute conditions. Water, heat and solute transport in seasonally frozen soil is a coupled process strongly linked to evaporation and energy balance of soil surface. High solute content and shallow GWTD provide good conditions for water and solute accumulation in surface layer, which would result in more evaporation during thawing. Also, high solute content in upper layer would cause more liquid water to exist in upper layer, which may enhance evaporation during freezing period. Obvious increase in cumulative evaporation amount was detected for frost tube experiments, 51.0, 96.6, to 114.0 mm when initial solute content increased from 0.2%, 0.4%, to 0.6%, and initial GWTD of 1.5 m. Similar trends were observed for other GWTD and solute treatments. Water and heat transport simulated by the CoupModel combined with GLUE calibration showed good performances, when constrained by certain criteria. Uncertainties were investigated using ensemble of modeling results. Simulated energy partitioning showed intensive oscillations in daily courses during soil freezing/thawing periods and strongly influenced the stability of energy system on surface of soil. The study demonstrated the complexity in water, heat and solute transport in seasonally frozen soil, and the necessity of combining experimental data with numerical model for better understanding the processes as well in decision making for irrigation district water resources management. / 土壤冻融过程对于水热及溶质的运移具有十分重要的影响，并对于寒旱区水文过程的研究有着深远意义。在冻土中，溶质的种类及溶质含量会对土壤溶质势产生影响，并导致冰点的降低，进而影响土壤冻结曲线的变化。本研究通过建立含盐冻土冻结曲线的预报模型，有效地利用一定水盐试验条件下的冻结曲线对未知条件下的冻结曲线进行预测，进而为数值模型实时根据土壤水盐条件获得准确的液态含水量与温度的关系时提供了可行的方法。冻融土壤中的水热盐运移过程与地表的水热平衡有着密切联系，进而影响冻融土壤蒸发过程。试验研究表明，高溶质含量及浅埋深地下水条件为地表的蒸发提供了便利条件，因为高溶质含量土壤冰点降低，同一负温条件下的液态含水量增大，为蒸发提供了可利用水分；而浅埋深地下水对冻融期水盐的表聚提供的方便，进而有助于融化期地表水分的大量蒸发及下层土层水分的大量向上补给。例如，当地下水初始埋深设置在1.5 m时，对于初始含盐量分别为0.2%，0.4% 和0.6% g/g的冻融试验组，冻融期累积蒸发量分别为51.0，96.6和114.0 mm。同样的增加趋势在其它初始地下水埋深设置试验组里也被验证，且初始地下水埋深越浅，累积蒸发量也越大。CoupModel 与GLUE相结合的方法能够有效地根据实测数据对模型进行率定并经过筛选后得出较好的模拟结果集合。通过对筛选的模拟输出集合的不确定性分析，对模型模拟过程的不确定性有了很好的了解。模拟的地表能量分配过程显示，地表能量的日变化过程较为剧烈，并且对地表能量平衡系统的稳定性产生了显著影响。研究通过试验与模拟相结合的方法，展示了季节性冻融土壤中水热盐耦合运移过程的复杂性，同时也表明利用试验取样与数值模型相结合的方法研究冻融土壤中水热盐运移过程的必要性，并为高效的水资源管理决策的制定提供了有效的手段。 / <p>QC 20150518</p>