L'aménagement des versants méditerranéens en terrasses et en fossés avait pour but d'augmenter la surface agricole et de permettre une meilleure gestion de l'eau. La dégradation des terrasses et des drains peut conduire à une augmentation des risques d'inondation, d'érosion et de maintien des cultures. Pour améliorer la connaissance de l'impact réel sur la réponse hydrologique des versants, cette thèse suit différentes approches de modélisation. D'abord la réponse hydrologique d'un bassin versant méditerranéen (0.91 km2) avec des terrasses et des fossés aménagés est simulée à l'aide d'un modèle distribué, événementiel, à base physique, adapté aux bassins versants agricoles. La performance est très satisfaisante pour certains événements simulés, même si le modèle ne tient pas compte des terrasses. Afin de modéliser l'impact des terrasses agricoles et de l'écoulement artificiel, nous avons conçu un nouveau modèle distribué et parcimonieux qui utilise une distribution linéaire du temps de réponse, combiné avec l'hydrogramme unitaire instantané géomorphologique. Les simulations sur des versants et bassins virtuels avec un réseau non-optimal de drainage (non-OCN) montrent que (i) pour de longues interfaces entre une parcelle et un cours d'eau la réponse hydrologique est plus rapide et le débit de pointe plus élevé; (ii) la vitesse du ruissellement de surface a un plus grand impact sur le débit de pointe que la vitesse d'écoulement dans les fossés; et (iii) la densité de drainage accrue combinée avec la création de terrasses résulte en un débit de pointe plus élevé en aval et moins élevé en amont. / Terrace cultivation and artificial drainage were implemented on Mediterranean hillslopes for multiple reasons: agricultural terraces increase arable land surface and artificial drainage allows for better water management. Degradation of terraces and channels inevitably leads to an increase in flood risk, erosion and, eventually, crop damage. Little is known about their effect on hillslope hydrologic response, and therefore this thesis presents an integrated method where we compare different modelling approaches. We first simulated the hydrologic response of a Mediterranean catchment (0.91 km2) with terrace cultivation and artificial drainage using a physically-based, fully distributed storm flow model for agricultural catchments. Simulation performance is impressive for some storms, even though the model does not account for terraces. In order to model the effects of terrace cultivation and artificial drainage on hillslope hydrologic response explicitly, we subsequently developed a new distributed model with only geometric and flow velocity parameters, using a linear response time distribution combined with the hillslope geomorphologic instantaneous unit hydrograph. Simulations on virtual hillslopes and catchments with a non-optimal channel network suggest that (i) drainage is faster and attains higher peak flows for longer interface lengths between agricultural fields and drainage channels; (ii) overland flow velocity has greater influence on peak flow than channel flow velocity; and (iii) the combined effect of increased drainage density and introduction of terrace cultivation is enhanced peak flow at the outlet, and a reduction of peak flow from upstream terraces.

Cette thèse vise la continuité des questions d’échelle à travers la gouvernance de l’eau qui ne peut s’établir à un seul niveau mais doit au contraire envisager tous les niveaux à la fois. Cela constitue une difficulté méthodologique majeure que la gestion internationale ne parvient encore à résoudre. La subsidiarité en était un moyen avec l’inconvénient de séparer brutalement les niveaux d’échelle. Mais le bassin versant considéré comme un espace de projet délimité, dont la gestion ne vise pas seulement son administration mais la coordination de politiques, induit une gestion au-delà des découpages administratifs, avec un processus décisionnel continu et négocié entre acteurs aux pouvoirs de différents niveaux, aux intérêts et aux logiques divers, souvent contradictoires. S’il est partagé par nature, en faire un bien commun impose de franchir l’obstacle de « l’égoïsme » qui peut être attaché à la souveraineté de chaque État sur son territoire. La réalisation d’ouvrages majeurs se détache du principe de « chacun chez soi ». C’est justement ce principe souverainiste qui engendre des hydro-conflits transfrontaliers. Ainsi, s’interroger sur la signification concrète du concept de gouvernance par l’exemple des eaux partagées du fleuve Niger dans ses portions Bénin, Niger et Nigéria, c’est poser le principal problème qui permet de hiérarchiser les différentes pièces du calcul. À travers une démarche inclusive, il sera question d’établir un diagnostic de gouvernance du bassin versant du Niger, d’identifier les impacts d’une telle approche sur le développement des ressources en eau et d'appréhender les pratiques sociales des usagers de l'eau notamment ceux impliqués dans le développement de l’agriculture irriguée et ceux qui subissent les impacts environnementaux qu’engendrent les infrastructures hydrauliques d’envergure à l’instar de Kainji et de Jebba. / This thesis is the continuity of scale through the water governance that cannot be established at one level but must instead consider all levels at once. This was a major methodological difficulty that international management is still able to solve. Subsidiarity was a way with the disadvantage to brutally separate scale levels. But the watershed is considered as a project space delimited, whose management is not only the administration but the coordination of policies, induced a management beyond administrative cuts, with an ongoing decision-making process and negotiated between actors in the powers of different levels, interests and various, often contradictory logic. It is shared by nature, make a common good requires the hurdle of "selfishness" that can be attached to the sovereignty of each State over its territory. The realization of major works stands the principle of "everyone home." It is precisely this sovereigntist principle that generates cross-border hydro-conflits. So, wonder about the real meaning of the concept of governance by the example of the shared waters of the Niger River in Benin, Niger and Nigeria portions, this is the main problem that allows to prioritize the different parts of the calculation. Through an inclusive approach, it will issue a diagnosis of governance of the catchment area of Niger, to identify the impacts of such an approach on the development of water resources and to understand the social practices of users of water including those involved in the development of irrigated agriculture and those undergoing environmental impact generate the large-scale like Kainji and Jebba hydraulic infrastructure.

Les Contrats de rivière et les Schémas d’Aménagement et de Gestion des Eaux font partie des nouveaux instruments d’action publique misant sur un gain d’efficacité environnementale par leur territorialisation. La recherche pose l’hypothèse que cette efficacité dépend de la manière dont les acteurs qui mettent en œuvre ces dispositifs se saisissent de leurs dimensions territoriales. Elle propose la notion de ressort territorial pour désigner l’ensemble des ressources territorialisées et territorialisantes issues des processus dialectiques et diachroniques entre les constructions territoriales autour de l’eau et les projets pour sa gestion. La recherche explore les stratégies territoriales déployées dans l’élaboration et la mise en œuvre de ces dispositifs et analyse leurs implications en termes de modification des représentations et des pratiques des usagers de l’eau et in fine de l’état environnemental des ressources et des milieux aquatiques. La démonstration s’appuie sur le cas empirique de la vallée de la Drôme dans les quatre dernières décennies. Le corpus est constitué de comptes-rendus de réunions, de documents de projets et d’articles de presse ainsi que d’entretiens et de cartes mentales réalisés auprès des usagers et des gestionnaires de l’eau.Les résultats de la recherche portent sur les mécanismes et les conditions par lesquels la gestion territoriale de l’eau peut être gage d’efficacité environnementale. Des facteurs déterminants sont mis en évidence : (i) la mise en synergie des projets de développement territorial avec ceux de la gestion environnementale ; (ii) la mobilisation des dimensions identitaires des dispositifs de gestion des eaux et (iii) les intentions et les capacités d’action de certains gestionnaires. A cet égard, les structures intercommunales, et en leur sein, les binômes élus/agents de développement, constituent des acteurs moteurs de l’activation des ressorts territoriaux de la gestion de l’eau. / River contracts and Plans for Water Development and Management are some of the new public action instruments aiming to improve environmental efficacy through regionalisation. Research suggests the hypothesis that this efficacy depends on how actors implementing these systems apprehend their regional dimensions. It proposes the idea of territorial feedback to indicate all the regional and regionalising resources resulting from dialectic and diachronic processes between regional constructions concerning water and projects for its management.The research explores the regional strategies used in drawing up and implementing these systems and analyses their implications in terms of modification of representations and practices and water uses, and hence the environmental condition of resources and aquatic environments. The demonstration uses the empirical case of the Drome valley over the past four decades. The body of the work consists of minutes of meetings, project documents and press articles as well as interviews and mind maps produced with water users and managers.The results of the research concern the mechanisms and conditions through which regional water management can be an indicator of environmental efficacy. Determining factors are provided: (i) assurance of synergy between regional development projects with those of environmental management; (ii) the use of identification dimensions of water management systems and (iii) the intentions and ability to act of certain managers. In this respect, intercommunity structures, and within these, the association of elected representative/development agents, act as the driving force in activating territorial feedback relative to water management.

L'utilisation des terres (UT) vers des pratiques agricoles non durables amplifie la dégradation et l'érosion des sols, et la perte de leur diversité microbienne. Cependant, les impacts du changement d'UT sur la structure de la communauté microbienne dans les cours d'eau adjacent restent mal compris, en particulier dans les écosystèmes tropicaux. Grâce à des expériences contrôlées et à des études in situ, j'ai évalué comment différentes pratiques agricoles et d'UT, via des processus hydrologiques, affectent la quantité et la qualité de la matière organique dissoute dans le cours d'eau et la structure de la communauté microbienne associée. Les résultats de ce travail montrent l'importance de considérer à la fois l’UT passée et présente avec les processus hydrologiques lors de l'évaluation de la diversité microbienne et des capacités métaboliques des cours d’eau. Alors que les expériences dans des conditions contrôlées (micro- et mésocosmes) ont permis de distinguer l'importance relative des ruissèlements d’eau de surface sur la structure bactérienne du milieu aquatique, l'approche in situ a permis de donner une vision intégrée de ces processus à l'échelle du bassin. Cela a mis en évidence la nécessité d'utiliser des pratiques de gestion durable d'UT si nous souhaitons atténuer les impacts sur les systèmes aquatiques en aval / Land use (LU) change towards non-sustainable agricultural practices enhances soil degradation, erosion, and the loss of soil microbial diversity. However, the impacts of LU change on in-stream microbial community structure remain poorly understood, particularly in tropical ecosystems. Through controlled experiments and in situ investigations, I assessed how different LU and agricultural practices, via hydrological processes, affect the quantity and quality of stream dissolved organic matter and associated microbial community structure. The results of this work show the importance of considering both past and present LU along with hydrological processes when assessing stream microbial diversity and metabolic capacities. While the experiments in controlled conditions (micro- and mesocosms) allowed disentangling the relative importance of direct overland flow and soil community on stream bacterial structure, the in situ approach gave an integrated view of these processes at the basin scale. This emphasizes the need to use sustainable LU management practices if we wish to mitigate off-site impacts on downstream aquatic systems

Les concentrations élevées en pesticides dans les eaux de surface drainant des bassins versants agricoles sont devenues une préoccupation majeure en Europe depuis une cinquantaine d'années. Les pesticides sont transférés dans l'environnement par différentes voies (le ruissellement de surface et de sub-surface, le flux de nappe), soit en solution soit adsorbés aux particules de sol en suspension dans l'eau. Les eaux de ruissellement et de percolation entraînent avec elles des charges de contaminants dont les concentrations en solution peuvent s'avérer toxiques pour la faune et la flore aquatique et rendre l'eau impropre à la consommation humaine si le réseau de drainage est une source de captage pour l'alimentation en eau potable. Les crues constituent donc des événements hydrologiques de première importance dans la contamination des eaux continentales par les pesticides. Les objectifs de cette thèse ont été de (1) caractériser, à l'aide d'un modèle agro-hydrologique, la dynamique des transferts de pesticides à l'échelle du bassin versant dans une région agricole, notamment en période de crue ; (2) identifier les facteurs de contrôle du transfert de pesticides et (3) améliorer, le cas échéant, les équations formalisées dans le modèle. Deux approches ont été menées de front afin de répondre aux questions posées : l'analyse de données mesurées et modélisées sur le bassin versant agricole de la Save (sud-ouest de la France). Une étude de faisabilité réalisée en préliminaire a montré que le modèle Soil and Water Assessment Tool (SWAT - Arnold et al., 1998) était adapté à la modélisation du transfert de pesticides, dans les phases dissoute et particulaire, à l'échelle du bassin versant. L'hydrologie et les concentrations à l'exutoire des phases dissoute et particulaire (respectivement les nitrates et les matières en suspension) ont été calibrées. Les voies privilégiées de transfert des pesticides en fonction des conditions hydrologiques ont été identifiées. La modélisation a ensuite été mise en œuvre avec des itinéraires techniques plus détaillés en entrée du modèle et des mesures sub-journalières de pesticides en crue. Les différentes voies de transfert des pesticides dans les deux phases, ainsi que leurs facteurs de contrôle environnementaux, ont été étudiés. Deux facteurs de contrôle, respectivement dépendant des pratiques agricoles (la date d'application des pesticides, qui est un facteur anthropique) et intrinsèque aux molécules de pesticides (le coefficient Kd de partition entre phases dissoute et particulaire, qui est un facteur physico-chimique) ont été abordés plus en détail. Le rôle de la typologie du bassin versant sur les transferts est discuté. Des cartes de risque de contamination des eaux de surface par les pesticides sont présentées pour le bassin de la Save. Dans la perspective d'améliorer le formalisme des modèles de transfert des pesticides, une équation qui relie le coefficient Kd au coefficient de distribution octanol/eau Kow et à la concentration en matières en suspension a été proposée. / Rising pesticide levels in streams draining intensively managed agricultural land has become a widespread problem throughout Europe in recent decades. Pesticides are transferred into the environment through various pathways (surface and sub-surface runoff, groundwater return flow), either in solution or sorbed onto particles. Runoff and percolating water carry contaminants loads which concentrations in solution may be harmful to terrestrial and aquatic ecosystems rendering water unfit to human consumption if the draining network is a source for drinking water. Floods are hydrological events of major importance in continental waters contamination by pesticides. The objectives of this PhD thesis were (1) to characterise pesticides transfer dynamics at catchment scale in an agricultural area during floods; (2) to identify the factors controlling pesticides transfer and (3) to improve modelling by changing formalism with more suitable equations. Two approaches were set up: analysing both measured and simulated data sets, stemming from the River Save catchment (south-western France). A preliminary feasibility study showed that the Soil and Water Assessment Tool (SWAT - Arnold et al., 1998) was adapted for pesticides transfer modelling in both dissolved and sorbed phases, at catchment scale. Water discharge, dissolved and sorbed phases (respectively nitrate and suspended sediments) were calibrated. Pesticides transfer preferred pathways depending on hydrological conditions were identified. Modelling was then carried on more detailed management practices as input and on sub-daily pesticides concentration measurements during flood events. The various transfer pathways in both phases together with the environmental controlling factors were assessed. At last, two controlling factors, respectively depending on management practices (application date, an anthropogenic factor) and on an intrinsic pesticide molecule property (the partition coefficient Kd which is a physico-chemical factor) were studied. The role of catchment typology was discussed. Surface water contamination risk maps were drawn on Save catchment. In order to improve the formalism of pesticide transfer models, an equation was proposed that relates Kd to the octanol/water partition coefficient Kow and to suspended matter concentration.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de l'OPUR: "Observatoire des Polluants Urbains en Ile de France". Il s'appuie sur la mise en place d'un dispositif expérimental sur une série de six bassins versants de taille croissante et de d'occupation du sol comparable, allant du bassin du Marais (41 hectares) jusqu'au site de Clichy (2500 hectares) en suivant l'axe du collecteur de Clichy, à Paris. Ce dispositif a permis : - d'étudier la variabilité des flux et de la nature des polluants transférés par temps sec et par temps de pluie, dans les réseaux d'assainissement unitaires, en fonction des caractéristiques et de l'échelle spatiale des bassins versants. Le travail porte notamment sur : - Concentrations moyennes et flux des MES, MVS, DCO, DBO5, COT, NTK et des métaux lourds Cd, Cu, Pb et Zn. - Nature des polluants: répartition dissous-particulaire, teneurs en polluants et vitesses de chute des particules. - de comprendre le fonctionnement hydrologique et hydraulique du réseau d'assainissement des bassins versants OPUR et d'étudier les mécanismes de transfert dans les réseaux unitaires. - d'évaluer la contribution des trois sources "Eaux usées, Eaux de ruissellement et Stocks de dépôt dans le réseau" aux flux polluants de temps de pluie. Cette évaluation a été faite en utilisant une approche de bilan de masse entre l'entrée et la sortie de chaque bassin versant. Les résultats obtenus indiquent d'une part, une relative homogénéité des flux polluants, de leur nature et des processus dominants sur les six bassins versants étudiés. Ils montrent d'autre part une importante contribution de l'érosion des stocks constitués dans le réseau d'assainissement aux flux des matières en suspension, des matières organiques, du cuivre total, quelque soit la taille du bassin versant. Cette contribution varie, en moyenne, selon le site de mesure, entre 49 et 70% pour les MES, et entre 43 et 71% pour le cuivre total. Pour le cadmium, le plomb et le zinc, les eaux de ruissellement s'avèrent être la source principale.

La couverture hivernale des sols a un impact avéré sur la qualité de l'eau, en influant sur le transfert des flux de polluants d'origine agricole au sein de bassins versants. sa prédiction, si elle peut constituer une aide à la programmation d'actions dans le cadre de programmes de restauration de la qualité de l'eau, pose cependant un certain nombre de problèmes d'ordre méthodologique. L'objectif de ce travail est de développer une méthode reproductible qui permette d'effectuer une prédiction à court terme de la couverture hivernale des sols. Une approche approximative reposant sur un modèle expert utilisant la règle des évidences de dempster-Shafer a été retenue, car elle permet de prendre en compte l'imprécision et les lacunes de connaissances liées à cette problématique et aux données disponibles, et d'associer un degré de confiance aux résultats produits. Des prédictions de la couverture hivernale des sols sont d'abord effectuées sur un site expérimental localisé en Bretagne selon les deux hypothèses "sols couverts" et "sols nus à peu couverts". Après avoir déterminé les dynamiques spatio-temporelles des changements passés, notamment à partir d'une série multitemporelle d'images de télédétection, et avoir défini les facteurs motivant les changements passés et à venir, la fusion des sources d'informations qui représentent ces facteurs est réalisée avec la règle de Dempster-Shafer. Les résultats sont mitigés: les prédictions sont cohérentes à l'échelle du bassin versant mais l'affectation spatiale des prédictions à l'échelle parcellaire, qui est bonne pour la classe "sols couverts" reste problématique pour la classe "sols nus à peu couverts" en raison du niveau de conflit élévé entre les sources d'information pour cette hypothèse. L'utilisation de la théorie récente de Dezert-Smarandache, qui autorise la prise en compte d'informations paradoxales, permet d'améliorer les scores de prédictions pour la classe "sols nus à peu couverts". Une évaluation de la reproductibilité de l'approche prédictive développée est alors effectuée à travers l'application du modèle sur un bassin versant plus étendu et où les données sont moins nombreuses. Si la classe "sols couverts" reste bien évaluée avec les deux règles de fusion, l'affectation spatiale de la classe "sols nus à peu couverts" est en revanche toujours affectée d'un faible taux de prédiction correcte, illustrant la nécessité de l'intégration de nouvelles sources d'information dans le modèle pour cette hypothèse aux fortes variabilités spatiotemporelles.

Dans le contexte de la modélisation multi-agent pour la gestion concertée de ressources renouvelables, la thèse propose une réflexion sur la représentation de niveaux d'organisation multiples et enchevêtrés d'un système. Le formalisme Agent-Groupe-Rôle (AGR), issu de la recherche informatique est spécifié en vue de l'identification et de la manipulation des niveaux d'organisation d'un système, et des comportements des entités du système au sein de ces niveaux d'organisation. Une méthodologie de conception d'un modèle AGR, ainsi qu'une implémentation du formalisme sur une plate-forme multi-agent sont proposées. Le développement et les tests de modèles AGR de la gestion de l'eau agricole dans la basse-vallée de la Drôme démontrent la capacité du formalisme AGR à (1) expliciter des hypothèses sur des modes d'actions, des échelles ou des points de vue, implicites dans des modèles multi-agents plus classiques (2) produire aisément des scénarios incorporant des règles collectives variées, et des comportements de mise en oeuvre de ces règles variés (3) générer des briques génériques de modèles de bassin versants irrigués.

La pollution diffuse d'origine agricole est à l'origine de problèmes sanitaires et environnementaux liés à la détérioration de la qualité des eaux de surface. La maîtrise de cette pollution nécessite d'atteindre une connaissance fine, à toutes les échelles de temps, du transfert des éléments polluants transportés par l'eau. Ce travail a pour objectif d'établir le ou les temps de transfert du nitrate dans un bassin versant élémentaire. Il s'agit de connaître les réservoirs et les mécanismes responsables des variations saisonnières et plu ri-annuelles des concentrations en nitrate dans la rivière. . L'étude des dynamiques hydrologiques de trois bassins versants agricoles (Kervidy, Mélarchez, Mercube) a été réalisée à partir d'observations globales (pluie, débit). Une méthode basée sur la représentation spectrale des séries temporelles d'observations a été reprise et développée. Ainsi, par cette méthode, les parts respectives des contributions de la nappe et de l'écoulement rapide aux débits de la rivière sont établies. Le modèle d'écoulement en nappe et ses paramètres sont également définis. Cette méthode a été étendue à l'identification des modèles de transfert de nitrate. Un étude expérimentale a été mise en oeuvre .Trois transects du bassin versant de Kervidy (Morbihan, Bretagne) ont été équipés de piézomètres pour observer la nappe d'altérite. Les niveaux piézométriques ont été mesurés et un échantillonnage de la nappe a été réalisé afin d'analyser les teneurs de l'eau en nitrate, sulfate et chlorure. Ces observations ont permis de préciser l'hydrodynamique de la nappe et d'identifier ses principaux traits chimiques. Un schéma de fonctionnement du transfert de nitrate dans le bassin versant à l'échelle inter-mensuelle est proposé à la suite de l'analyse et de l'interprétation de l'ensemble des observations. Un modèle numérique spatialisé du fonctionnement de la nappe du bassin versant de Kervidy a été établi sur la base des observations et des connaissances acquises à la suite du travail de terrain.

Ce travail est consacré au bassin versant de la Clarée : hydrologie, lacs d'altitude, géologie, tectonique, bilan communaux , hydrogéologie des aquifères sont traités .