Ces recherches visent à développer une approche intégrée des processus d’évolution d’une vallée fluviale en relation avec les facteurs de contrôles climato-anthropiques. Cette étude est sur deux sites de la moyenne vallée du Cher. L’objectif est de caractériser la sensibilité des milieux fluviaux aux variations climatiques majeures de la transition Tardiglaciaire-Holocène ancien et aux variations plus modestes de l’Holocène récent mais également d’appréhender les réponses à l’impact des sociétés du passé depuis le Néolithique. Les résultats mettent en lumière deux temporalités principales. Tout d’abord, la transition du Tardiglaciaire à l’Holocène (15 000- 11 5000 cal. BP) traduit un contrôle climatique à l’origine d’une métamorphose du style fluvial caractérisée par le passage d’un cours à chenaux multiples à une rivière méandriforme. La seconde moitié de l’Holocène correspond à une période de forte mobilité des méandres au sein de la plaine d’inondation. Cette mobilité très importante des chenaux observée jusqu’au milieu du Moyen-Age contraste très fortement avec la situation actuelle caractérisée par une très faible migration des méandres. Ce changement morphodynamique majeur est à mettre en relation avec des aménagements hydrauliques et proto-industriels installés dès la période médiévale. Cet équipement lourd et densément réparti le long du cours d’eau constitue une véritable entrave à la mobilité de la rivière. Ces résultats mettent donc en évidence différents forçages. Ainsi les variables de contrôle sont d’ordre climatique durant la majeure partie de l’Holocène et le forçage d’origine anthropique reste modéré et discontinu. C’est à partir du milieu du Moyen-Age que le contrôle anthropique s’affirme pleinement jusqu’à modifier durablement les dynamiques hydrologiques et morphosédimentaires. / This research aims to provide an integrated approach to the evolution of a floodplain in relation to climatic and-anthropogenic controls. This study was conducted on two sites in the middle Cher valley. The objective is to characterize the sensitivity of river environments to major climatic variations of the Lateglacial-Holocene transition and to smoother variations of the recent Holocene, but also to understand the responses to the impact of societies since the Neolithic. The results highlight two main temporalities. First, the transition from the Lateglacial to the Holocene (15,000- 11,5000 cal. BP) reflects a climatic control that has led to a fluvial metamorphosis of the river pattern from a multi-channel to a meandering river. The second half of the Holocene corresponds to a period of high meander mobility within the floodplain. This very high channel mobility observed up to the middle of the Middle Ages contrasts very strongly with the current situation, which is characterized by very low migration rate. This major morphodynamic change is to be linked to hydraulic and proto-industrial structures installed since the medieval period. This heavy and densely distributed equipment along the river is a strong obstacle to the mobility of the river. These results therefore highlight different forcings. Thus, the control are of a climatic nature during most of the Holocene and anthropogenic forcing remains moderate and discontinuous. It was from the middle of the Middle Ages that anthropogenic control became fully established until it permanently modified hydrological and morphosedimentary dynamics.

Les reliefs terrestres résultent de la compétition entre deux processus antagonistes : le soulèvement tectonique et l'érosion. A l'échelle d'une chaîne de montagne, les rivières constituent les agents du modelé des paysages les plus importants : en réponse au soulèvement, elles s'incisent dans les massifs rocheux et contrôlent ainsi l'abaissement progressif du niveau de base pour les processus d'érosion des versants, notamment les glissements de terrain. Elles assurent de surcroît l'évacuation des produits de l'érosion de la chaîne sous forme de charge dissoute, de charge en suspension ou de charge de fond. Cette dernière interagit avec le substrat rocheux de la rivière et en contrôle la vitesse et le mode d'abrasion. Une bonne compréhension et une quantification des processus d'abrasion liés aux interactions entre les galets et le fond rocheux est donc nécessaire pour comprendre l'évolution des paysages montagneux. Dans cette optique, nous avons réalisé une étude expérimentale basée sur un dispositif inédit dans lequel nous reproduisons de manière relativement réaliste les processus d'abrasion effectifs en rivière naturelle. Par rapport aux précédentes études, nous confirmons le contrôle exercé par la lithologie des matériaux et par la vitesse des particules, avec notamment une relation entre le taux d'abrasion et l'énergie cinétique des galets. La dépendance vis-à-vis de la taille des particules est cependant complexe à décrire par une loi simple ; par exemple, la tendance observée au sein de matériel hétérogène granulométriquement va à l'encontre de ce que l'on observe lorsque l'on utilise du matériel calibré : plus les particules sont petites, plus elles s'érodent rapidement. Ces premiers résultats, même s'ils nécessitent d'être caractérisés plus finement dans le cadre d'expériences futures, indiquent que l'abrasion des galets comme celle du substrat rocheux dépend fortement de nombreuses variables et que la charge de fond exerce un contrôle majeur sur la géomorphologie du réseau fluvial et sur son évolution. En combinant cette étude à une étude de terrain en contexte orogénique actif (vallée de la Marsyandi, Himalaya), là où l'évolution des caractéristiques des sédiments vers l'aval peut être interprétée en terme d'abrasion au cours du transport, de nouvelles vues sur les modalités d'approvisionnement et de transport des sédiments et sur les interactions entre ceux-ci et le substrat des rivières ont pu être proposées. Nous montrons en particulier que l'évolution de la granulométrie des alluvions vers l'aval reflète principalement l'influence des sources et les modalités de transport. Les taux de réduction de taille mesurés sur le terrain ne peuvent donc pas être directement comparés à des taux d'abrasion. En revanche, l'abrasion des galets peut être mise en évidence par l'évolution des proportions lithologiques vers l'aval, celle-ci étant moins sensible aux effets de source et de transport. On parvient, via un modèle numérique simple, à réconcilier pour la première fois les taux d'abrasion obtenus expérimentalement et ceux déduits des observations faites le long de la rivière. Nos résultats de terrain et expérimentaux soulignent enfin l'importance de la distribution spatiale et temporelle des zones d'apport et de leurs caractéristiques et confirment le rôle majeur joué par la lithologie du substrat rocheux et de la charge de fond en terme de contrôle des processus tectoniques et de dénudation, et par conséquent en terme d'évolution à long terme des chaînes de montagne.

La pollution des sols correspond à une problématique récente. Au même titre que l'eau et l'air, la contamination des sols industriels constitue un risque pour la santé humaine et une menace pour la protection de l'environnement, et doit donc faire l'objet d'une réhabilitation. Toutefois la volonté politique française en la matière ne s'étant affirmée qu'à partir des années 1990, les outils de gestion des sols contaminés restent encore à développer. Pour cela une réflexion a été engagée afin de mettre au point, à partir de l'expérience acquise dans les autres pays industrialisés et à partir des connaissances actuelles, des outils méthodologiques d'aide à la gestion des sites contaminés, en particulier lors des étapes : - d'évaluation de l'état de pollution du site, notamment par la caractérisation du niveau de danger et de risque que présente un site contaminé. Pour cela nous avons développé un outil, appelé TRACES (Tool for Risk Assessment from Chemical Exposure to Soils) permettant un diagnostic progressif dans le but d'établir l'opportunité d'une réhabilitation et de déterminer les objectifs de cette réhabilitation éventuelle, - d'identification des filières de réhabilitation les plus adaptées pour le traitement des sols pollués basée sur une méthode d'analyse multicritère, ELECTRE III, permettant d'intégrer les intérêts de chaque acteur de la réhabilitation, ce qui a abouti à l'outil RACES (Remediai Alternative Classification and Evaluation System). A travers ce travail, nous avons pu mettre en évidence l'importance d'outils méthodologiques pour faciliter et accélérer la prise de décision grâce à une approche structurée, objective et transparente des sols contaminés.

Ce travail porte sur l'assimilation variationnelle de données lagrangiennes en hydraulique fluviale, pour l'identification de paramètres dans un modèle numérique de rivière basé sur les équations de Saint-Venant, mise oeuvre dans le logiciel Dassflow. Nous proposons de prendre en compte des observations de nature Lagrangienne, comme des trajectoires de particules transportées à la surface de l'écoulement, en plus des observations classiquement disponibles, parfois insuffisantes. L'intérêt de cette approche pour améliorer l'identification de certains paramètres est mis en évidence à travers une série d'expériences numériques utilisant soit des données synthétiques, soit des données réelles issues d'un écoulement en canal, où des trajectoires sont extraites d'une séquence vidéo.

La modélisation à une échelle fine des évolutions morphologiques à court terme (quelques années au maximum) en rivière est rendue possible par des outils numériques qui résolvent les équations de Saint-Venant bidimensionnelles et calculent le transport solide et l'évolution du lit résultante sur un maillage représentant la topographie du site. Ces outils sont encore peu utilisés en ingénierie car il existe de fortes incertitudes sur les processus physiques à prendre en compte et les formulations à utiliser pour les représenter (charriage/suspension, formes de fond, granulométrie étendue, effet de la pente ...).<br />Le but de la thèse est de tester les possibilités de ce type d'outils et de définir une méthodologie pour leur application. L'outil utilisé est un code industriel (système TELEMAC) qui dispose de la plupart des fonctionnalités nécessaires dont le couplage entre calculs hydrauliques et sédimentaires, la prise en compte des fonds non-érodables et la granulométrie étendue. La démarche suivie consiste à appliquer ce code à deux cas pour lesquels des campagnes de mesures détaillées sont disponibles. L'un des sites choisis se trouve sur la Loire près du Fresne-sur-Loire et d'Ingrandes, l'autre sur l'Arc en Savoie près de La Chambre. Dans les deux cas le processus de transport dominant est le charriage. Les périodes simulées sont des crues pour lesquelles l'évolution bathymétrique du lit a été mesurée ; dans le cas de la Loire des simulations à plus long terme (quelques années) sont aussi présentées. Les évolutions mesurées sont reproduites de manière satisfaisante. Les formulations utilisées sont cohérentes entre les deux cas, mais les processus pris en compte sont différents : dans le cas de la Loire qui est une rivière de sable il est nécessaire de tenir compte des dunes, alors que dans le cas de l'Arc qui est une rivière de gravier les processus prépondérants sont le tri granulométrique et les effets de pente.<br />L'intérêt de l'outil a donc été démontré, et des enseignements précieux pour son utilisation ont été dégagés. Ils concernent en particulier le choix des formulations pour représenter les processus physiques, la définition de la complexité minimale nécessaire de ces formulations selon les sites et les objectifs de la modélisation, et la méthodologie de calage de ces formulations à partir des données disponibles.

Ce travail porte sur l'étude de l'interaction entre la tectonique et la morphologie d'une rivière. Nous nous sommes intéressés à la réponse d'une rivière à un décalage horizontal de son chenal afin d'essayer d'apporter des contraintes aux tectoniciens qui utilisent les décalages des terrasses de rivières pour dater et estimer d'anciens rejets de failles. L'approche de ce problème est faite au moyen d'un modèle réduit de rivière d'échelle métrique (micro-rivière). Nous montrons essentiellement (1) que les micro-rivières sont un bon moyen pour étudier la dynamique des rivières, (2) que la rivière, dans son évolution à chenal droit, montre un découplage entre l'évolution en temps de sa morphologie et de son transport de sédiments et (3) que la réponse du chenal au décalage se caractérise par la propagation d'un front d'érosion sur le bord exposé à l'écoulement de type onde cinématique, permettant ainsi au chenal de retrouver une morphologie d'équilibre.

Thèse doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2003. Thèse doctorat : Génie civil : Université Ibnou Zohr d'Agadir : 2003. / Thèse en cotutelle. N° d'ordre (Lille 1) : 3434. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 128-139.

This thesis aims at deciphering the respective roles of autogenic processes and allogenic forcing in the post-orogenic evolution of a coupled mountain catchment/foreland megafan system, with a focus on the Lannemezan megafan and its mountainous catchment in the northern Pyrenees (France). AFT data are consistent with previously published thermochronological data, showing (i) the main exhumation phase of the Axial Zone (AZ; ~50-30 Ma) with lateral variations in the exhumation rates, (ii) a later unroofing of the North-Pyrenean Zone (NPZ; since ~20 Ma), and (iii) a late (~20-15 Ma) exhumation phase only recorded in the western part of the range (west of the Neste River). The megafan was thus built at a late stage of the orogeny and its source catchment lays on the boundary between two tectonic domains. Petrographic data shows that the source area encompasses the NPZ and AZ but modern river sands yield more granitic material than the megafan sediments. This discrepancy suggest that (i) the foreland deposits are locally sourced, but this is not consistent with the definition of a megafan, (ii) the crystalline massifs may have been insufficiently unroofed, but this is inconsistent with the presence of granitic material in Eocene deposits of the south foreland, (iii) the main drainage divide migrated to the south around that period, but this seems inconsistent with the exhumation history of the range as inferred from thermochronological data. Comparison of my estimation of the sedimentary budget and AFT-derived exhumation rates suggests that the current watershed of the Neste is more than sufficient to provide the material for the building of the Lannemezan megafan. This implies that (i) the catchment boundaries have not necessarily changed since the Miocene and (ii) a significant portion of the sediments bypassed the megafan. I dated the abandonment of Quaternary surfaces using cosmogenic nuclides (10Be, 26Al). The abandonment of the megafan (~300 ka) and of the alluvial terraces (~100ka, ~20ka and ~1ka) suggests that incision episodes are triggered by cold-to-warm climatic shifts. The terrace slopes increase with time: I propose that the region was subjected to northward tilting by flexural isostatic rebound as a response to erosional unloading of the range during the Quaternary. From the morphometric analysis (χ-proxy, steepness index, concavity, long river profiles) I show (i) drainage reorganization near the megafan apex and (ii) no influence on the drainage network from active tectonic structures or base-level variations. The abandonment and of the Lannemezan megafan is thus linked to the capture of the Neste by the Garonne and its episodic incision is linked to Quaternary climatic cycles. Numerical modelling adequately reproduce the building of a large megafan in 15 Ma by progradation of the deposits carried by a central river that becomes dominant in the sediment routing. I suggest that, in the northern Pyrenean foreland, the Atlantic Ocean to the west and large, efficient rivers create the conditions needed for a river to be singled out and build a megafan. Negligible subsidence at during the Miocene may have encouraged progradation. I suggest that, in the northern Pyrenees, the main driving force for long-term entrenchment of the megafan is linked to autogenic processes but these are modulated by short-term climatic changes (and possibly isostatic movements). Numerical modelling also evidenced the strong coupling between the mountainous catchment and the basin and the characteristic response times (on the order of 10 ka). / Le but de cette thèse est de comprendre ce qui contrôle l’évolution géomorphologique post-orogénique d’un ensemble composé d’un bassin versant montagneux et de son piedmont à partir de l’exemple du méga-cône alluvial de Lannemezan et son bassin versant au flanc nord des Pyrénées. Les données de thermochronologie in-situ et détritiques confirment les phases d’exhumations : (1) une phase d’exhumation majeure (~50-30 Ma), enregistrée dans toute la ZA bien qu’avec des vitesses différentes à l’est (Ariège) qu’à l’ouest, (2) une excavation plus tardive de la ZNP (à partir de ~20 Ma), et (3) une phase tardive d’exhumation (vers 15-20 Ma) enregistrée seulement à l’ouest. Le méga-cône se forme donc à une période post-orogénique où la tectonique cesse de jouer un rôle dominant, mais le bassin versant d’alimentation du cône se situe à une position charnière entre deux zones qui s’exhume différemment. Les données de pétrographie des sédiments indiquent une zone source qui inclut la ZNP et la ZA. La proportion de matériel cristallin dans les sédiments Oligo-Miocène est plus faible que celle des sédiments des rivières actuellesce qui pourrait suggérer que (1) les massifs cristallins n’étaient pas suffisamment exhumés mais cela semble incohérent avec les études précédentes, (2) que la ligne de partage des eaux a migré vers le sud, mais ce n’est pas cohérent avec l’histoire d’exhumation de la chaîne. J’ai comparé le volume érodé dans le bassin pour produire le méga-cône et le flux sédimentaire estimé à partir des taux d’exhumation : il semble que le bassin versant actuel de la Neste est plus que suffisant pour produire les sédiments du cône, ce qui suggère que (1) la taille du bassin versant n’a pas nécessairement changé et (2) une partie des sédiments a été directement exportée vers le bassin marin. Les résultats des datations par nucléides cosmogéniques (10Be et 26Al) suggèrent que le cône est abandonné vers ~300 ka et les terrasses alluviales qui bordent les rivières du piémont (~100ka, ~20ka et ~1ka) pourraient suggérer un contrôle climatique sur l’incision (cycles glaciaires/interglaciaires). Pour expliquer la pente des terrasses je propose l’hypothèse d’un basculement de la région en lien avec un rebond isostatique au Quaternaire. L’analyse morphométrique du réseau de drainage montre (i) une réorganisation par capture dans la partie sud du cône et (ii) qu’il n’y a pas de structure tectonique active ou de variation du niveau marin. J’ai utilisé un modèle numérique pour comprendre les conditions de formation et d’incision d’un méga-cône et comparé les résultats avec les observations faites sur le cône de Lannemezan et son bassin versant. Les résultats suggèrent que le temps de construction d’un tel cône est de l’ordre de 15 Ma, par progradation des dépôts d’une rivière centrale qui domine les apports du piémont. La comparaison avec le cas de Lannemezan suggère que (1) l’Océan Atlantique à l’ouest et les grandes rivières, au transport efficace créent un environnement propice à la formation du méga-cône; (2) la subsidence négligeable du piémont pourrait avoir favorisé la construction du méga-cône; (3) les processus autogéniques sont suffisants pour produire au long terme une incision permanente du cône par sa rivière d’alimentation. Les forçages externes (tectoniques, climat) ne font que moduler l’incision autogénique. La réponse du paysage à un forçage climatique cyclique montre un temps caractéristique de l’ordre de 10 ka. Finalement, la modélisation a permis de mettre en évidence les interactions entre le piémont et la chaîne.

Au cours du XXe siècle, les lits de nombreuses rivières ont été sujets à l'installation de végétation alluviale. Dans le cas des rivières aménagées, cette tendance est souvent associée à des altérations géomorphologiques directes (extractions de granulats, endiguements, etc.) ainsi qu'à des modifications anthropiques de leur régime hydrologique et sédimentaire conduisant à une stabilisation du lit qui permet l'installation de la végétation. Cette végétation augmente le risque d'inondation en diminuant les vitesses d'écoulement et en augmentant les niveaux d'eau en crue. Par ailleurs la biodiversité est dégradée par la diminution des habitats pionniers caractéristiques de ces environnements. Manipuler artificiellement le régime hydrologique d'une manière qui pourrait limiter l'installation de végétation sur les bancs est une option considérée par les gestionnaires. Dans ce contexte, ce projet de thèse a pour objectif de comprendre les impacts des crues d'amplitude variable sur la destruction de végétation, et d'identifier les mécanismes associés. Le site d'étude sur lequel cette thèse se focalise est l'Isère en Combe de Savoie, une rivière à galets très aménagée des Alpes françaises.Dans le cadre de cette étude, la destruction de végétation a été étudiée à l'échelle du tronçon à partir d'une analyse des données hydrologiques, des photos aériennes, et des données topographiques disponibles pour la période 1996-2015. À l'échelle du banc, un suivi de terrain avant et après les événements hydrologiques marquants entre avril 2014 et septembre 2015 nous a permis d'étudier l'action des crues sur la mobilité sédimentaire et sur la végétation. Ces observations ont été complétées par une modélisation numérique bidimensionnelle de l'écoulement en crue.À l'échelle du tronçon (20 km), nous avons trouvé une corrélation très forte entre les volumes d'eau ayant transité dans le chenal sur une période donnée, et la destruction de végétation associée au cours de la période 1996-2015. Les débits associés à des temps de retour infra-annuels semblent permettre la destruction de végétation. Le mécanisme de destruction le plus efficace que l'on observe à cette échelle est l'érosion latérale ; les mécanismes prenant place à la surface des bancs sont très minoritaires. Cependant, les surfaces détruites sont modestes ; 3,4 % de la surface végétalisée est détruite annuellement en moyenne. À l'échelle du banc, la période de suivi de terrain a couvert une série de crues fréquentes (temps de retour < 1 an) et une crue de temps de retour 10 ans. Seule cette crue a partiellement détruit la végétation pionnière sur les bancs suivis. La destruction de végétation ligneuse jeune a eu lieu par le biais de quatre mécanismes : 1) déracinement par érosion de surface supérieure à 20 cm, 2) enfouissement sous une couche de sédiment grossiers supérieure à 30 cm, 3) déracinement par une combinaison d'érosion et de dépôt, et 4) érosion latérale en marge des bancs. La destruction de végétation est toujours associée à une mobilité sédimentaire importante.Ces résultats montrent qu'une crue très importante est nécessaire pour détruire la végétation par la mobilisation de la surface des bancs sur ce site. Par contraste, les débits forts mais non exceptionnels (temps de retour infra-annuel) sont en mesure de détruire la végétation par érosion latérale. Dans le cas de l'Isère en Combe de Savoie, il semble que l'utilisation de crues artificielles ne peut pas seule permettre de maintenir la largeur inter-digues libre de végétation. Pour la suite, on propose de s'intéresser à la destruction de végétation dans le contexte de la dynamique des bancs alternés plus ou moins végétalisés, en prenant en compte les apports et le transport des sédiments en plus de l'hydrologie. / Many rivers worldwide have seen vegetation establish within their beds throughout the 20th century. In the case of managed rivers, this trend is usually linked to direct geomorphological alterations (sediment mining, diking, etc.) as well as anthropic alterations of flow regime and sediment supply. These pressures have stabilized river beds, allowing vegetation to establish permanently. This vegetation increases the risk of flooding by decreasing flow velocities and increasing water levels. In addition, the associated reduction in availability of pioneer habitats characteristic of these stabilized environments typically degrades biodiversity. Managing hydrology in a way that would limit vegetation establishment on bars presents an interesting management option. In this context, our study was aimed at understanding the impacts of floods of varying magnitude on vegetation removal, as well as identifying and quantifying the underlying mechanisms. This work focused on the Isère River, a heavily managed gravel bed river located in the western French Alps.Vegetation removal was studied at the reach scale using hydrological data, aerial photographs, and topographic data available between 1996 and 2015. At the bar scale, field monitoring before and after floods from april 2014 to september 2015 allowed us to document the impact of floods on sediment mobility and vegetation. A 2D numerical model was used to document fine scale hydraulics.At the reach scale, we found a strong correlation between water volume flowing through the river channel and the amount of vegetation removal. Discharges with return intervals of less than one year seem to have an impact on vegetation removal. The main mechanism observed from aerial photographs was lateral erosion; surface processes were negligible in comparison. However, global vegetation removal was modest: since 1996, on average 3,4 % of vegetated area was removed annually. At the bar scale, our study period permitted monitoring of a series of high frequency floods (return interval < 1 year) and a 10-year food event. Only the largest flood partially removed pioneer vegetation from bars. Young vegetation removal occurred through four different mechanisms: 1) uprooting by surface scour > 20 cm, 2) burial under a thick layer of coarse sediments > 30 cm, 3) uprooting by a combination of surface scour and sediment deposition resulting in no net topographic change, and 4) lateral erosion of bars. Vegetation removal was always associated with significant sediment mobility.We conclude that on the Isere River a very important flood is required to remove vegetation by mobilizing bar surfaces. In contrast, high but not exceptional flows (return interval < 1 an) are capable of removing vegetation through lateral erosion. However, artificial floods alone are unlikely to maintain the full width of the channelized bed of the Isere River free of vegetation. In the future, vegetation removal needs to be studied in the context of alternate bar dynamics with or without vegetation. It seems necessary to consider sediment transport as well as hydrology to understand the overall dynamics of the bed.

Ce travail porte sur la construction d'un modèle réduit en hydraulique fluviale avec une méthode de décomposition en polynôme du chaos. Ce modèle réduit remplace le modèle direct afin de réduire le coût de calcul lié aux méthodes ensemblistes en quantification d'incertitudes et assimilation de données. Le contexte de l'étude est la prévision des crues et la gestion de la ressource en eau. Ce manuscrit est composé de cinq parties, chacune divisée en chapitres. La première partie présente un état de l'art des travaux en quantification des incertitudes et en assimilation de données dans le domaine de l'hydraulique ainsi que les objectifs de la thèse. On présente le cadre de la prévision des crues, ses enjeux et les outils dont on dispose pour prévoir la dynamique des rivières. On présente notamment la future mission SWOT qui a pour but de mesurer les hauteurs d'eau dans les rivières avec un couverture globale à haute résolution. On précise notamment l'apport de ces mesures et leur complémentarité avec les mesures in-situ. La deuxième partie présente les équations de Saint-Venant, qui décrivent les écoulements dans les rivières, ainsi qu'une discrétisation numérique de ces équations, telle qu'implémentée dans le logiciel Mascaret-1D. Le dernier chapitre de cette partie propose des simplifications des équations de Saint-Venant. La troisième partie de ce manuscrit présente les méthodes de quantification et de réduction des incertitudes. On présente notamment le contexte probabiliste de la quantification d'incertitudes et d'analyse de sensibilité. On propose ensuite de réduire la dimension d'un problème stochastique quand on traite de champs aléatoires. Les méthodes de décomposition en polynômes du chaos sont ensuite présentées. Cette partie dédiée à la méthodologie s'achève par un chapitre consacré à l'assimilation de données ensemblistes et à l'utilisation des modèles réduits dans ce cadre. La quatrième partie de ce manuscrit est dédiée aux résultats. On commence par identifier les sources d'incertitudes en hydraulique que l'on s'attache à quantifier et réduire par la suite. Un article en cours de révision détaille la validation d'un modèle réduit pour les équations de Saint-Venant en régime stationnaire lorsque l'incertitude est majoritairement portée par les coefficients de frottement et le débit à l'amont. On montre que les moments statistiques, la densité de probabilité et la matrice de covariances spatiales pour la hauteur d'eau sont efficacement et précisément estimés à l'aide du modèle réduit dont la construction ne nécessite que quelques dizaines d'intégrations du modèle direct. On met à profit l'utilisation du modèle réduit pour réduire le coût de calcul du filtre de Kalman d'Ensemble dans le cadre d'un exercice d'assimilation de données synthétiques de type SWOT. On s'intéresse précisément à la représentation spatiale de la donnée telle que vue par SWOT: couverture globale du réseau, moyennage spatial entre les pixels observés. On montre notamment qu'à budget de calcul donné les résultats de l'analyse d'assimilation de données qui repose sur l'utilisation du modèle réduit sont meilleurs que ceux obtenus avec le filtre classique. On s'intéresse enfin à la construction du modèle réduit en régime instationnaire. On suppose ici que l'incertitude est liée aux coefficients de frottement. Il s'agit à présent de juger de la nécessité du recalcul des coefficients polynomiaux au fil du temps et des cycles d'assimilation de données. Pour ce travail seul des données in-situ ont été considérées. On suppose dans un deuxième temps que l'incertitude est portée par le débit en amont du réseau, qui est un vecteur temporel. On procède à une décomposition de type Karhunen-Loève pour réduire la taille de l'espace incertain aux trois premiers modes. Nous sommes ainsi en mesure de mener à bien un exercice d'assimilation de données. Pour finir, les conclusions et les perspectives de ce travail sont présentées en cinquième partie. / This work deals with the formulation of a surrogate model for the shallow water equations in fluvial hydraulics with a chaos polynomial expansion. This reduced model is used instead of the direct model to reduce the computational cost of the ensemble methods in uncertainty quantification and data assimilation. The context of the study is the flood forecasting and the management of water resources. This manuscript is composed of five parts, each divided into chapters. The first part presents a state of art of uncertainty quantification and data assimilation in the field of hydraulics as well as the objectives of this thesis. We present the framework of flood forecasting, its stakes and the tools available (numerical and observation) to predict the dynamics of rivers. In particular, we present the SWOT2 mission, which aims to measure the height of water in rivers with global coverage at high resolution. We highlight particularty their contribution and their complementarity with the in-situ measurements. The second part presents the shallow water equations, which describe the flows in the rivers. We are particularly interested in a 1D representation of the equations.We formulate a numerical discretization of these equations, as implemented in the Mascaret software. The last chapter of this part proposes some simplifications of the shallow-water equations. The third part of this manuscript presents the uncertainty quantification and reduced order methods. We present particularly the probabilistic context which makes it possible to define well-defined problem of uncertainty quantification and sensitivity analysis. It is then proposed to reduce the size of a stochastic problem when dealing with random fields in the context of geophysical models. The methods of chaos polynomial expansion are then presented ; we present in particular the different strategies for the computation of the polynomial coefficients. This section devoted to methodology concludes with a chapter devoted to Ensemble based data assimilation (specially the Ensemble Kalman filter) and the use of surrogate models in this framework. The fourth part of this manuscript is dedicated to the results. The first step is to identify the sources of uncertainty in hydraulics that should be quantified and subsequently reduced. An article, in the review state, details the method and the validation of a polynomial surrogate model for shallow water equations in steady state when the uncertainty is mainly carried by the friction coefficients and upstream inflow. The study is conducted on the river Garonne. It is shown that the statistical moments, the probability density and the spatial covariance matrice for the water height are efficiently and precisely estimated using the reduced model whose construction requires only a few tens of integrations of the direct model. The use of the surrogate model is used to reduce the computational cost of the Ensemble Kalman filter in the context of a synthetic SWOT like data assimilation exercise. The aim is to reconstruct the spatialized friction coefficients and the upstream inflow. We are interested precisely in the spatial representation of the data as seen by SWOT : global coverage of the network, spatial averaging between the observed pixels. We show in particular that at the given calculation budget (2500 simulations of the direct model) the results of the data assimilation analysis based on the use of the polynomial surrogate model are better than those obtained with the classical Ensemble Kalman filter. We are then interested in the construction of the reduced model in unsteady conditions. It is assumed initially that the uncertainty is carried with the friction coefficients. It is now necessary to judge the need for the recalculation of polynomial coefficients over time and data assimilation cycles. For this work only ponctual and in-situ data were considered. It is assumed in a second step that the uncertainty is carried by the upstr