Cette thèse en géographie historique s'articule autour de quatre axes qui résument le parcours de l'eau dans Nancy au XIX° siècle, en bref, de la source à l'égout. Une fois définies les notions d'hydrosystème urbain, de géographie historique, de domesticité de l'eau, l'étude de ce linéaire aborde successivement quatre chapitres, qui sont autant de bornes jalonnant les différents objets abordés. Successivement sont étudiées les sources et les bouges ; les conduites principales et les bassines ; les conduites secondaires, les fontaines, les lavoirs et bains ; l'évacutation et la gestion des eaux non utilisées et usées. Ces objets forment des unités cohérentes distinctes qui interagissent entre-elles, et montrent des coutures parfois perméables, toujours perceptibles dans le paysage urbain actuel. L'eau à Nancy au XIX° siècle est un enjeu majeur. Les changements traversés sont multiples. D'une alimentation en eau souterraine (les sources), Nancy double très efficacement sa ressource par une alimentation en eau de surface (la Moselle). Le réseau d'adduction est amélioré par l'adoption progressive de la fonte. Le chemin de fer, le canal sont également des obstacles physiques à une alimentation pérenne. Enfin, la très forte hausse démographique réalisée après 1870 entraine une hausse importante de la demande. Nancy doit trouver rapidement des solutions efficaces. Le suivi du linéaire hydrique permet de mesurer les différents enjeux de l'hydrosystème domestique à Nancy à cette époque. Il permet également d'appréhender ses utilisations diverses. Un important travail en archives, confronté au terrain, a permis la réalisation de cette thèse. / This thesis in historical geography explores four main issues, showing the movement of water in Nancy in the 19th century, from the well to the sewers. After defining the notions of urban water system, historical geography and domestic water use, the study moves on to these four chapters: wells and collectors; primary water mains and "bowls" (which share water between secondary water mains); secondary water mains, fountains, wash-houses and public baths; disposal and management of used and unused water. These constitute self-contained, discrete entities, but they also interact, and some of these connections are still visible in the current urban landscape. Water was a major concern for Nancy in the 19th century. Numerous changes occurred during that period. Initially exclusively dependent on underground water resources (wells), Nancy managed to double its resources through the use of surface water (the river Moselle). The gradual adoption of cast iron also contributed to the improvement of the conveyance network, while the railway and the canal introduced physical obstacles to the perennial water supply of the town. Additionally, the sharp increase in population after 1870 led to a much greater demand, for which Nancy had to find efficient solutions. Following the movement of water allows this study to determine the main issues raised by the domestic water system of Nancy at that time, and to apprehend the various uses of that system. This works was achieved through important work in the archives and on the field.

Initialement émis lors des essais nucléaires atmosphériques, le tritium (3H) est l’un des principaux radionucléides rejetés par les installations nucléaires. Il est présent dans toutes les composantes environnementales sous différentes formes, libres (HT, HTO, CH3T) ou liée à la matière organique (TOL). Le tritium suit les mêmes dynamiques d’incorporation et de dégradation dans les organismes que l’hydrogène et se met rapidement à l’équilibre avec le milieu ambiant. Des études ont montré un déséquilibre TOL/HTO dans différents compartiments et matrices environnementales. Ce travail vise à expliquer la variabilité des concentrations en 3H et l’origine des déséquilibres observés en se basant sur l’hypothèse de la rémanence. Une approche multi-échelles axée sur le rôle du transfert différé de la matière organique entre les compartiments environnementaux a été menée. Les résultats acquis ont permis d’établir des gammes de concentrations en HTO dans des cours d’eau non influencés par des rejets tritiés et d’identifier les principaux paramètres liés à la variabilité observée. Les résultats ont aussi permis de comprendre l’origine du TOL à partir d’analyses statistiques, qui tendent à confirmer que des zones de rémanence en TOL issus des essais nucléaires, peuvent conduire à des déséquilibres significatifs entre formes libre et liée. De plus, l’étude d’une archive sédimentaire a montré l’existence d’un pic de concentrations en TOL en profondeur, provenant vraisemblablement des retombées de ces essais. Enfin, l’instrumentation d’un site atelier, à proximité d’installations nucléaires, a permis de confirmer l’existence d’un marquage de la matière organique et la rémanence du TOL. / Initially emitted in the environment by atmospheric nuclear weapons tests, tritium (3H) is one of the main radionuclide released by nuclear facilities. It is present in all environmental media in several different forms, bound to organic matter (OBT) or in free forms (HT, HTO, CH3T). Furthermore, 3H follows the same dynamics of incorporation and degradation in living organisms as the hydrogen and is quickly balanced with the surrounding environment. Numerous studies have shown disequilibrium of OBT/HTO in different environmental compartments and matrices. This research work aims to explain the variability of 3H concentrations and the origin of disequilibrium of OBT/HTO based on the persistence hypothesis. In this study, a multi-scale approach was used, focusing on the role of delayed transfer of organic matter between natural compartments. The main results have established the ranges of HTO concentrations in several rivers that are not influenced by atmospheric releases from nuclear facilities, and also identified key environmental parameters linked to the observed variability. The results also made it possible to understand the origin of OBT using statistical analyses. The results tend to confirm that atmospheric nuclear tests led to areas of persistence of OBT, and can lead to significant disequilibrium between bound and free forms. Moreover, the study of a sediment core has shown a peak of OBT at depth, in all likelihood from the global fallout associated with atmospheric nuclear weapons tests. Also, a study site impacted by industrial releases of tritium for the last fifty years has confirmed the persistence of OBT in organic matter, especially in abiotic matrices.

Depuis quelques années le recours à l’enneigement artificiel est de plus en plus courant dans les stations de ski des Alpes mais également dans les autres massifs français et étrangers. Cependant la production de neige nécessite l’utilisation d’un volume d’eau important, souvent pompé dans les réserves d’eau potable, les rivières, les nappes phréatiques, ou bien dans les réserves collinaires, elles-mêmes alimentées par captage des eaux de ruissellement. Or l’enneigement n’est pas le seul usage de l’eau dans les stations de sports d’hiver, et ce nouveau besoin concerne la saison hivernale lors des étiages des cours d’eau et des besoins pour les diverses activités. Depuis quelques années, cette technique fait l’objet de nombreuses controverses au sein de la communauté scientifique, politique et des populations locales, car les volumes d’eau pompés sont particulièrement importants. Notre recherche s’appuie sur des enquêtes auprès des acteurs impliqués, des observations de terrain et des mesures, à différentes échelles de travail. Deux modèles de production de neige sont confrontés : Avoriaz (France) et Champéry (Suisse). Les impacts des usages sur le fonctionnement hydrologique du bassin versant de la Dranse de Sous-Saix, sur le domaine d’Avoriaz, sont aujourd’hui limités et dans les deux stations la ressource est actuellement suffisante pour satisfaire tous les besoins. A ce jour les situations de pénuries d’eau et de conflits autour de la ressource sont rares, et sont dues à des problèmes de gestion. Un ensemble de propositions inspirées d’initiatives locales pour une meilleure gestion de la production de neige et des usages de l’eau a été proposé. / For some years now the use of artificial snow has become increasingly frequent in Alpine skiing resorts as well as in the other French and foreign massifs. Nevertheless, snowmaking calls for a large amount of water, which is often pumped from drinking water reserves, rivers, groundwater tables or else from hill water reserves, themselves supplied from surface water capture. This relatively recent practice, added to the different activities already present, is of concern for the local populations and environmental associations. For several years now, this technique has been the subject of numerous controversies within the scientific and political community and local populations. As things stand, the work performed by researchers and, more particularly, geographers is thin on the ground, because the volumes of water pumped are particularly important. Our research is based on interviews whit those involved in snow production, field observation and measures. Two model of artificial snow are confronted : Avoriaz (France) and Champéry (Switzerland). The impacts of the uses on the hydrological functioning of the Dranse de Sous Saix catchment area, in Avoriaz’s area are now limited and in both resorts, the resource is currently sufficient to satisfy all the needs. At the present time water shortages or conflicts involving the resource are unusual, and are thus due to management problems. A set of proposals inspired local initiatives for a better artificial snow management and water uses management have been proposed.

La pression de plus en plus forte exercée sur les ressources en eau pose de nouvelles contraintes aux gestionnaires des hydrosystèmes aménagés tels que les rivières réalimentées par des barrages. Pour les aider dans leurs prises de décisions, ils disposent de modèles mathématiques qui peuvent prédire des changements ou quantifier des aspects impossibles à mesurer. En conséquence, l'objectif de ce travail est d'étudier, à partir de l'étude du bassin versant de la Charente, les principales caractéristiques d'un modèle d'aide à la gestion quantitative des ressources en eau au sein d'un hydrosystème aménagé. Pour gérer cet hydrosystème, il a fallu tout d'abord en connaître les dynamiques et les interactions entre ses parties à partir d'une analyse systémique et d'analyses corrélatoires et spectrales qui ont permis d'avoir une compréhension globale du fonctionnement hydrodynamique (entrées, perturbations, variables de décisions) et de la gestion actuelle. De plus, des analyses des types de modélisation et des pas d'espace et de temps adaptés pour les différents compartiments (hydrauliques de surface et souterraine, socioéconomiques) ont été conduites. Compte tenu des faibles résultats en prévision du modèle actuel sur la Charente, un nouveau type de modélisation boîte-noire a été envisagé. Plusieurs configurations ont été réalisées. Le modèle, qui comprend les précipitations et les piézométries en entrées et le débit en sortie, a fourni les meilleurs résultats en validation avec un critère de Nash de 0.7 pour un horizon prévisionnel de 7 jours. Enfin, pour mettre en place une gestion plus intégrée et un meilleur partage des ressources en eau et économiques, une approche socio-hydro-économique a été testée. A partir d'informations sur les pratiques des irrigants, un meilleur placement des lâchers de barrages a permis de mieux concilier les demandes et la préservation du milieu naturel en évitant plusieurs situations de restrictions des usages ou de dangers pour le vie aquatique. Finalement malgré l'utilisation d'un cas d'étude particulier, plusieurs éléments importants pour modéliser un hydrosystème quelconque dans le but d'aider à sa gestion ont été identifiés. Ils doivent maintenant être appliqués à d'autres situations afin de confirmer leurs pertinences.

Dans le but de caractériser les conditions environnementales, hydrologiques et d’usage des sols, menant à la contamination d’un système karstique cette étude combine hydrogéologie et microbiologie environnementale. Les chroniques de température et d’hydrologie (pluviométrie, turbidité, conductivité) de l’hydrosystème karstique de Norville (SO Karst) des 5 dernières années ont été analysées pour trouver une corrélation entre les conditions hydrologiques menant au ruissellement sur le bassin versant et la contamination par E. coli de l’hydrosystème (eau et biofilms). Quinze campagnes de prélèvement d’eau à l’entrée (la perte) et la sortie (la source) du système et de biofilms ont été réalisées. La relation entre l’abondance et la diversité génétique (distribution des phylogroupes) des populations de E. coli circulant dans l’hydrosystème et les conditions hydrologiques et d’usage des sols a été étudiée. Un indicateur de contamination des eaux par E. coli (IndiCE) basé sur l’enregistrement de la température et la pluviométrie et corrélé avec la contamination d’eau de surface et sous terraine par E. coli d’un hydrosystème karstique, simple d’utilisation est proposé. Le rôle de réservoir de pathogène des biofilms karstiques, responsable de contamination secondaire, a été étudié en suivant l’occurrence de E. coli et des intégrons de classe 1 dans des biofilms formés à la source de l’hydrosystème karstique de Norville.Il a été montré en chemostat la capacité de E. coli à former des biofilms sur la craie en condition oligotrophique. In situ E. coli et les integrons de classe 1 peuvent s’associer à des biofilms autochtones sous forme cultivable transitoirement. L’ensemble de ces travaux de thèse a permis de mieux comprendre la dynamique de la contamination par E. coli des hydrosystèmes karstiques, dans l’eau et les biofilms. / In order to assess environmental conditions leading to contamination of a rural karstic hydrosystem this study combine hydrogeology, and environmental microbiology. We focused on a well-characterized chalk karstic hydrosystem (Norville, France) vulnerable to microbiological pollution, of the French national observatory network on karst (INSU/CNRS). Temperature and hydrological time series (pluviometry, turbidity and electrical conductivity) over the past 5 years were analysed in order to correlate hydrological condition leading to run-off on the watershed and E. coli contamination of the hydrosystem. Fifteen sampling campaigns of water and biofilms were carried out in different hydrological conditions, on the surficial watershed (i.e. the upstream part of the system) and at the spring downstream. That has been used to determine periods more subject to soil bacteria leaching and input in the hydrosystem. Finally, relationships between abundance and genetic diversity (phylogroup distribution) of E. coli population in the hydrosystem waters, hydrological conditions and land use were investigated. An hydrological indicator (IndiCE) based on the analysis of pluviometry, conductivity, turbidity and temperature time series has been constructed to assess the vulnerability of such karstic hydrosystem to E. coli contamination according to hydrological conditions. The role of karstic biofilm as pathogens reservoir and class 1 integrons, responsible of secondary contamination, has been studied recording E.coli occurrence in karstic biofilms sampled at Norville’s spring. It has been showed in reactor E. coli capacity to form biofilms on chalk in oligotrophic conditions. In situ cultivable E. coli and class 1 integrons can integrate autochthonous biofilms transiently. E. coli population structure in biofilms is significantly the same than in spring water. This thesis work allowed to a better understanding of E. coli contamination dynamic in water and biofilm of karstic hydrosystem.

La connaissance de l'évolution des débits d'étiage de la Loire intéresse différents usagers : agglomérations, agriculteurs et industriels. La production d'électricité est une activité industrielle majeure du bassin : quatre sites nucléaires utilisent l'eau de la Loire comme source froide. Les débits d'étiage de la Loire sont dépendants des apports des principaux aquifères de son bassin versant. Trois aquifères superposés sont considérés couvrant une surface de 38 000 km² : calcaires de Beauce, craie séno-turonienne et sables cénomaniens. Un modèle hydrogéologique distribué est mis en œuvre (code Eau-Dyssée). Cinq modules couplés simulent respectivement le bilan hydrique en surface, le routage de l'eau sur les versants, le routage en rivière, le transfert en zone non-saturée et les écoulements souterrains. Le modèle est calé sur une période de 10 ans, validé sur une autre période de 10 ans, puis testé sur 35 ans. Une méthode hybride de calage, couplant inversion automatique et calage manuel, a été développée pour caler le champ de transmissivités de l'aquifère de Beauce. Les autres couches sont calées par essais et erreurs. Le modèle ajusté permet de bien simuler les débits et piézométries observés sur l'ensemble du domaine sur les 35 années avec une RMSE globale des écarts piézométriques de 2,86 m sur 197 piézomètres et des critères de Nash aux stations en Loire tous supérieurs à 0,9. Ce modèle est utilisé pour analyser le fonctionnement hydrologique du bassin à différentes échelles de temps. Les apports des nappes cumulés sur le linéaire de la Loire à l'étiage sont estimés à 15 m3/s en moyenne entre 1975 et 2008. Les premières estimations de l'impact du changement climatique indiquent une baisse des apports moyens de 8 à 50% à horizon 2100 pour les quatre projections climatiques traitées.

Ce travail de thèse étudie les interactions entre les sociétés anciennes et un milieu fluvial localisé dans une microrégion de la vallée du Haut-Rhône français (Isle Crémieu et Bas Bugey). On a cherché à comprendre les rythmes et les processus d'évolution de cet anthroposystème fluvial sur le temps long, c'est-à-dire comment s'emboîtent et s'ajustent les systèmes social et fluvial. Il nous a fallu reconstituer les évolutions de l'hydrosystème, et celles des modes d'exploitation du milieu par les sociétés humaines depuis le Néolithique. Pour atteindre ces objectifs, nous avons mis en ouvre une approche pluridisciplinaire qui intègre les sciences humaines (archéologie, histoire, géographie) et les sciences paléoenvironnementales (géoarchéologie, archéobotanique et archéozoologie). Les résultats obtenus nous ont permis de discuter des imbrications des causalités climatiques et humaines sur l'évolution du milieu fluvial. Ils nous ont également permis d'estimer l'influence des changements de l'hydrosystème sur les modes d'occupation du sol (peuplements, systèmes agraires...). Il a en conséquence été question de la gestion du risque fluvial par les sociétés pré-protohistoriques et historiques.

Le bassin-versant de la Moselle française a été confronté à partir des années 1850 à des problèmes graves de pollution des eaux par l'industrie. Le développement de l'industrie lourde (charbonnages et carbochimie, mines de fer, sidérurgie, chimie du sel) a également entraîné une augmentation de la population qui a considérablement pesé sur la qualité des eaux de surface. L'étude de l'évolution des modalités de gestion de ce problème réalisée à partir de sources d'archives permet d'expliquer l'inefficacité des politiques menées jusqu'aux années 1960. Le consensus industrialiste qui animait une Lorraine traumatisée par l'annexion d'une partie de son territoire accordait aux industriels une certaine immunité, qui profitait aussi de la relative indétermination du statut juridique de la pollution. A partir des années 1950 et face au problème de la pénurie d'eau qui se profilait en Lorraine, des politiques plus vigoureuses furent menées, avec des résultats mitigés. La planification hydrologique menée dans le bassin-versant se fondait sur une fonctionnalisation de la ressource qui permettait de préserver les intérêts des industriels. Dans les années 1970 et surtout 1980, la montée en puissance de la coopération internationale sur les questions environnementales et l'accident Sandoz sur le Rhin (novembre 1986) ont remis en cause le consensus industrialiste et permis une meilleure prise en compte de l'environnement. Le travail développe les concepts de « système régional » et de « mode de construction » d'un problème environnemental, contributions nécessaires pour fonder théoriquement une géographie de l'environnement.

Favoriser l'harmonie entre les humains et entre l'homme et la nature, dit le Rapport Brundtland. Développement durable, gouvernance, négociation, conservation, ces quatre notions décortiquées conduisent à nos questions de départ: (i) sur le plan théorique, comment s'articulent relations entre humains (rapport social) et liens homme-nature (rapport patrimonial) sur un hydrosystème territorialisé? (ii) sur le plan pratique, comment fournir une aide à la négociation environnementale dans un contexte multi-acteurs? Une proposition : l'Acteur en 4 Dimensions. Ce modèle conceptuel d'analyse transdisciplinaire vise à saisir la place attribuée aux acteurs faibles et aux acteurs absents sur un territoire, pour encourager une négociation plus écologique et une conservation plus humaine. L'A4D est expérimenté sur trois hydrosystèmes : Plaine du Forez, pentes sud du Kilimandjaro, Barthes de l'Adour au travers de l'empreinte territoriale, spectre graphique vecteur de connaissances et de dialogue.

Classiquement étudié par différentes disciplines scientifiques, le domaine de l'eau est au cœur des préoccupations environnementales contemporaines. En Europe, l'évaluation et le suivi de l'état écologique des "masses d'eau" sont désormais exigés par la législation communautaire, la directive cadre sur l'eau (DCE - 2000/60/CE) fixant des objectifs pour leur préservation ou leur restauration le cas échéant. Dans ce contexte, des expériences d'utilisation de l'imagerie satellitaire en appui au suivi écologique des eaux se sont succédées en Europe, notamment pour les masses d'eau côtières et pour les grands lacs. Malgré cela, la précision spatiale de l'imagerie utilisée pour ce type de suivi ne permet pas l'observation fine de secteurs littoraux très proches de la côte ou de lacs avec une surface réduite (par ex. inférieure à 5 km²). Pour ces espaces aquatiques particuliers, pourtant très nombreux, l'utilisation de la télédétection satellitaire est moins sollicitée. Cette recherche doctorale a été réalisée sur une zone littorale réunissant plusieurs de ces espaces aquatiques peu investigués par la télédétection satellitaire. Situé à la frontière orientale de l'Europe et à distance égale du pôle nord et de la ligne de l'équateur, le delta du Danube, en tant qu'espace naturel remarquable, bénéficie de différents statuts de protection (réserve de biosphère, site RAMSAR, patrimoine mondial naturel de l'UNESCO). Ceux-ci s'expliquent en grande partie par la forte diversité d'espaces aquatiques aussi bien sur la plaine deltaïque que sur la zone côtière adjacente (bras de fleuve, chenaux, lacs, baies, golfes, marais, îles-barrières). Ce continuum hétérogène, constituant l'hydrosystème du delta du Danube, et son prolongement en mer côtière, sont l'objet principal de ce doctorat. La notion d'échelle occupe une place centrale dans notre démarche d'analyse puisque l'on est à l'intersection de deux grands systèmes (le bassin versant du Danube et la mer Noire) dont les étendues sont de deux ordres de grandeurs plus vastes que celle du delta ; la dimension temporelle est aussi fondamentale dans la mesure où les processus de morphogénèse et de remaniement (naturels et anthropiques) se font fortement ressentir et se traduisent par une mobilité importante des formes de relief ainsi que des éléments de l'hydrographie deltaïque. Au delà des évolutions sur le moyen et long terme, la variabilité spatio-temporelle contemporaine des eaux au pas de temps intra-annuel (saisonnier et intra-saisonnier), jusque-là peu étudiée, a également été appréhendée dans cette thèse. Par son côté exploratoire, la mise en place d'une chaîne de traitements d'images satellitaires adaptée à l'étude des eaux deltaïques représente, en soi, l'objectif méthodologique principal de ce doctorat. Dans cette voie, différents lots d'images ont été mobilisés : en fonction des fluctuations du niveau d'eau du Danube, nous avons retenu la période 2006-2009, étudiée à travers un total de 85 images satellitaires, dont 52 à moyenne résolution spatiale (MERIS) et 33 à haute résolution spatiale (ALOS AVNIR-2, SPOT HRVIR, Landsat TM et ETM+) ; à ce premier lot s'ajoute une soixantaine de prises de vue "historiques" couvrant la période comprise entre 1972 et 2005 (capteurs de la série Landsat MSS, TM et ETM+), ainsi que, pour la période plus récente, cinq images Landsat TM de 2010 et 2011. Trois procédés distincts mais complémentaires ont été mis en œuvre pour traiter cet ensemble hétérogène d'images. L'analyse intégrée des résultats obtenus avec des données hydrologiques et météo-océanographiques nous a permis d'apporter des nouveaux éléments de compréhension sur le fonctionnement actuel et passé du delta du Danube.