The San Joaquin Valley is part of the Great Central Valley of California, a major agricultural centre and food supplier for the United States. This area has significant water management concerns given the very high water demand for an increasing state population and for intense irrigation in a hot, temperate to semi-arid climate where the overall rate of evapotranspiration (ET) is high, and the overall rate of precipitation is low. Irrigation heavily relies upon groundwater and surface water extractions. Through the historical and current concerns of regional water resources reliability, land surface subsidence, water quality issues, and the health of ecosystems, a need for regional-scale water resource management and planning has developed. The physically-based surface-subsurface HydroGeoSphere (HGS) model is used to examine the regional-scale hydrologic budget of a large portion of the San Joaquin Valley. The objective of this investigation is to develop a steady-state groundwater-surface water model of the San Joaquin Valley representative of predevelopment hydrologic conditions. The groundwater-surface water system has undergone drastic changes since the employment of groundwater and surface water extractions for irrigation and mining, and is still responding to past and present stresses. The only certain stable initial condition must therefore be that of the natural system. The model input parameters were constrained by all relevant available hydrologic data. The model was not calibrated to subsurface hydraulic heads or river flows. However, the model does provide a fair match between simulated and actual estimated water table elevations. Historic river flow estimates were not used to calibrate the model, because data consistent with that collected by Hall (1886) and representative of the natural system were not available. For this investigation, water enters through precipitation and the inflow of major rivers only. The subsurface domain is bounded by no-flow boundaries, and groundwater is therefore only able to exit the subsurface through discharge to surface water features or through ET. Surface water is only able to exit the model through discharge via the San Joaquin River and through ET. Average river inflows circa 1878 to 1884 documented by Hall (1886) were applied where the rivers enter into the valley. The spatially variable average rate of precipitation (years 1971 to 2000) from a PRISM dataset was applied to the top of the model. The spatially variable long term average potential ET rates from the California Department of Water Resources (DWR) et al. (1999) were applied to the top of the model. Averaged overland flow parameters and vegetation factors needed to calculate actual ET were specified at the top of the model based on literature values and the 1874 spatial distribution of natural vegetation provided by California State University at Chico et al. (2003). Hydrogeological data including hydraulic conductivities, porosities, specific storage, and unsaturated zone properties are based on literature values from other relevant studies. The resulting steady state model is therefore characterized by historical long term average data assumed to be representative (as close as possible) of the flow system circa 1848. Results indicate that the natural hydrologic setting of the San Joaquin Valley is a complex one. Complex hydrologic processes, including significant groundwater-surface water interaction along the major rivers and within wetland areas formed by flooded surface water, as well as ET and impacted root zone processes were identified in the model domain. Identification and simulation of the complex recharge and discharge relationships in the model domain sheds insight into the hydrologic nature of some historic natural wetlands. Evapotranspiration is a very significant sink of both surface water and groundwater (44.8 % of the water balance input), and has a major impact on hydrologic processes in the root zone. The presence and path of the major rivers in the domain are well defined in the model output and agree well with their actual locations. The model simulates gaining and losing reaches of the major rivers, replicating the historic recharge-discharge relationship documented by others. The general location, formation, and hydrologic processes of some significant wetlands simulated by the model have a fair agreement with historical records. As mentioned above, there is also a fair match between simulated and actual estimated water table elevations. Successful simulation of the complex hydrologic processes and features that characterize the predevelopment hydrologic conditions of the San Joaquin Valley and that resolve the water balance of the natural system underscores the importance and necessity of using an integrated model. This steady state model should serve as a reasonable initial condition for future transient runs that bring the model up to current hydrologic conditions capable of estimating present and future water budgets.

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The International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) will be a major step towards controlled energy fusion in tokamaks. Operation of the hot confined plasma inside the tokamak will have to be optimized and simulations will have to prove that each pulse conducted is feasible under the operational limits of the reactor. For such purpose a Pulse Design Simulator is developed at ITER. This workflow lacks a transport model to simulate the dynamics of the plasma caused by micro-instabilities driven by turbulences. The purpose of this thesis is the adaptation of such model into the Integrated Modelling and Analysis Suite (IMAS), namely mapping the inputs and outputs of an existing code for its integration to the workflow. This work presents a fast 1D core transport code capable of simulating the evolution of the poloidal flux, the temperature evolution of both ions and electrons and the particle density transport. The model is coupled to a neural network regression of the transport model QuaLiKiz for the computation of first-principle based turbulent heat and particle transport coefficients. / Internationella Termonukleära Experimentella Reaktorn (ITER) kommer att vara ett stort steg mot kontrollerad energifusion i tokamaker. Driften av det varma, instängda plasmaet inne i tokamaken måste optimeras, och simuleringar måste bevisa att varje pulsskötning är genomförbar inom reaktorns driftgränser. För detta ändamål utvecklas en pulsdessignsimulator vid ITER. Denna arbetsflöde saknar en transportmodell för att simulera plasmaets dynamik orsakad av mikroinstabiliteter drivna av turbulenser. Syftet med denna avhandling är anpassningen av en sådan modell till Integrated Modelling and Analysis Suite (IMAS), nämligen att kartlägga in- och utdata av en befintlig kod för dess integration i arbetsflödet. Denna arbete presenterar en snabb 1D-kärntransportkod som kan simulera utvecklingen av den poloidala flödet, temperaturutvecklingen för både joner och elektroner samt partikeltäthetstransporten. Modellen är kopplad till en neural nätverksregression av transportmodellen QuaLiKiz för beräkning av första principbaserade turbulenta värme- och partikeltransportkoefficienter.

Modelle werden eingesetzt, um Menge und Herkunft der Stoffeinträge auf Flussgebietsebene zu analysieren. Aus den Ergebnissen der Modellierung lassen sich Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Gewässergüte ableiten. Für die Interpretation der Modellergebnisse sind Kenntnisse über die Genauigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse notwendig. Das Modell MONERIS als konzeptionelles Modell für die Anwendung auf Flussgebietsebene wurde innerhalb der vorliegenden Arbeit in 5 europäischen Flusseinzugsgebieten angewandt. Sowohl mit verschiedenen Ansätzen aufbereitete Abflusswerte als auch unterschiedlich hoch aufgelöste Eingangsdaten führten bei der Modellierung zu Änderungen der berechneten Einträge und Frachten. Gezeigt wird, dass mit MONERIS sowohl mittlere Eintrags- und Frachtwerte für eine Periode von mehreren Jahren, als auch Werte für Einzeljahre berechnet werden können. Der Vergleich mit aus Konzentrations- und Abflussmessungen im Gewässer abgeleiteten Frachten wies Abweichungen von <30% auf. Bei der Modellierung von Einzeljahren konnten insbesondere die Jahre mit mittleren Niederschlagsbedingungen gut abgebildet werden. In Jahren mit hohen oder geringen Niederschlägen oder einer außergewöhnlichen Niederschlagsverteilung traten dagegen, bedingt durch die Kalibrierung der meisten Modellkoeffizienten für mittlere Abflussbedingungen von Perioden, Unter- oder Überschätzungen der gemessenen Frachten auf. Monatliche Einträge und Frachten wurden ebenfalls modelliert. Der Vergleich mit Messwerten zeigte hohe Abweichungen, sodass MONERIS für eine monatliche Berechnung noch weiterentwickelt werden muss. Dies betrifft vor allem die Genauigkeit der als Eingangsdaten verwendeten Abflüsse und der Abflusskomponenten sowie den in den Modellversionen vor 2008 verwendeten Retentionsansatz. Auch die räumliche Modellauflösung wurde untersucht und festgestellt, dass eine Modellierung mit MONERIS bis zu einer Auflösung von 1km² problemlos möglich ist. Die Schnittpunkte von Stoffeintragsmodellen mit Modellen aus der Siedlungswasserwirtschaft wurden durch einen Vergleich von MONERIS mit dem Modell STORM in einem stark urban geprägten Einzugsgebiet ermittelt. Obwohl die Unterschiede in den Modellansätzen deutlich wurden, konnte gezeigt werden, dass eine Ergänzung der beiden Modelltypen wünschenswert wäre. Abschließend wird ein neuer Ansatz für die Frachtberechnung aus Abfluss- und Konzentrationsmessungen vorgestellt, durch den die Genauigkeit der berechneten Jahresfrachten bei geringer Anzahl von Messwerten gegenüber etablierten Ansätzen erhöht werden kann. Da die aus Messwerten berechneten Frachten für die Modellkalibrierung und Validierung benötigt werden, kann so auch die Stoffeintragsmodellierung positiv beeinflusst werden. / Different models were used to analyse and calculate the amount and origin of the nutrient inputs into riverbasins. Recommended follow-up action can be derived from the model results to improve the river water quality. The interpretation of the modelling results requires the knowledge of the accurateness and the significance of the results. For the investigations, the MONERIS model as a conceptual model was applied in five European river catchments. Different approaches for data preparation as well as a different input data were resulting in a large variation of the calculated nutrient inputs and loads. It was shown, that the MONERIS model is applicable to calculate inputs and loads for periods of several years as well as for one year. In comparison with measured loads mean deviations less than 30% were found. Looking at a yearly timestep, the nutrient inputs and loads in years with mean precipitation conditions were well reproduced. Years with high or low precipitation tends to result in overor underestimation of the nutrient inputs and loads, caused by the calibration of the model coefficients for mean runoff conditions. Monthly inputs and loads were calculated with MONERIS for the first time. The comparison with measured loads shows high deviations. Model improvements have to bee made regarding runoff input values (and runoff components) and retention approach (in the model version before 2008). Furthermore the spatial model resolution was investigated. It could be shown, that the MONERIS model is applicable until a resolution of 1sq.km. In a further application, MONERIS was compared with the urban stormwater management model STORM. Even though there were differences in model approaches, it could be shown a relation between the models for a comprehensive consideration of the calculation of nutrient contamination. Subsequent, a new runoff reduced approach for load calculation based on measurements of runoff and concentrations is presented. This approach allows the calculation of yearly loads with higher precision compared with well-established approaches, if only a low number of concentration measurement is available. The loads calculated from runoff and concentration measurements were important for calibration and validation of nutrient input models and can help to improve there results.

Modelle werden eingesetzt, um Menge und Herkunft der Stoffeinträge auf Flussgebietsebene zu analysieren. Aus den Ergebnissen der Modellierung lassen sich Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Gewässergüte ableiten. Für die Interpretation der Modellergebnisse sind Kenntnisse über die Genauigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse notwendig. Das Modell MONERIS als konzeptionelles Modell für die Anwendung auf Flussgebietsebene wurde innerhalb der vorliegenden Arbeit in 5 europäischen Flusseinzugsgebieten angewandt. Sowohl mit verschiedenen Ansätzen aufbereitete Abflusswerte als auch unterschiedlich hoch aufgelöste Eingangsdaten führten bei der Modellierung zu Änderungen der berechneten Einträge und Frachten. Gezeigt wird, dass mit MONERIS sowohl mittlere Eintrags- und Frachtwerte für eine Periode von mehreren Jahren, als auch Werte für Einzeljahre berechnet werden können. Der Vergleich mit aus Konzentrations- und Abflussmessungen im Gewässer abgeleiteten Frachten wies Abweichungen von <30% auf. Bei der Modellierung von Einzeljahren konnten insbesondere die Jahre mit mittleren Niederschlagsbedingungen gut abgebildet werden. In Jahren mit hohen oder geringen Niederschlägen oder einer außergewöhnlichen Niederschlagsverteilung traten dagegen, bedingt durch die Kalibrierung der meisten Modellkoeffizienten für mittlere Abflussbedingungen von Perioden, Unter- oder Überschätzungen der gemessenen Frachten auf. Monatliche Einträge und Frachten wurden ebenfalls modelliert. Der Vergleich mit Messwerten zeigte hohe Abweichungen, sodass MONERIS für eine monatliche Berechnung noch weiterentwickelt werden muss. Dies betrifft vor allem die Genauigkeit der als Eingangsdaten verwendeten Abflüsse und der Abflusskomponenten sowie den in den Modellversionen vor 2008 verwendeten Retentionsansatz. Auch die räumliche Modellauflösung wurde untersucht und festgestellt, dass eine Modellierung mit MONERIS bis zu einer Auflösung von 1km² problemlos möglich ist. Die Schnittpunkte von Stoffeintragsmodellen mit Modellen aus der Siedlungswasserwirtschaft wurden durch einen Vergleich von MONERIS mit dem Modell STORM in einem stark urban geprägten Einzugsgebiet ermittelt. Obwohl die Unterschiede in den Modellansätzen deutlich wurden, konnte gezeigt werden, dass eine Ergänzung der beiden Modelltypen wünschenswert wäre. Abschließend wird ein neuer Ansatz für die Frachtberechnung aus Abfluss- und Konzentrationsmessungen vorgestellt, durch den die Genauigkeit der berechneten Jahresfrachten bei geringer Anzahl von Messwerten gegenüber etablierten Ansätzen erhöht werden kann. Da die aus Messwerten berechneten Frachten für die Modellkalibrierung und Validierung benötigt werden, kann so auch die Stoffeintragsmodellierung positiv beeinflusst werden. / Different models were used to analyse and calculate the amount and origin of the nutrient inputs into riverbasins. Recommended follow-up action can be derived from the model results to improve the river water quality. The interpretation of the modelling results requires the knowledge of the accurateness and the significance of the results. For the investigations, the MONERIS model as a conceptual model was applied in five European river catchments. Different approaches for data preparation as well as a different input data were resulting in a large variation of the calculated nutrient inputs and loads. It was shown, that the MONERIS model is applicable to calculate inputs and loads for periods of several years as well as for one year. In comparison with measured loads mean deviations less than 30% were found. Looking at a yearly timestep, the nutrient inputs and loads in years with mean precipitation conditions were well reproduced. Years with high or low precipitation tends to result in overor underestimation of the nutrient inputs and loads, caused by the calibration of the model coefficients for mean runoff conditions. Monthly inputs and loads were calculated with MONERIS for the first time. The comparison with measured loads shows high deviations. Model improvements have to bee made regarding runoff input values (and runoff components) and retention approach (in the model version before 2008). Furthermore the spatial model resolution was investigated. It could be shown, that the MONERIS model is applicable until a resolution of 1sq.km. In a further application, MONERIS was compared with the urban stormwater management model STORM. Even though there were differences in model approaches, it could be shown a relation between the models for a comprehensive consideration of the calculation of nutrient contamination. Subsequent, a new runoff reduced approach for load calculation based on measurements of runoff and concentrations is presented. This approach allows the calculation of yearly loads with higher precision compared with well-established approaches, if only a low number of concentration measurement is available. The loads calculated from runoff and concentration measurements were important for calibration and validation of nutrient input models and can help to improve there results.

Compte tenu de l’évolution démographique et climatique planétaire, la gestion de la ressource en eau constitue un défi majeur auquel la communauté internationale devra faire face au cours du XXIème siècle. A cet effet, l'identification de la continuité hydrique entre les eaux de surface et les eaux souterraines permet l'introduction de la notion de gestion intégrée de la ressource. L'application de ce principe de gestion au bassin de la Seine, à travers l'estimation des échanges nappe-rivière, est rendue possible par la mise en pratique du concept d'interface nappe-rivière emboitées au sein de travaux de modélisation. Pour cela une procédure de modélisation multi-échelles peut être mise en place. Elle vise à intégrer des informations locales au sein de modélisation à une échelle supérieure. Dans ce mémoire, une procédure de modélisation multi-échelles est mise en œuvre. Ce protocole de modélisation est initié par une estimation des flux d'eau régionaux au sein de l'hydrosystème Seine. La cohérence globale de ces flux est garantie par le développement d'une méthodologie de calibration de modèles couplés en deux étapes. Ensuite les informations locales, que sont les hétérogénéités de la plaine alluviale de la Bassée et de la représentation des interfaces nappe-rivière du réseau secondaire, sont intégrées au modèle régional par une procédure de modélisation emboitée et de changement d'échelle des paramètres hydrauliques. La mise en place de cette procédure a finalement permis l'estimation fine des échanges nappe-rivière sur la quasi-totalité (83%) du réseau hydrographique naturel du bassin de la Seine et ainsi de répondre aux recommandations de gestion intégrée de la ressource faites par la directive cadre sur l'eau. / Given the current climate and anthropogenic evolutions, water management becomes one of the greatest challenges of the 21st Century. For that purpose, by identifying hydraulic continuity between surface and subsurface water, the concept of integrated water management can be introduced. In this work this management concept is applied on the Seine basin by quantizing hydrological processes occuring at the nested stream-aquifer interface. The implementatin of the nested interface concept can bedone through multi-scale modeling. This modelling procedure, aimed at embody the local characteristics of the interfaces (such as structural or hydrodynamic heterogeneities) in large scale models. A multi-scale modelling procedures is applied to the regional Seine basin model (70000 km²) in order, to study the hydrodynamic behaviour of the Bassée alluvial plain, and to quantify the stream-aquifer exchanged fluxes at the basin scale. The modelling protocol is initiated with regionals fluxes estimation over Seine hydrosystem. Regional fluxes consistency are assured by a two-step calibration procedure of fully coupled models. Then, the local characteristics of the Bassée alluvial plain, are implemented in the regional model by nested modelling methodology associated with upscaling procedure of hydraulics properties. Finally, the multi-scale modelling procedure lead to quantify distributed stream-aquifer exchanged water fluxes over 83% of the natural river network of the Seine basin, and thus, achieve to answer the integrated water resources management recommandations of the water framework directive.

Die vermiedene tropische Entwaldung und zusätzliche Aufforstungen sind von zentraler Bedeutung für die Klimawandelvermeidung, üben aber zusätzlichen Druck auf die globalen Landressourcen zur Produktion von Nahrungsgütern, Futtermittel, Fasern, Bioenergie und Rundholz dar. Die Ziele der Studie beziehen sich auf die Analyse der Verzichtskosten in der Land- und Forstwirtschaft sowie das Potential zur Klimawandelvermeidung in globalen Wäldern durch normative und marktbasierte Klimaschutzprogramme. Das globale ökonomische Landnutzungsmodell ''Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment'' (MAgPIE) wurde um eine konsistente Landnutzungsdatenbank und den Forstsektor erweitert. Es simuliert die räumlich-explizite Landnutzung und deren Änderungen während die Kosten land- und forstwirtschaftlicher Produktion unter gegebener Nachfrage nach Gütern geschätzt werden. Szenarien zu Klimaschutzmaßnahmen werden verglichen mit Referenzszenarien über Zeithorizonte bis zum Jahr 2100. Die Ergebnisse verweisen auf ein begrenztes Mitigationspotential normativen tropischen Waldschutzes zu geringen zusätzlichen Kosten in der Landwirtschaft. Lateinamerika profitiert von ausreichenden Landreserven und geringem Anstieg in der Güternachfrage und geringer Referenzentwaldung. Die Verlagerung von Emissionen durch regionalen Waldschutz hat Auswirkungen auf die sektoralen Produktionskosten und verringert das globale ökonomische Potential. Die Schlussfolgerungen betreffen 1) den Bedarf an substantieller Ertragssteigerung in Sub-Sahara Afrika als Voraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung vermiedener Entwaldung, 2) die erhöhte Gefahr der Verlagerung von Emissionen aus Entwaldung durch die Umsetzung regionaler Klimaschutzprogramme und der Liberalisierung des Holzhandels, 3) das hohe ökonomische Potential integrierter Klimaschutzprogramme zu moderaten Verzichtskosten, sowie 4) die Notwendigkeit zusätzlicher Forschung bezüglich der Unsicherheiten in Parametern und Modellprozessen. / Avoiding tropical deforestation and additional afforestation are of primary importance for climate change mitigation but exert additional pressure on global land resources for the production of food, feed, fibre, bioenergy and timber. The study objectives relate to the analysis of the foregone economic benefits, the opportunity costs, in agriculture and forestry and the climate change mitigation potential of global forests in normative and market-based programmes. The global economic ‘Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment'' (MAgPIE) has been extended by a consistent land use database and the forestry sector. It simulates spatially-explicit land use and land use changes while estimating the costs of production in agriculture and forestry to satisfy a prescribed demand. Climate change mitigation scenarios are contrasted to baselines for time horizons up to the year 2100. The results show the limited mitigation potential of normative forest conservation in tropical regions at low additional costs in agriculture. Latin America benefits from sufficient land endowments and low increases in crop demand leading to relatively low baseline deforestation. The displacement of carbon emissions between regions impacts the regional agriculture and forestry production costs and reduces the global economic potential. The conclusions pertain to the 1) need for high rates of yield increase in Sub-Saharan Africa as a precondition for successfully avoided deforestation, 2) increased threat of regional carbon emission leakage from implementing mitigation programmes and liberalized trade of timber, 3) high economic potential of climate change mitigation from integrating afforestation and avoided deforestation at moderate costs, and 4) additional research needs to account for significant uncertainties from growth and cost parameters and model processes.

Le développement des réseaux séparatifs entraîne le transfert fréquent de polluants urbains vers les milieux récepteurs (plans d’eau, rivières, etc.). La compréhension des processus de production et de lessivage des polluants dans le milieu urbain est pourtant incomplète à l’heure actuelle. Afin de répondre aux questions liées à la gestion des eaux urbaines, l’amélioration des connaissances des processus physiques est nécessaire, tant au niveau des surfaces urbaines que les réseaux d'assainissement. Pour cela, la modélisation du transfert hydrologique des polluants en milieu urbain peut être un outil précieux.Cette thèse a pour objectif de développer et d'analyser des modèles distribués à base physique pour simuler les flux de polluants routiers (Matières En Suspension (MES), Hydrocarbures, Métaux) dans un environnement urbain. Elle s'inscrit dans le cadre du projet ANR "Trafipollu" et bénéficie des résultats expérimentaux mis en œuvre dans ce projet pour la calibration et validation des modèles utilisés. Le travail de thèse s’articule autour de deux échelles de modélisation : l’échelle locale et l’échelle du quartier.A l'échelle locale, le code FullSWOF (volumes finis, schéma numérique d'ordre 2) couplé au modèle d’érosion d'Hairsine and Rose (1992a; 1992b) et des données géographiques très détaillées (résolution spatiale centimétrique) ont été utilisés et adaptés afin d'améliorer nos connaissances des processus physiques du lessivage des polluants sur les surfaces urbaines. La comparaison aux mesures en continu permet d’évaluer la performance d’une modélisation physique pour représenter les variations spatiales et temporelles des processus de transferts des polluants sur les surfaces urbaines. Les analyses des résultats obtenus permettent de constater la prédominance des effets d'arrachement liés à la pluie sur les processus d'entrainement par l'advection sur la majeure partie du bassin versant routier. L’utilisation d’un modèle d’érosion pour modéliser le transport particulaire en zone urbaine est une innovation importante de cette thèse.A l’échelle du quartier, la deuxième étape du travail consiste à coupler séquentiellement le modèle TREX (Velleux, England, et al., 2008) avec le modèle CANOE (Alison, 2005), nommé "TRENOE" plateforme. En changeant différentes options de mise en œuvre et de configurations du modèle, l’adaptation de la précision numérique et l’utilisation de données détaillées d’occupation du sol semblent être les facteurs clés pour une telle modélisation. Par ailleurs, ce couplage a montré des problèmes de fond tels que la modélisation du schéma numérique des flux en surface (seulement dans 4 directions), ainsi que l'utilisation de l'équation USLE pour simuler l'érosion en milieu urbain, ne comprenant pas d’impact des gouttes de pluie pour la modélisation.Pour remédier à ces défauts, la plateforme opensource LISEM-SWMM est développée en couplant le modèle LISEM (De Roo, Wesseling, et al., 1996), modèle d’érosion développé initialement pour le milieu naturel, et le modèle SWMM (Rossman, 2010). Pour la première fois, la modélisation hydrologique s’appuie aussi sur l’utilisation de sorties de modèles atmosphériques pour les dépôts des particules fines (PM10), hydrocarbures et métaux. Les résultats montrent que l’emploi de modèles totalement distribués peut arriver à reproduire de manière très fine les dynamiques des particules, des hydrocarbures et des métaux. Même si à ce stade la plateforme développée nécessite des améliorations pour adapter aux utilisations dans le champ opérationnel, ceci constitue une avancée pour le domaine de modélisation du transfert hydrologique des polluants routiers en milieu urbain / Nowadays, the increasing use of separate stormwater systems causes a frequent transport of urban pollutants into receiving water bodies (lakes, rivers). However, current studies still lack of the knowledge of urban build-up and wash-off processes. In order to address urban management issues, better understanding of physical mechanism is required not only for the urban surfaces, but also for the sewer systems. In this context, the modelling of hydrological transfer of urban pollutants can be a valuable tool.This thesis aims to develop and assess the physically-based and distributed models to simulate the transport of traffic-related pollutants (suspended solids, hydrocarbons, heavy metals) in urban stormwater runoffs. This work is part of the ANR "Trafipollu" project, and benefit from the experimental results for model calibration and validation. The modelling is performed at two scales of the urban environment: at the local scale and at the city district scale.At the local scale of urban environment, the code FullSWOF (second-order finite volume scheme) coupled with Hairsine and Rose model (1992a; 1992b) and detailed monitoring surveys is used to evaluate urban wash-off process. Simulations over different rainfall events represent promising results in reproducing the various dynamics of water flows and particle transfer on the urban surfaces. Spatial analysis of wash-off process reveals that the rainfall-driven impacts are two orders of magnitude higher than flow-drive effects. These findings contribute to a significant improvement in the field of urban wash-off modelling. The application of soil erosion model to the urban context is also an important innovation.At the city district scale, the second step consists of coupling the TREX model (Velleux, England, et al., 2008) and the CANOE model, named "TRENOE" platform. By altering different options of model configurations, the adequate numerical precision and the detailed information of landuse data are identified as the crucial elements for achieving acceptable simulations. Contrarily, the high-resolution topographic data and the common variations of the water flow parameters are not equally significant at the scale of a small urban catchment. Moreover, this coupling showed fundamental problems of the model structure such as the numerical scheme of the overland flow (only 4 directions), and the empirical USLE equations need to be completed by raindrop detachment process.To address these shortcomings, the LISEM - SWMM platform is developed by coupling the open-source LISEM model (De Roo, Wesseling, et al., 1996), which is initially developed for soil erosion simulations, and the SWMM model (Rossman, 2010). For the first time, the hydrological model is also supported by the simulations of atmospheric dry deposits of fine particles (PM10), hydrocarbons and heavy metals. The performance of water flow and TSS simulations are satisfying with the calibrated parameters. Considering the hydrocarbons and heavy metals contents of different particle size classes, simulated event mean concentration of each pollutant is comparable to local in-situ measurements. Although the platform at current stage still needs improvements in order to adapt to the operational applications, the present modelling approach contributes to an innovative technology in the field of modelling of hydrological transfer of the traffic-related pollutants in urban environment