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Universiẗat, Diss., 2003--Bonn.

La prévision des crues de l'Isère en amont de Grenoble est une préoccupation majeure du SPC AN qui souhaite faire évoluer son système en intégrant une prévision hydrométéorologique, afin de pouvoir étendre les délais d'anticipation. Ce bassin, de régime à dominante nivale intégre un important dispositif hydroélectrique modifiant le régime naturel des écoulements. Le sous-bassin de l'Isère à Moûtiers, d'une surface proche du millier de km2, comportant les caractéristiques typiques de l'ensemble du bassin, constitue une zone test idéale qui permettra d'appréhender judicieusement la modélisation hydrologique complète à terme du bassin de l'Isère à Grenoble. Dans le cadre du projet ALCOTRA - RiskNat, le modèle RS2 (Dubois et al.,2000) développé au LCH-EPFL et adapté au contexte Alpin constitue un bon compromis entre une approche qui permet d'intégrer les spécificités de la zone d'étude et une souplesse de mise en oeuvre, qui sur le plan opérationnel, est un atout capital. La complexité du réseau hydraulique en présence a impliquée une modélisation en deux étapes : calibration du modèle en conditions naturelles puis intégration des ouvrages. A partir de la représentation des aménagements dans le modèle, plusieurs discrétisations spatiales du bassin plus ou moins détaillées ont été imaginées et testées dans un premier temps. Cela a permis d'analyser l'impact de ces différentes représentations des forçages météorologiques sur les termes du bilan hydrologique simulé. Ce contexte de montagne rend particulièrement délicat l'estimation du forçage des précipitations. L'impact de 3 champs de précipitation testés en entrée du modèle sur les simulations de débit a été analysé et s'est révélé bien plus important que celui lié à la discrétisation des forçages météorologiques. Le modèle capable de représenter le mieux possible la météorologie du bassin a été conservé afin d'y représenter les aménagements dans un second temps. Une méthode simple pour les considérer peut s'avérer suffisante, et une relation d'équivalence pour la représentation des prises d'eau permet de favoriser la souplesse du modèle. Néanmoins, à terme, cet outil doit permettre au SPC de se baser sur une estimation plus juste et plus précise du débit de crue, ce qui exige d'intégrer un pas de temps plus fin, i.e. l'horaire, adapté au temps de réponse du bassin. La mise en œuvre de cette prévision horaire est alors plus complexe et requiert une représentation plus détaillée des processus hydrométéorologiques et hydrauliques. Une méthode de désagrégation temporelle pour estimer le forçage des précipitations a été employée. Des premiers résultats encourageants de modélisation horaire sont présentés. / The flood forecasting of the Isere River upstream Grenoble is a major concern of the SPC NA wanting to change its system to an integrated hydrometeorological forecasting to extend the time of anticipation. This basin whose surface is about several thousand kilometers square and with a snowmelt dominated regime, integrate an important hydro-electric device modifying the flows natural regime. The Moûtiers Isere River subbasin, with a surface close thousands of square kilometers and the typic characteristics of the entire basin, is a ideal test zone that will appropriately apprehend the hydrological modeling of Grenoble Isere River basin. In the framework of ALCOTRA -RiskNat project RS2 Model developed at the LCH-EPFL (Dubois et al., 2000) and adapted to the Alpine context is a good compromise between an approach that integrates the large specificity of the study area and flexibility of implementation, which operationally is a considerable asset. The complexity of this hydraulic network implied a two steps modeling : model calibration in natural conditions then integration of the hydro-electric device. From the representation of hydropower plants in the model, four spatial discretizations of the basin more or less detailed, have been devised and tested in the first place. This was used to analyze the impact of four different representations of meteorological forcing on the simulated water balance terms. This mountain context makes it particularly difficult estimating the precipitation forcing. The impact of three precipitation fields tested as input to the model on simulations of flow has proved far greater than that associated with the discretization of the meteorological forcing. The model that best represent the meteorology of the basin has been preserved in order to represent the hydropower plant for a second time. A simple method to consider may be sufficient, and an equivalence relation for the representation of water intake helps to promote flexibility of the model. However, over time, this tool must allow the SPC forecasting to be based on an estimate fairer and more accurate flood flow, which requires integrating a finer time step, the hourly time step, suitable basin response time. The implementation of this hourly forecasting is more complex and requires a more detailed process of hydro-meteorological and hydraulics. For estimating the new precipitation forcing, a method of temporal disaggregation was used. Encouraging initial results of hourly modeling are presented.

La fusariose de l’épi est une des maladies les plus importantes du blé. Elle est causée par un complexe d’espèces dont les plus courantes sont F. graminearum, F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale. Ces champignons infectent les épis de blé au moment de la floraison mais l’impact de contaminations tardives sur les grains est peu compris. De plus, deux ou trois espèces sont susceptibles de co-infecter un même épi, ce qui pourrait modifier leur développement et leur production de toxines dans l’épi. Pour étudier ces problématiques, plusieurs isolats appartenant aux espèces citées ont été caractérisés selon leurs traits de vie et leur agressivité sur épi. Nous avons ensuite étudié le développement de souches de Fusarium inoculées 3 jours avant ou 0, 8, 18 ou 28 jours après la sortie des premières anthères. Les niveaux de maladie et toxines se sont révélés maximum autour de la floraison. La date d’inoculation semble conditionner la sévérité de la maladie et influencer le développement des souches. Des contaminations précoces et tardives seraient malgré tout possibles avec des isolats agressifs, ce qui ouvre la possibilité de telles infections au champ. Dans une deuxième expérimentation, nous avons étudié la compétition entre F. graminearum et les autres espèces (F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale). Les réponses se sont avérées variables ; néanmoins, les souches agressives ne sont pas influencées ou légèrement favorisées par la présence d’un compétiteur alors que les souches peu agressives sont défavorisées par la présence de souches agressives. La production de toxines est, dans la plupart des cas, restée stable ou a diminué en co-inoculations par rapport aux inoculations simples. Dans une dernière expérimentation nous avons étudié la compétition entre souches associée à leurs mouvements dans l’épi. Inoculés seuls, les champignons progressent dans la totalité de l’épi alors que la présence d’un second champignon empêche leur développement, ce qui suggère une interaction compétitive entre eux. Cette étude apporte de nouveaux éléments nécessaires à la compréhension de l’épidémiologie de ces agents pathogènes et des niveaux de contamination à l’échelle du champ. / FHB is a potentially very damaging wheat disease, present in most wheat-growing areas and caused by a species complex from which F. graminearum, F. culmorum, F. poae, M. majus and M. nivale are the most common. These fungi may infect wheat spikes at flowering but infections at late stages of kernel development are poorly understood. Moreover, disease surveys have shown that co-infection of the same spike by two or three species is frequent and could modify their development in spikes. To investigate these questions, several isolates of the species cited above were characterised for their life traits and aggressiveness on spikes. We then investigated the development of Fusarium isolates inoculated on wheat spikes 3 days before or 0, 8, 18 and 28 days post anthers extrusion. The highest disease and toxin levels were found around anthesis. The inoculation date appeared to condition the disease severity and to influence the isolates development. Early or late contaminations were however possible with aggressive isolates, which suggest the possibility of such infections in field. In a second experiment, we studied the competition between F. graminearum and the other species (F. culmorum, F. poae, M. majus and M. nivale). The responses were variable; nevertheless, aggressive isolates were most of the time unchanged in their development or even promoted whereas less aggressive isolates were reduced against more aggressive ones. The toxin levels were generally unchanged or they decreased in co-inoculations compared to single inoculations. In a last experiment, we investigated the isolate competition and the movement of fungi in the spikes. Alone, isolates progressed in the whole spike whereas the presence of another fungus impaired their development, suggesting a competitive interaction. This study contributes to our understanding of these pathogens epidemiology and provides new elements for a better understanding of the contamination of wheat kernels at the field level.

La prévision des crues de l'Isère en amont de Grenoble est une préoccupation majeure du SPC AN qui souhaite faire évoluer son système en intégrant une prévision hydrométéorologique, afin de pouvoir étendre les délais d'anticipation. Ce bassin, de régime à dominante nivale intégre un important dispositif hydroélectrique modifiant le régime naturel des écoulements. Le sous-bassin de l'Isère à Moûtiers, d'une surface proche du millier de km2, comportant les caractéristiques typiques de l'ensemble du bassin, constitue une zone test idéale qui permettra d'appréhender judicieusement la modélisation hydrologique complète à terme du bassin de l'Isère à Grenoble. Dans le cadre du projet ALCOTRA - RiskNat, le modèle RS2 (Dubois et al.,2000) développé au LCH-EPFL et adapté au contexte Alpin constitue un bon compromis entre une approche qui permet d'intégrer les spécificités de la zone d'étude et une souplesse de mise en oeuvre, qui sur le plan opérationnel, est un atout capital. La complexité du réseau hydraulique en présence a impliquée une modélisation en deux étapes : calibration du modèle en conditions naturelles puis intégration des ouvrages. A partir de la représentation des aménagements dans le modèle, plusieurs discrétisations spatiales du bassin plus ou moins détaillées ont été imaginées et testées dans un premier temps. Cela a permis d'analyser l'impact de ces différentes représentations des forçages météorologiques sur les termes du bilan hydrologique simulé. Ce contexte de montagne rend particulièrement délicat l'estimation du forçage des précipitations. L'impact de 3 champs de précipitation testés en entrée du modèle sur les simulations de débit a été analysé et s'est révélé bien plus important que celui lié à la discrétisation des forçages météorologiques. Le modèle capable de représenter le mieux possible la météorologie du bassin a été conservé afin d'y représenter les aménagements dans un second temps. Une méthode simple pour les considérer peut s'avérer suffisante, et une relation d'équivalence pour la représentation des prises d'eau permet de favoriser la souplesse du modèle. Néanmoins, à terme, cet outil doit permettre au SPC de se baser sur une estimation plus juste et plus précise du débit de crue, ce qui exige d'intégrer un pas de temps plus fin, i.e. l'horaire, adapté au temps de réponse du bassin. La mise en œuvre de cette prévision horaire est alors plus complexe et requiert une représentation plus détaillée des processus hydrométéorologiques et hydrauliques. Une méthode de désagrégation temporelle pour estimer le forçage des précipitations a été employée. Des premiers résultats encourageants de modélisation horaire sont présentés.

Dans ce travail, nous procèderons d'abord à une étude attentive des séries de mesures existantes. Ensuite, après des rappels sur les différents phénomènes qui participent à la fusion nivale, nous chercherons à schématiser les échanges thermiques de surface, puis le cheminement de l 'eau de fusion à travers le manteau. Un travail semblable a été entrepris, dès 1964, par E.A . ANDERSON, qui a abouti en 1968, à un modèle de fonte intégré depuis dans le Stanford Watershed Model. Toutefois, les données du Col de Porte présentent certaines lacunes et nous conduiront à insister plus particulièrement sur les problèmes d'estimation des quantités non mesurées. Nous décrirons rapidement les essais et la mise au point du modèle, en donnant au passage un aperçu des problèmes généraux r encontrés dans la conception et la mise au point des modèles déterministes en hydrologie, puis nous regarderons comment évoluent les performances de ce modèle quand, sans en changer la structure, on réduit le nombre des variables d'entrée pour ne conserver que celles qui sont généralement disponibles. Dans une dernière partie, nous essaierons d'aborder le problème de manière statistique. Après quelques rappels théoriques, nous chercherons quelles sont les variables les plus explicatives et nous les utiliserons dans un modèle linéaire simple, mais d'une mise en oeuvre plus rapide que nous comparerons au modèle déterministe retenu; L'approche statistique nous suggerera aussi quelques remarques sur les données de débit utilisées, ainsi que sur la méthode du "facteur de fonte" couramment employée.

Ce travail de thèse propose une méthodologie d'instrumentation reposant sur plusieurs outils hydrologiques, géophysiques et géochimiques afin de quantifier l'apport nival dans les débits du Lignon. Cette instrumentation consiste en un suivi des échanges aux différents compartiments/interfaces hydrologiques que forment l'atmosphère, la neige, le sol et les cours d'eau au cours des saisons. La neige, et surtout l'équivalent en eau liquide qu'elle représente, est fondamentale pour la compréhension du fonctionnement des sources du Lignon, situées à l'aval direct d'une congère de grand volume. Ce volume d'eau est stocké durant la saison froide pour être restitué lors de la fonte printanière. Cette restitution est loin d'être homogène dans le Haut Lignon, en raison de la forte variabilité spatio-temporelle des paramètres qui la pilotent.L'infiltration de l'eau alors produite est une étape clef dans le comportement hydrologique du Lignon au printemps. La structure du sol à proximité des sources explique également la forte dépendance des sources du Lignon par rapport aux précipitations neigeuses. Cette dépendance est particulièrement visible lors de la fonte de la neige, qui modifie à très court terme les débits aux sources. Cette relation neige-pluie-débit met en évidence une alimentation superficielle pluvio-neigeuse prépondérante par rapport aux débits issus d'eau plus profonde, mais variable au cours de l'année.La méthode d'instrumentation employée, adaptée à l'hydrologie locale employée, permet de corroborer les résultats obtenus avec une précision appréciable, tout en ouvrant de nouvelles perspectives d'application à d'autres bassins versants d'altitude.

Les phénomènes météorologiques en montagne sont influencés par de nombreux facteurs tels que le relief ou l'altitude, et possèdent de ce fait une grande variabilité spatiale, qui rend l'hydrométéorologie des bassins versants de montagne particulièrement complexe. Au regard de cette hétérogénéité spatiale, les postes d'observations sont à ces altitudes trop peu nombreux. Les mesures sont de plus réalisées dans des conditions parfois difficiles (neige, vent) et sont donc souvent entachées d'importantes incertitudes. En conséquence, l'estimation des stocks de neige et des précipitations, primordiale pour les gestionnaires du parc hydroélectrique d'EDF (Électricité De France), reste encore aujourd'hui sujette à des incertitudes non négligeables. La thèse présentée ici, menée au sein de l'équipe hydrologie d'EDF-DTG a, parmi ses objectifs, le développement d'un outil d'interpolation des précipitations en zones de montagne. Ce dernier permettrait à terme de progresser vers une vision spatialisée et cartographiée de la pluie et de la neige mesurées sur les bassins versants faisant l'objet d'une prévision opérationnelle.<br />Pour développer cette méthodologie, une très vaste base de données a été constituée, regroupant des données françaises (EDF et Météo France) mais également suisses, italiennes et espagnoles. Cet outil repose sur un Modèle Numérique de Terrain de maille 1km. Une classification en types de temps est introduite, afin de prendre en compte les variations du gradient orographique de précipitation en fonction du type de circulation atmosphérique considérée. Au sein de chaque type de temps et pour chaque pixel l'effet orographique, considéré comme prépondérant dans l'explication des précipitations en montagne, est modélisé par une relation linéaire reliant les précipitations du type de temps considéré à l'altitude. Cette relation s'appuie sur les points de mesure situés à proximité du pixel, dont le mode de sélection et de pondération a été optimisé.<br />L'utilisation de la validation croisée entre les stations permet d'évaluer le niveau de restitution du modèle aux altitudes proches du réseau d'observation, quant à la qualité des lames d'eau en haute montagne, elle est par ailleurs évaluée à travers le bilan hydrologique intégré sur les bassins versants instrumentés d'une part, et à l'aide d'une confrontation avec les postes de mesure de l'équivalent en eau du manteau neigeux d'autre part.<br />Développé sur les Alpes Françaises, les Pyrénées et le Massif Central, ce modèle présente des résultats très encourageants au regard de ceux obtenus par d'autres méthodes, ce qui est sans doute le fait du caractère résolument régional du mode de reconstitution des précipitations.

La fusariose de l'épi est une des maladies les plus importantes du blé. Elle est causée par un complexe d'espèces dont les plus courantes sont F. graminearum, F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale. Ces champignons infectent les épis de blé au moment de la floraison mais l'impact de contaminations tardives sur les grains est peu compris. De plus, deux ou trois espèces sont susceptibles de co-infecter un même épi, ce qui pourrait modifier leur développement et leur production de toxines dans l'épi. Pour étudier ces problématiques, plusieurs isolats appartenant aux espèces citées ont été caractérisés selon leurs traits de vie et leur agressivité sur épi. Nous avons ensuite étudié le développement de souches de Fusarium inoculées 3 jours avant ou 0, 8, 18 ou 28 jours après la sortie des premières anthères. Les niveaux de maladie et toxines se sont révélés maximum autour de la floraison. La date d'inoculation semble conditionner la sévérité de la maladie et influencer le développement des souches. Des contaminations précoces et tardives seraient malgré tout possibles avec des isolats agressifs, ce qui ouvre la possibilité de telles infections au champ. Dans une deuxième expérimentation, nous avons étudié la compétition entre F. graminearum et les autres espèces (F. culmorum, F. poae, M. majus et M. nivale). Les réponses se sont avérées variables ; néanmoins, les souches agressives ne sont pas influencées ou légèrement favorisées par la présence d'un compétiteur alors que les souches peu agressives sont défavorisées par la présence de souches agressives. La production de toxines est, dans la plupart des cas, restée stable ou a diminué en co-inoculations par rapport aux inoculations simples. Dans une dernière expérimentation nous avons étudié la compétition entre souches associée à leurs mouvements dans l'épi. Inoculés seuls, les champignons progressent dans la totalité de l'épi alors que la présence d'un second champignon empêche leur développement, ce qui suggère une interaction compétitive entre eux. Cette étude apporte de nouveaux éléments nécessaires à la compréhension de l'épidémiologie de ces agents pathogènes et des niveaux de contamination à l'échelle du champ.

La neige est un milieu familier et extrêmement complexe. La métamorphose des grains de neige fait évoluer fortement ses propriétés thermiques et mécaniques. A plus grande échelle, elle est un facteur important du climat (fort albédo, isolant thermique, réserve d'eau temporaire), elle modifie le cycle hydrologique. En région de montagne son évolution est responsable du déclenchement des avalanches. Elle influence aussi la répartition de la faune et de la flore en montagne. Le tourisme hivernal dans ces mêmes zones en dépend.<br /><br />Les travaux présentés ici, effectués principalement au Centre d'études de la neige à Grenoble, peuvent être divisés en trois parties. La première partie a eu pour objet la validation et l'utilisation du modèle de neige détaillé CROCUS pour des applications variées. Il s'agissait tout d'abord de valider le modèle sur un site bien instrumenté (le laboratoire du Col de Porte). Le problème des flux turbulents a dû être traité pour trouver une paramétrisation adéquate. Grâce à la disponibilité de l'outil d'analyse météorologique SAFRAN, des validations du système couplé SAFRAN-CROCUS à l'échelle des Alpes et des Pyrénées ont été effectuées. La suite des travaux sur ce thème a porté sur la comparaison avec d'autres schémas de neige dans le cadre de comparaisons internationales (PILPS 2(d), GSWP, SnowMIP, ...).<br /><br />La deuxième partie est consacrée aux études dans le domaine du climat. Le fil conducteur de ce thème a été le lien entre le manteau neigeux et le climat. Il a été abordé tout d'abord sur les Alpes et les Pyrénées, avec des tests de sensibilité à des variations des paramètres météorologiques et le développement de techniques de régionalisation adaptées. Des applications à d'autres zones ont été réalisées, tout d'abord avec le couplage expérimental CROCUS-ARPEGE, et l'utilisation de CROCUS (en mode forcé) en conditions polaires.<br /><br />Le troisième axe des travaux a été constitué par les applications hydrologiques. Le cadrage général de ces travaux de recherche menée a été donné par le projet GEWEX-Rhône. La première action de recherche dans ce cadre a consisté en l'étude détaillée d'un petit bassin versant de haute-montagne, le bassin versant de Sarennes. Ce projet a permis une discussion sur le rôle de la neige dans les crues. Puis, dans le cadre du projet général GEWEX-Rhône, c'est la modélisation du manteau neigeux, la sensibilité à la résolution et l'impact hydrologique du changement climatique qui ont été abordés. On évoquera enfin les perspectives possibles de ces travaux, en particulier sur les applications à l'hydrologie et la prévision des débits sur les principales rivières françaises.