Les ressources en eau se définissent autant par la qualité de l'eau disponible que par sa quantité, et leur évolution future, sous l'influence des pressions anthropiques (pollutions, prélèvements, etc.) ou du changement climatique, est un enjeu majeur pour les sociétés. Ce mémoire fait la synthèse des travaux que j'ai menés dans ce cadre, en commençant par ceux qui portent sur la compréhension et la modélisation du fonctionnement des hydrosystèmes dans leur composante " naturelle ", si tant est que l'on puisse l'isoler en conditions récentes. Il est question des modèles hydrologiques TOPMODEL et CLSM, des incertitudes que révèlent leur confrontation à des observations issues de sites contrastés, et à certains processus couplés à l'hydrologie, comme la dénitrification dans les zones humides, l'hydraulique des cours d'eau et leur température. Une deuxième partie présente ensuite comment je me suis appuyée sur les modèles ainsi développés et évalués pour évaluer l'impact des changement globaux sur les hydrosystèmes, en insistant sur ceux du changement climatique. J'aborde enfin les perspectives de ces travaux, ciblées sur les influences réciproques entre surfaces continentales et climat, avec une attention particulière envers les stress hydriques à l'évapotranspiration et le rôle des eaux souterraines.

L'état des cours d'eau est caractérisé à partir des réseaux de mesure, qui comportent un nombre réduit de stations par bief, ou à l'aide de modèles déterministes, qui simulent les processus physiques de façon approchée. La thèse explore les solutions offertes par la géostatistique pour améliorer l'estimation des concentrations le long d'un réseau hydrographique à partir des mesures aux stations, puis pour combiner ces mesures à la modélisation déterministe. Un modèle variographique valide sur un arbre a été développé par C. Bernard-Michel (2006), mais l'inférence n'avait pu être réalisée, les stations de mesure s'avérant trop peu nombreuses. Pour remédier à ce manque de données, la démarche consiste à utiliser le modèle déterministe ProSe (Even et al, 1998, 2004, Flipo et al, 2004) comme maquette. Pour les nitrates et l'oxygène dissous, les résultats du modèle ProSe sont d'abord comparés à différents ensembles de mesures, révélant des discordances. Des conditions aux limites amont combinant ces différents types de mesure sont reconstruites par co-krigeage, ce qui améliore la concordance entre ProSe et les mesures. Par ailleurs, la modélisation conjointe des variogrammes des mesures et des résultats de ProSe s'avère être un outil efficace de diagnostic des imperfections du modèle déterministe. Jugée admissible comme maquette, la simulation ProSe est utilisée pour tester les hypothèses de la modélisation géostatistique et en réaliser l'inférence. Différents modèles géostatistiques permettant d'estimer les concentrations entre stations à partir des mesures sont alors comparés. Enfin, la simulation ProSe est recalée aux mesures via une estimation géostatistique bivariable.

Les déficits chroniques en oxygène et l'eutrophisation, conséquence des nombreux apports résultant des activités humaines, ont été mes principales thématiques de recherche. En effet les déterminismes de ces phénomènes ou la quantification des relations de causes à effet restent mal connus. Ma méthode de travail se base sur le développement et l'utilisation de modèles mathématiques déterministes. Le nécessaire couplage avec des approches de terrain et en laboratoire a été rendu possible par mon intégration dans des programmes nationaux interdisciplinaires, PIREN SEINE et SEINE-AVAL. Le système étudié, la Seine, est un fleuve modeste pour lequel les impacts des activités humaines sont particulièrement importants. À la suite de ma thèse, mes recherches ont eu pour objectif de mieux comprendre les relations quantitatives entre les rejets urbains de temps de pluie (RUTPs) et les déficits en oxygène observés. Partant du constat que des modèles simplifiés étaient peu aptes à les caractériser, l'objectif a été d'analyser les processus responsables de ces déficits. Des mesures in situ ont été exploitées avec le modèle PROSE, développé pendant ma thèse, couplant un modèle hydrodynamique basé sur les équations de Saint-Venant avec le modèle de processus biochimiques RIVE et un modèle de transport sédimentaire en transitoire. Ainsi les déficits en oxygène immédiats sont déterminés par la charge en carbone organique dissous biodégradable (CODB) tandis que la fraction particulaire est responsable d'effets rémanents à grande échelle de temps (20 % du flux d'oxygène consommé en période estivale sur 50 km dans Paris). La mise en évidence de ce phénomène, dû aux dépôts riches en carbone organique en aval des RUTPs, est tout à fait originale. Par ailleurs une partie non négligeable du déficit en oxygène est due à la couverture nuageuse responsable d'une baisse de l'activité phytoplanctonique. Les observations montrent en outre que la fraction biodégradable du carbone organique dissous (COD) est anormalement élevée à l'amont de Paris (70 %). Le site atelier «rivières amont» du PIREN SEINE sur le Grand-Morin, nous a permis de montrer le rôle majeur de l'eutrophisation. Le résultat le plus original est que la contribution du périphyton aux flux de COD à l'exutoire du bassin est du même ordre de grandeur que les apports directs anthropiques et que le produit de la lyse du phytoplancton. La question de l'impact des rejets de l'agglomération parisienne m'a conduit à étendre mes travaux à l'estuaire dans le cadre du programme SEINE-AVAL. Ces rejets sont responsables de teneurs en carbone organique élevées dans les matières en suspension dans la zone du maximum de turbidité. Une modélisation spatialisée à l'aide du modèle SiAM3D-RIVE, a, en outre, permis de mettre en évidence des flux importants de carbone organique en provenance du milieu côtier. Les conséquences de ce phénomène sur le recyclage des éléments nutritifs et le développement de l'eutrophisation côtière doivent encore être étudiées. Le développement d'approches du fonctionnement biogéochimique des hydrosystèmes à l'échelle des bassins reste actuellement un enjeu. Pour caractériser l'évolution sur le long terme de la contamination des hydrosystèmes par les nitrates et comprendre les processus de transformation de cette variable, le modèle PROSE a été couplé à une représentation par SIG de l'occupation des sols, au modèle agronomique STICS (INRA) et à une modélisation multicouches des aquifères (modèle NEWSAM, Mines ParisTech). Le modèle couplé (CaWaQS) a été appliqué sur l'ensemble du bassin du Grand-Morin. Il a permis d'établir que les cours d'eau y sont alimentés, en moyenne et du point de vue hydrologique, à 20 % par l'Oligocène et à 80 % par l'Éocène. Les deux aquifères ont, par ailleurs, des concentrations moyennes en nitrates et des tendances d'évolution très différentes. La modélisation multicouches a permis de représenter explicitement le phénomène de contamination des cours d'eau par des aquifères ayant des niveaux de contamination différents ; ce phénomène est rarement pris en compte ce qui conduit à une mauvaise interprétation des observations et des processus. Finalement les pertes de nitrates par dénitrification ont été estimées à près de 20 % du flux de nitrate infiltré à partir de la zone sous-racinaire. Les recherches doivent se poursuivre pour spatialiser ces pertes. La chaîne de modèles SENEQUE (UMR SISYPHE)/PROSE/SiAM1D-RIVE (IFREMER/MINES PARISTECH)/ SiAM3D-ELISE (IFREMER) a par ailleurs été mise en oeuvre sur l'ensemble du bassin de la Seine afin de mettre en évidence les enjeux futurs de la gestion environnementale sur ce bassin. D'après les modèles, les désoxygénations chroniques seront fortement réduites d'ici 2015 suite à l'amélioration des traitements aux stations d'épuration ; l'eutrophisation et la maîtrise des pollutions diffuses d'origine agricole, tant pour les nitrates que pour les orthophosphates, restent par contre des enjeux importants.

De novembre 2002 à décembre 2005, l'habitat préférentiel de l'écrevisse indigène à pattes blanches (Austropotamobius pallipes) a été défini dans le « pays de Gâtine » (Deux-Sèvres, France). Pour cette étude, huit cours d'eau, répartis dans quatre bassins hydrographiques différents, ont été sélectionnés. Sur chaque ruisseau, deux points de prélèvement ont été choisis : le premier, le plus en amont, était situé au niveau de la population d'A. pallipes et le second, 2 à 3 km en aval, était dépourvu d'écrevisse à pattes blanches. Vingt-trois paramètres physico-chimiques, concernant les composantes minérale et organique de l'eau, ont été très régulièrement mesurés et quatre prélèvements de la faune de macroinvertébrés benthiques ont été réalisés. Ce suivi a permis d'acquérir une importante base de données pour caractériser les tolérances d'A. pallipes vis-à-vis de certains paramètres ce qui nous a conduit à discuter son statut de bioindicateur de la qualité des eaux. L'utilisation d'analyses multivariées (Analyse en Composantes Principales majoritairement) a montré (i) que la matière organique serait un des facteurs discriminants dans la présence/absence d'A. pallipes et (ii) que, précisément, la présence d'A. pallipes est associée à celle de familles de macroinvertébrés les plus sensibles aux pollutions organiques. L'ACP a aussi permis de réduire considérablement le nombre de paramètres abiotiques et biotiques informatifs. De plus, l'utilisation de ces paramètres sélectionnés pour modéliser par Réseaux de Neurones Artificiels (RNA) la présence/absence d'A. pallipes a fourni des résultats satisfaisants et prometteurs en terme de gestion et de conservation de cette espèce menacée.

Notre travail s'intègre dans la tendance actuelle concernant le développement durable et la gestion intégrée des zones côtières. Plus précisément, nous nous sommes intéressés aux besoins de la communauté opérationnelle dépendante du littoral, et au développement et à l'évaluation de méthodologies ad hoc. Nous proposons un ensemble de procédures et d'outils de suivi et de simulation d'environnements littoraux, reposant sur l'utilisation conjointe de données de télédétection, de modèles numériques du transfert radiatif dans la mer et l'atmosphère et éventuellement de mesures in situ, permettant de dériver des informations pertinentes sur la distribution spatiale des propriétés optiques dans les eaux du cas II. Nous montrons que des méthodes robustes de traitement des images à haute résolution spatiale, facilement transposables d'un site à l'autre, sont au coeur du besoin pour un meilleur suivi du domaine littoral par télédétection. Nous dressons un panorama comparatif et critique des méthodes historiques et précisons le cadre opérationnel de leur application. Une analyse détaillée du transfert radiatif dans les eaux littorales turbides permet d'identifier les processus optiques prépondérants et dont la prise en compte est nécessaire à une modélisation satisfaisante de ces environnements. Nous proposons des approches innovantes reposant sur des solutions au problème inverse appliqué à l'optique marine. Ces procédures et méthodes sont intégrées dans un outil logiciel dédié, incluant différents modèles de simulation du transfert radiatif dans les eaux côtières, et un ensemble d'outils de traitement d'image de la couleur de la mer, adaptés au contexte de travail d'un utilisateur opérationnel. La robustesse des méthodes développées est évaluée au travers d'analyses de sensibilité. Cette approche nous a permis de prendre en compte les caractéristiques des capteurs futurs ayant un fort potentiel pour l'étude des zones côtières (MERIS, NEMO-COIS). L'intégration du prototype dans un Système d'Information Marin fournira à terme les conditions d'exploitation optimale de l'outil.

Depuis la mise en place de la première surveillance de la qualité des cours d’eau et des rivières à l’échelle nationale en 1971, plusieurs types de mesures cohabitent à l’échelle du bassin-versant : les réseaux de surveillance pris en charge par les services de l’Etat, d’une part, les suivis qualité des eaux du bassin-versant (SQE-BV) assurés par des acteurs décentralisés d’autre part. L’acquisition de connaissances complémentaires sur l’eau issues de la mesure sur le terrain a accompagné l’évolution des pratiques locales de gestion de l’eau, de manière contrastée selon les régions, les bassins et sous-bassins. A la faveur de la contrainte réglementaire et d’un attelage partenarial Etat-Région, les cours d’eau bretons ont fait l’objet d’une politique de surveillance très développée. L’urgence d’agir face à une visibilité plus marquée de la pollution a motivé cette démarche dans les années 1990. Cette thèse illustre cette démarche régionalisée par plusieurs études de cas, dont celle du bassin précurseur de l’Yvel-Yvet. L’ensemble de la thèse, appuyée sur l’étude de ces suivis locaux et sur une temporalité de plus de vingt ans, mobilise le concept d’instrument d’action publique pour expliquer les étapes, les ressorts socio-politiques et les échelles de la mise en oeuvre de cette politique territorialisée de reconquête de la qualité des eaux. / Since the establishment of the first national waterways and rivers quality monitoring in 1971, several types of measures coexist at the drainage basin scale: on the one hand, the monitoring networks supported by the State services; on theother hand, the water quality monitoring of the drainage basin (SQE-BV) provided by decentralized actors. The acquisition of complementary knowledge on water from the field measurement has accompanied the evolution of local practices of water management, in a different way depending on the regions, the basins and sub-basins. Thanks to the regulatory constraint and a State-Region partnership, Breton waterways have been the subject of a highly developed surveillance policy. This approach was motivated in the 1990s because of the urgency to act in front of a greater pollution visibility. This thesis illustrates the regionalised approach by several case studies, including that of the precursor basin of Yvel-Yvet. The whole thesis, based on the study of these local follow-ups and on a temporality of more than twenty years, mobilizes the concept of instrument of public action to explain the stages, the socio-political motivations and the implementation scales of this territorialized policy of regaining water quality.

Le sous-bassin de Rio das Pacas intègre de Bassin Mampituba/RS, et couvrant partiellement les communes de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul et Três Forquilhas, avec la plupart de son territoire occupé par la culture de la banane, qui représente le produit principal de la région et la principale source de revenus pour de nombreuses familles. Considérant l'importance de cette culture, dans laquelle coexistent les systèmes biologiques et conventionnels, qui utilisent certains pesticides, cette étude visait à déterminer la qualité de l'eau à trois points du sous-bassin de la rivière Paraíso. Par conséquent, deux campagnes d'échantillonnage de l'eau (11 août, 2013 et le 19 janvier 2014) avec des épisodes distincts de précipitations. Les résultats ont été subventionnés par des producteurs locaux clés, l'utilisation de données cartographiques pour l'utilisation de la construction et de la couverture des sols, la recherche dans le cadre théorique et l'analyse des échantillons d'eau dans le laboratoire. L'évaluation de la qualité des prélèvements l'eau est basée sur l'indice de Qualité de l'Eau - IQE Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Également analysés, les ingrédients actifs carbofuran, glyphosate, mancozèbe, picloran, propiconazole et thiophanate de méthyle, utilisés dans les pesticides dans la production de bananes pour lutter contre les ravageurs, les maladies et les mauvaises herbes. Dans une analyse distincte des paramètres, compte tenu des limites fixées par la Résolution n ° 357/2005 de la CONAMA, la plupart de points a été encadré dans la classe 1, à l'exception de la DBO5,20 dans la première année et dans le deuxième, qui étaient dans la classe 3. Bien l'utilisation des terres est destiné principalement à l'usage humain (agriculture conventionnelle et les pratiques agricoles dans l'utilisation des pesticides), les résultats indiquent que les eaux IQE du sous-bassin sont de bonne qualité et pas les trois points sélectionnés ingrédients actifs ont été détectés. La méthodologie de l'IQE a réussi à une évaluation initiale de Rio das Pacas. Cette information peut servir de base pour la gestion du sous-bassin et vous pouvez planifier l'utilisation des terres et de contrôler l'application de pesticides. / A sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas integra a Bacia Hidrográfica do Rio Mampituba/RS, e abrange parcialmente os municípios de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul e Três Forquilhas, sendo a maior parte de seu território ocupada pelo cultivo de banana, que representa o principal produto da região e a principal fonte de renda de muitas famílias. Considerando-se a importância deste cultivo, no qual coexistem os sistemas orgânico e convencional, que reconhecidamente utiliza agrotóxicos, este estudo teve como objetivo principal determinar a qualidade da água em três pontos da sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas. Para tanto, foram realizadas duas campanhas de amostragem de água (11 de agosto de 2013 e 19 de janeiro de 2014) com eventos distintos de precipitação. Os resultados foram subsidiados por entrevistas com produtores locais estratégicos, utilização de dados cartográficos para construção do mapa de uso e ocupação do solo, pesquisa em referencial teórico e análises de amostras de água em laboratório. A avaliação da qualidade da água dos pontos selecionados foi possível a partir da aplicação do Índice de Qualidade de Águas - IQA da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Analisaram-se também os princípios ativos carbofurano, glifosato, mancozebe, picloran, propiconazol e tiofanato metílico, presentes em agrotóxicos reconhecidamente utilizados na produção de banana para controle de pragas, doenças e ervas daninhas. Na análise isolada dos parâmetros, considerando-se os limites estabelecidos pela Resolução No 357/2005 do CONAMA, a maioria dos pontos foi enquadrada em Classe 1, exceto a DBO5,20 na primeira campanha e fósforo na segunda, que ficaram em Classe 3. Ainda que a ocupação do solo seja destinada predominantemente ao uso antrópico (agropecuária e práticas agrícolas convencionais com uso de agrotóxicos), os resultados do IQA indicaram que as águas da sub-bacia são de boa qualidade nos três pontos e não foram detectados os princípios ativos selecionados. A aplicação da metodologia do IQA mostrou-se eficiente para uma avaliação inicial do Rio das Pacas. Essas informações podem servir de subsídio para o gerenciamento da sub-bacia, para que se possa planejar o uso do solo e o controle na aplicação de agrotóxicos. / The sub-basin of the Rio das Pacas integrates Mampituba River basin in state of Rio Grande do Sul, Brazil. It covers partially the municipalities of Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul and Três Forquilhas, with most of its territory occupied by banana cultivation, which represents the main product of the region and the main source of income for many families. Considering the importance of this crop, which coexist in the organic and conventional systems, and admittedly uses pesticides, this study aimed to determine the water quality at three points of the sub-basin of the Rio das Pacas. Therefore, two water sampling campaigns (August 11, 2013 and January 19, 2014) with different precipitation events were held. The results were subsidized by interviews with local key producers, the use of cartographic data in order to build a map of the use and cover of the land, the research of theoretical framework and finally the analysis of water samples in the laboratory. The assessment of water quality of selected points was possible from the implementation of the Water Quality Index - WQI of ‘Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB’. Also analyzed the active ingredients carbofuran, glyphosate, mancozeb, picloran, propiconazole and methyl thiophanate which are admittedly used in pesticides in banana production to control pests, diseases and weeds. In the separate analysis of the parameters, considering the limits established by Resolution No. 357/2005 of CONAMA, most of the points were framed in Class 1, except the BOD in the first round and the phosphorus in the second, which were in Class 3. Although land use is intended to be predominantly by the human use (farming and conventional farming practices with the use of pesticides), the results indicate that the WQI waters of the sub-basin are considered of good quality and in the three points selected in the research active ingredients were not detected. The methodology of the WQI has been successful to an initial assessment of Rio das Pacas. This information can serve as a basis for managing the sub-basin, planning the land use in order to control the application of pesticides.

Le sous-bassin de Rio das Pacas intègre de Bassin Mampituba/RS, et couvrant partiellement les communes de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul et Três Forquilhas, avec la plupart de son territoire occupé par la culture de la banane, qui représente le produit principal de la région et la principale source de revenus pour de nombreuses familles. Considérant l'importance de cette culture, dans laquelle coexistent les systèmes biologiques et conventionnels, qui utilisent certains pesticides, cette étude visait à déterminer la qualité de l'eau à trois points du sous-bassin de la rivière Paraíso. Par conséquent, deux campagnes d'échantillonnage de l'eau (11 août, 2013 et le 19 janvier 2014) avec des épisodes distincts de précipitations. Les résultats ont été subventionnés par des producteurs locaux clés, l'utilisation de données cartographiques pour l'utilisation de la construction et de la couverture des sols, la recherche dans le cadre théorique et l'analyse des échantillons d'eau dans le laboratoire. L'évaluation de la qualité des prélèvements l'eau est basée sur l'indice de Qualité de l'Eau - IQE Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Également analysés, les ingrédients actifs carbofuran, glyphosate, mancozèbe, picloran, propiconazole et thiophanate de méthyle, utilisés dans les pesticides dans la production de bananes pour lutter contre les ravageurs, les maladies et les mauvaises herbes. Dans une analyse distincte des paramètres, compte tenu des limites fixées par la Résolution n ° 357/2005 de la CONAMA, la plupart de points a été encadré dans la classe 1, à l'exception de la DBO5,20 dans la première année et dans le deuxième, qui étaient dans la classe 3. Bien l'utilisation des terres est destiné principalement à l'usage humain (agriculture conventionnelle et les pratiques agricoles dans l'utilisation des pesticides), les résultats indiquent que les eaux IQE du sous-bassin sont de bonne qualité et pas les trois points sélectionnés ingrédients actifs ont été détectés. La méthodologie de l'IQE a réussi à une évaluation initiale de Rio das Pacas. Cette information peut servir de base pour la gestion du sous-bassin et vous pouvez planifier l'utilisation des terres et de contrôler l'application de pesticides. / A sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas integra a Bacia Hidrográfica do Rio Mampituba/RS, e abrange parcialmente os municípios de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul e Três Forquilhas, sendo a maior parte de seu território ocupada pelo cultivo de banana, que representa o principal produto da região e a principal fonte de renda de muitas famílias. Considerando-se a importância deste cultivo, no qual coexistem os sistemas orgânico e convencional, que reconhecidamente utiliza agrotóxicos, este estudo teve como objetivo principal determinar a qualidade da água em três pontos da sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas. Para tanto, foram realizadas duas campanhas de amostragem de água (11 de agosto de 2013 e 19 de janeiro de 2014) com eventos distintos de precipitação. Os resultados foram subsidiados por entrevistas com produtores locais estratégicos, utilização de dados cartográficos para construção do mapa de uso e ocupação do solo, pesquisa em referencial teórico e análises de amostras de água em laboratório. A avaliação da qualidade da água dos pontos selecionados foi possível a partir da aplicação do Índice de Qualidade de Águas - IQA da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Analisaram-se também os princípios ativos carbofurano, glifosato, mancozebe, picloran, propiconazol e tiofanato metílico, presentes em agrotóxicos reconhecidamente utilizados na produção de banana para controle de pragas, doenças e ervas daninhas. Na análise isolada dos parâmetros, considerando-se os limites estabelecidos pela Resolução No 357/2005 do CONAMA, a maioria dos pontos foi enquadrada em Classe 1, exceto a DBO5,20 na primeira campanha e fósforo na segunda, que ficaram em Classe 3. Ainda que a ocupação do solo seja destinada predominantemente ao uso antrópico (agropecuária e práticas agrícolas convencionais com uso de agrotóxicos), os resultados do IQA indicaram que as águas da sub-bacia são de boa qualidade nos três pontos e não foram detectados os princípios ativos selecionados. A aplicação da metodologia do IQA mostrou-se eficiente para uma avaliação inicial do Rio das Pacas. Essas informações podem servir de subsídio para o gerenciamento da sub-bacia, para que se possa planejar o uso do solo e o controle na aplicação de agrotóxicos. / The sub-basin of the Rio das Pacas integrates Mampituba River basin in state of Rio Grande do Sul, Brazil. It covers partially the municipalities of Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul and Três Forquilhas, with most of its territory occupied by banana cultivation, which represents the main product of the region and the main source of income for many families. Considering the importance of this crop, which coexist in the organic and conventional systems, and admittedly uses pesticides, this study aimed to determine the water quality at three points of the sub-basin of the Rio das Pacas. Therefore, two water sampling campaigns (August 11, 2013 and January 19, 2014) with different precipitation events were held. The results were subsidized by interviews with local key producers, the use of cartographic data in order to build a map of the use and cover of the land, the research of theoretical framework and finally the analysis of water samples in the laboratory. The assessment of water quality of selected points was possible from the implementation of the Water Quality Index - WQI of ‘Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB’. Also analyzed the active ingredients carbofuran, glyphosate, mancozeb, picloran, propiconazole and methyl thiophanate which are admittedly used in pesticides in banana production to control pests, diseases and weeds. In the separate analysis of the parameters, considering the limits established by Resolution No. 357/2005 of CONAMA, most of the points were framed in Class 1, except the BOD in the first round and the phosphorus in the second, which were in Class 3. Although land use is intended to be predominantly by the human use (farming and conventional farming practices with the use of pesticides), the results indicate that the WQI waters of the sub-basin are considered of good quality and in the three points selected in the research active ingredients were not detected. The methodology of the WQI has been successful to an initial assessment of Rio das Pacas. This information can serve as a basis for managing the sub-basin, planning the land use in order to control the application of pesticides.

Le sous-bassin de Rio das Pacas intègre de Bassin Mampituba/RS, et couvrant partiellement les communes de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul et Três Forquilhas, avec la plupart de son territoire occupé par la culture de la banane, qui représente le produit principal de la région et la principale source de revenus pour de nombreuses familles. Considérant l'importance de cette culture, dans laquelle coexistent les systèmes biologiques et conventionnels, qui utilisent certains pesticides, cette étude visait à déterminer la qualité de l'eau à trois points du sous-bassin de la rivière Paraíso. Par conséquent, deux campagnes d'échantillonnage de l'eau (11 août, 2013 et le 19 janvier 2014) avec des épisodes distincts de précipitations. Les résultats ont été subventionnés par des producteurs locaux clés, l'utilisation de données cartographiques pour l'utilisation de la construction et de la couverture des sols, la recherche dans le cadre théorique et l'analyse des échantillons d'eau dans le laboratoire. L'évaluation de la qualité des prélèvements l'eau est basée sur l'indice de Qualité de l'Eau - IQE Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Également analysés, les ingrédients actifs carbofuran, glyphosate, mancozèbe, picloran, propiconazole et thiophanate de méthyle, utilisés dans les pesticides dans la production de bananes pour lutter contre les ravageurs, les maladies et les mauvaises herbes. Dans une analyse distincte des paramètres, compte tenu des limites fixées par la Résolution n ° 357/2005 de la CONAMA, la plupart de points a été encadré dans la classe 1, à l'exception de la DBO5,20 dans la première année et dans le deuxième, qui étaient dans la classe 3. Bien l'utilisation des terres est destiné principalement à l'usage humain (agriculture conventionnelle et les pratiques agricoles dans l'utilisation des pesticides), les résultats indiquent que les eaux IQE du sous-bassin sont de bonne qualité et pas les trois points sélectionnés ingrédients actifs ont été détectés. La méthodologie de l'IQE a réussi à une évaluation initiale de Rio das Pacas. Cette information peut servir de base pour la gestion du sous-bassin et vous pouvez planifier l'utilisation des terres et de contrôler l'application de pesticides. / A sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas integra a Bacia Hidrográfica do Rio Mampituba/RS, e abrange parcialmente os municípios de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul e Três Forquilhas, sendo a maior parte de seu território ocupada pelo cultivo de banana, que representa o principal produto da região e a principal fonte de renda de muitas famílias. Considerando-se a importância deste cultivo, no qual coexistem os sistemas orgânico e convencional, que reconhecidamente utiliza agrotóxicos, este estudo teve como objetivo principal determinar a qualidade da água em três pontos da sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas. Para tanto, foram realizadas duas campanhas de amostragem de água (11 de agosto de 2013 e 19 de janeiro de 2014) com eventos distintos de precipitação. Os resultados foram subsidiados por entrevistas com produtores locais estratégicos, utilização de dados cartográficos para construção do mapa de uso e ocupação do solo, pesquisa em referencial teórico e análises de amostras de água em laboratório. A avaliação da qualidade da água dos pontos selecionados foi possível a partir da aplicação do Índice de Qualidade de Águas - IQA da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Analisaram-se também os princípios ativos carbofurano, glifosato, mancozebe, picloran, propiconazol e tiofanato metílico, presentes em agrotóxicos reconhecidamente utilizados na produção de banana para controle de pragas, doenças e ervas daninhas. Na análise isolada dos parâmetros, considerando-se os limites estabelecidos pela Resolução No 357/2005 do CONAMA, a maioria dos pontos foi enquadrada em Classe 1, exceto a DBO5,20 na primeira campanha e fósforo na segunda, que ficaram em Classe 3. Ainda que a ocupação do solo seja destinada predominantemente ao uso antrópico (agropecuária e práticas agrícolas convencionais com uso de agrotóxicos), os resultados do IQA indicaram que as águas da sub-bacia são de boa qualidade nos três pontos e não foram detectados os princípios ativos selecionados. A aplicação da metodologia do IQA mostrou-se eficiente para uma avaliação inicial do Rio das Pacas. Essas informações podem servir de subsídio para o gerenciamento da sub-bacia, para que se possa planejar o uso do solo e o controle na aplicação de agrotóxicos. / The sub-basin of the Rio das Pacas integrates Mampituba River basin in state of Rio Grande do Sul, Brazil. It covers partially the municipalities of Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul and Três Forquilhas, with most of its territory occupied by banana cultivation, which represents the main product of the region and the main source of income for many families. Considering the importance of this crop, which coexist in the organic and conventional systems, and admittedly uses pesticides, this study aimed to determine the water quality at three points of the sub-basin of the Rio das Pacas. Therefore, two water sampling campaigns (August 11, 2013 and January 19, 2014) with different precipitation events were held. The results were subsidized by interviews with local key producers, the use of cartographic data in order to build a map of the use and cover of the land, the research of theoretical framework and finally the analysis of water samples in the laboratory. The assessment of water quality of selected points was possible from the implementation of the Water Quality Index - WQI of ‘Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB’. Also analyzed the active ingredients carbofuran, glyphosate, mancozeb, picloran, propiconazole and methyl thiophanate which are admittedly used in pesticides in banana production to control pests, diseases and weeds. In the separate analysis of the parameters, considering the limits established by Resolution No. 357/2005 of CONAMA, most of the points were framed in Class 1, except the BOD in the first round and the phosphorus in the second, which were in Class 3. Although land use is intended to be predominantly by the human use (farming and conventional farming practices with the use of pesticides), the results indicate that the WQI waters of the sub-basin are considered of good quality and in the three points selected in the research active ingredients were not detected. The methodology of the WQI has been successful to an initial assessment of Rio das Pacas. This information can serve as a basis for managing the sub-basin, planning the land use in order to control the application of pesticides.

Cette thèse a pour objectif d'implémenter un schéma d'assimilation de données dans le modèle hydro-biogéochimique ProSe, afin d’assimiler les mesures en continu d’oxygène dissous de la colonne d’eau et de déterminer l’évolution temporelle des propriétés physiologiques des communautés vivantes. Dans un premier temps, une nouvelle version parallélisée de ProSe, ProSe-P, est développée en couplant les librairies hydraulique, de transport et biogéochimique (C-RIVE). Dans un deuxième temps, une analyse de sensibilité du module C-RIVE permet d'identifier un nombre restreint de paramètres influençant fortement les concentrations en oxygène dissous. Basé sur cette sélection, un algorithme de filtrage particulaire est implémenté afin d'assimiler séquentiellement les données haute fréquence d'oxygène dissous. Le couple ProSe-P-filtre particulaire, ProSe-PA, est ensuite appliqué sur un cas synthétique afin d'identifier les paramètres numériques pertinents et de valider l'efficacité du filtre particulaire pour les modèles de qualité de l'eau en rivière. Enfin, les mesures en continu d'O2 dissous de l'année 2011 en Seine sont assimilées par ProSe-PA. Les résultats montrent que ProSe-PA améliore significativement la simulation des concentrations en oxygène dissous, notamment les dynamiques alguales et les chutes d'oxygène pendant les périodes de crise. L'application aux données réelles révèle cependant les limites de l'approche développée, notamment la sensibilité aux conditions aux limites. Plusieurs pistes sont proposées afin d'améliorer les performances de ProSe-PA. / The aim of the thesis is to implement a data assimilation scheme in the hydro-biogeochemical model ProSe, in order to assimilate continuous measurements of dissolved oxygen in the water column and to determine the temporal evolution of the physiological properties of the communities of living species. First, a new parallel version of ProSe, ProSe-P, is developed coupling the three packages: hydrodynamic, transport and biogeochemical (C-RIVE). Second, a sensitivity analysis of the C-RIVE model allows the identification of a limited number of influentiel parameters controlling the dissolved oxygen concentrations. Based on the selection, a particle filtering algorithm is implemented in order to assimilate sequentially the high frequency oxygen data. The coupling ProSe-P-particle filtre, ProSe-PA is then applied on a synthetic case to tune the numerical settings for the data assimilation and to test the efficiency of the particle filter in river water quality models. Finally, the continuous measurements of dissolved oxygen of the year 2011 in the Seine River are assimilated by ProSe-PA. The results show that ProSe-PA improves significantly the simulation of the dissolved oxygen concentrations, especially the dynamics of algal blooms periods and the fast chute of O2 for the critical periods. This application to the real oxygen data reveals however some limits of the developed approach, especially the sensitivity to the boundary conditions. Some ideas are proposed to improve the performances of ProSe-PA.