A travers une approche transversale, une étude de l'effet de la dynamique des pluies et de l'effet de la longueur de versant sur le ruissellement est réalisée à l'échelle de la parcelle. Dans cet objectif, une parcelle de vigne en Ardèche est instrumentée afin de mener à bien des expériences de ruissellement sous pluies simulées et sous pluies naturelles. Des simulations de pluie en laboratoire complètent ces expériences à l'aide d'un milieu poreux artificiel reproductible constitué de briques de céramique. Une modélisation du ruissellement est ensuite effectuée par l'utilisation d'un modèle distribué à base physique (PSEM_2D) et par la création d'un modèle conceptuel constitué d'un assemblage de cuvettes de profil triangulaire. En régime permanent, les résultats des simulations de pluie sur le terrain montrent que l'intensité de ruissellement est identique pour toutes les longueurs collectées. La responsabilité du régime transitoire dans la non-proportionnalité du volume ruisselé avec la longueur de versant est mise en évidence. Une augmentation de l'infiltration en régime permanent avec l'intensité de pluie est observée sur le terrain et en laboratoire. En présence de microtopographie, les résultats de la modélisation montrent qu'une augmentation de la conductivité hydraulique avec l'altitude du point considéré peut expliquer la gamme de variation de l'infiltration observée sur le terrain. Une pluie intermittente génère plus de ruissellement qu'une pluie continue de même intensité moyenne selon les expériences sous pluies simulées. Cet effet est cependant fortement atténué aux fortes intensités de par l'augmentation de l'infiltration avec l'intensité de pluie et de par l'infiltration de la détention superficielle entre deux averses (estimée par le déficit de ruissellement par intermittence entre deux pluies intermittente et continue de même cumul). Cette observation valide l'utilisation d'un coefficient de ruissellement indépendamment du hyétogramme dans les modèles.

Dans l'étude du ruissellement et de l'érosion à l'échelle des bassins versants, la résistance hydraulique à l'écoulement d'une surface est évaluée par l'intermédiaire d'un coefficient de frottement. Nous avons à notre disposition de nombreuses expressions de ces coefficients issues de tout aussi nombreuses études expérimentales ou théoriques.<br />Cependant, la plupart de ces coefficients ont été établis sous l'hypothèse implicite de micro rugosité. C'est-à-dire que la lame d'eau est considérée suffisamment importante pour que l'influence des aspérités de la surface sur l'écoulement se borne à leur effet sur la friction. La diversité des tailles des rugosités sur les surfaces naturelles, fait qu'une telle hypothèse est rarement vérifiée.<br /><br /> Dans ce travail, nous proposons de considérer une séquence de réseaux hydrauliques fonctions du degré d'inondation de la surface. En nous appuyant sur ces réseaux, nous présentons des modèles hydrauliques afin de déterminer le coefficient de frottement de la surface en fonction du taux d'inondation. Les modélisateurs ayant besoin d'associer un coefficient de frottement à un type de surface, nous avons voulu généraliser nos résultats en appliquant notre démarche à des surfaces aléatoires de mêmes caractéristiques statistiques que la surface originale. Ce faisant, nous avons mis en évidence l'influence de la répartition spatiale des rugosités.<br />Si nous n'avons pas pu valider expérimentalement notre modèle numérique en raison du peu de résultats pour les faibles taux d'inondation, nous avons mis en évidence que la transition entre les régimes d'inondation partielle et marginale se traduit par une brusque augmentation de la croissance des débits.

Ce travail de thèse a dans un premier temps permis de mettre en évidence les différentes pratiques de traitement de toiture existantes en France. Après avoir sélectionné la pratique de traitement majoritaire (à savoir le traitement biocide), le protocole d'analyse de la molécule la plus répandue dans les différents produits : le benzalkonium (ou alkyldiméthylbenzylammonium) a été développé. Ce protocole a ensuite été appliqué pour évaluer les niveaux de concentration en biocide dans l'eau de ruissellement de toiture après un traitement. Une double approche a été mise en œuvre : "Suivi sur une durée d'un an des flux de benzalkonium dans les eaux de ruissellement de 12 bancs d'essais exposés en conditions naturelles", évaluation en condition de pluie simulée au laboratoire de différents paramètres (nature du matériau de couverture, dosage du produit et intensité de la pluie) sur les processus d'émission du benzalkonium. Enfin, l'ensemble des données acquises ont permis d'évaluer l'incidence sur la contamination des eaux de ruissellement de toiture après un traitement biocide, à une échelle locale et à l'échelle d'un petit bassin versant résidentiel. Le suivi de la contamination des eaux de ruissellement par bancs d'essais a permis de mettre en évidence une très forte contamination en benzalkonium dans les premiers millimètres de pluie (5 à 27 mg/L), très supérieures aux EC50 disponibles pour les organismes aquatiques (5,9 µg/L) et dépendante de la nature du matériau de toiture utilisé, les tuiles en terre cuite ayant émis moins de biocide que les tuiles en béton. La contamination diminue avec la succession des pluies, mais reste significative plusieurs mois après le traitement. Par ailleurs, l'étude au laboratoire a montré que l'état de surface des tuiles influence beaucoup le lessivage. Ainsi, les tuiles très imperméables en surface ont émis une quantité de benzalkonium proportionnelle à la masse épandue lors du traitement, alors que les tuiles sans traitement de surface ne sont pas sensibles au dosage du produit. A l'échelle locale, des précautions doivent être prise lors d'un traitement de toiture vis-à-vis de la collecte / utilisation des eaux de ruissellement. En effet, les très fortes concentrations en benzalkonium dans les premières pluies suivant le traitement peuvent avoir des impacts sur les végétaux arrosés, sur l'équilibre microbien de la cuve de récupération, voir des effets irritants sur l'homme. Une déconnexion minimale de 3 à 5 mois de la cuve permettrait de limiter les risques. Enfin, sur la base des résultats des bancs d'essais et d'un travail d'enquête sur l'étendue des pratiques de traitement, les concentrations et flux de benzalkonium susceptibles d'être émis dans les eaux pluviales d'un bassin versant résidentiel ont été modélisés. Les résultats mettent en évidence une contamination significative des eaux pluviales, liée essentiellement à la phase particulaire. La masse annuelle de benzalkonium exportée dans les eaux pluviales pourrait être de l'ordre de 0,85 kg / ha imperméabilisé / an

Comprendre le transport des pesticides est crucial pour évaluer leur impact écologique. Les connaissances sur la variabilité spatiale des dépôts de pesticides, l'impact de l'érosion sur leur export et leur dégradation in situ restent très limitées à l'échelle des bassins versants. La caractérisation expérimentale et la modélisation ont donc été combinées à deux échelles, parcelle et bassin versant, dans deux contextes agricoles. Un formalisme a été développé pour prédire le transport des pesticides par ruissellement et a été intégré dans le modèle LISEM (LImbourg Soil Erosion Model). Les résultats montrent que les surfaces imperméables contribuent significativement à la masse exportée par ruissellement du vignoble. La partition des pesticides entre phase dissoute et particulaire diffère considérablement selon les molécules et le forçage hydrologique, et la présence de produits de dégradation et un enrichissement en R-métolachlore ont été observés ce qui souligne le potentiel des analyses énantiomériques pour évaluer la biodégradation des pesticides. Globalement, cette étude a démontré que la combinaison des échelles et des approches permet une meilleure compréhension du transport des pesticides. / Understanding pesticide transport is crucial to evaluate their ecological impact on ecosystems. Current knowledge on the spatial variability of pesticide deposition, the impact of erosion on pesticides export and the in situ pesticide degradation is very limited at the catchment scale. In this thesis, characterisation and modeling at two scales, the plot and catchment, were combined in two agricultural contexts. A formalism was developed to predict pesticide transport in runoff and was integrated in LISEM (LImbourg Soil Erosion Model). The results show that impermeable roads contributed to more than 40% to the overall load of fungicides exported via runoff from the vineyard. Pesticide partitioning between suspended solids and runoff water differed largely according to the molecules and the hydrological dynamics. The occurrence of degradation products and the enrichment of one enantiomer were observed suggesting the potential of chiral analyses for assessing biodegradation of chiral pesticides at such scale. Overall, the investigation demonstrated that combining different approaches enable a better understanding of pesticide transport.

L'érosion hydrique constitue un phénomène complexe très répandu en contexte méditerranéen du fait d'une combinaison de facteurs souvent défavorables. Elle constitue une menace pour les potentialités en eau et en sol de ces régions. Si les facteurs déterminants de l'érosion hydrique sont aujourd'hui bien identifiés, la hiérarchie des processus en jeu en fonction des échelles d'espace et de temps est encore très mal connue. Les sols vertiques, qui occupent des surfaces importantes dans la région Méditerranéenne, apportent un degré supplémentaire de complexité du fait de la forte dynamique structurale de ces sols. Dans ce contexte, cette étude cherche à mieux appréhender la variabilité spatio-temporelle des processus et facteurs affectant les transferts latéraux d’eau et de sédiments dans un bassin versant agricole dominés par les vertisols. Pour cela, 7 années de mesures (2005-2012) des ruissellements et transferts de matières en suspension au sein du bassin versant de Kamech (ORE OMERE, 263 ha, Cap Bon, Tunis) ont été analysées au niveau de 4 stations hydrologiques: 1/ l'exutoire d'une parcelle (1,32 ha) ; 2/ l'exutoire d'une ravine (0,17 ha) alimentée par une parcelle de 1,20 ha ; 3/ l'exutoire du versant (15,2 ha) intégrant les deux stations précédentes, et 4/ la station de l’oued (175 ha) située dans le drain principal alimentant la retenue de Kamech. L’analyse des données a permis de mettre en évidence le rôle majeur des fentes de retrait sur la dynamique saisonnière des flux hydro-sédimentaires avec comme résultat un décalage entre le pic de flux de sédiments observé entre octobre et décembre et le pic de flux de ruissellement observé entre décembre et mars, et ce quel que soit l’échelle spatiale considérée. Les données expérimentales ont également permis de mettre en évidence une légère augmentation du ruissellement moyen annuel avec l’accroissement de l’échelle spatiale avec 95 mm/an pour la parcelle, 105 mm/an pour la ravine et 120 mm/an pour le versant. Cette augmentation peut s'expliquer par l'apparition de petites surfaces moins infiltrantes lorsque l'on passe de la parcelle aux autres stations. Les différences de taux d'érosion moyens annuels observées entre les échelles spatiales ont pu être été expliquées par un simple modèle linéaire combinant un taux unique d'érosion des surfaces cultivées (17 t ha-1 an-1) et un taux unique d'érosion ravinaire (80 t ha-1 an-1), pondérés par les surfaces respectives de ces deux éléments. La technique de traçage des sources de sédiments mise en place sur des sédiments prélevés au cours de quelques crues au niveau des différentes stations a permis de montrer que la contribution des processus responsables du transfert de sédiments était relativement stable au cours de l'année. L’application de la fonction de production de Morel-Seytoux a permis de reproduire les hydrogrammes mesurés à la parcelle pour la plupart des crues, indépendamment de la présence ou non des fentes de retrait. Par contre l’évolution des deux paramètres de ce modèle (conductivité hydraulique à saturation et facteur de stockage et de succion) en fonction de la présence des fentes de retrait, de l’état de surface du sol et du degré d’humidité reste à modéliser. Ce travail permet de conclure que le bassin versant de Kamech est caractérisé par une très forte connectivité hydro-sédimentaire, que les processus d’érosion diffuse y prédominent et que les actions de lutte anti-érosive doivent être ciblées avant tout au niveau des parcelles agricoles avec une attention particulière pour la période d’octobre à décembre. Ce travail a également permis de mettre en évidence le rôle déterminant des fentes de retrait sur la dynamique hydro-sédimentaire des bassins sur sol vertique et la nécessité de poursuivre l’étude de leur impact pour des fins de modélisation et d’aide à la gestion de ces milieux. / As one of the major types of land degradation, soil erosion by water induced large-scale environmental deterioration and declines in land productivity, especially in the Mediterranean area. If water erosion factors are now well known, the complex hierarchy of erosion processes over a wide range of spatial and temporal scales still needs to be studied. Shrink–swell soils that are widespread under Mediterranean climate, imply additional changes in terms of hydrological and erosive responses in relation to the changing soil water conditions. In this context, this study aims to better understand the processes and factors affecting the lateral transfers of water and sediments in an agricultural catchment dominated by vertisols under a range of spatial and temporal scales. A detailed monitoring investigation was conducted in the Kamech catchment (ORE OMERE, Tunisia) that includes continuous runoff and suspended sediment load measurement between 2005 and 2012 at the outlet of a four hydrological gauging stations: 1/ a plot (1.32 ha), 2/ a gully (0.17 ha) in which drains a 1.20 ha plot; 3/ a micro-catchment (15.2 ha) integrating the two previous stations and 4/ the oued station (175 ha) located in the main drain just upstream the Kamech reservoir. Data analysis showed that topsoil cracks appeared to seriously affect the seasonal dynamics of water and sediment delivery whatever the considered spatial scale. A similar time lag in the seasonality between water and sediments delivery was observed: although the runoff rates were globally low during the presence of topsoil cracks in autumn, most sediment transport occurred during this period because of very high sediment concentrations. Mean annual runoff proved to slightly increase with the scale area with 95 mm/year for the plot, 105 mm/ year for the gully and 120mm/year for the micro-catchment station. Increase of area with low infiltration capacity when moving from plot to micro-catchment has been identified as a major explanation of this increase. A simple linear model combining a single rate of topsoil erosion (17 t ha-1 yr-1) and a single rate of gully erosion (80 t ha-1 yr-1) -weighted by their respective surface area- has successfully reproduced the differences observed in the mean annual erosion rates between the spatial scales. The sediment fingerprinting method applied on sediments collected during four flood events at the different stations showed that the apportionment of the processes responsible for the transfer of sediments was relatively stable during the year. The application of the Morel-Seytoux infiltration model has allowed reproducing runoff measured at the parcel outlet for most of the events, whatever the presence of cracks or not. However, the evolution of the two parameters in this model (the saturated hydraulic conductivity and the storage-suction factor) as a function of the presence of the cracks, of the soil surface conditions and of the degree of humidity still need to be modelled. This work allows concluding that the Kamech catchment is characterized by a very high hydro-sedimentary connectivity and a predominance of topsoil erosion processes and that the implementation of erosion control measures should incentivize farming conservation practices focusing especially on the autumn period. This work also highlights the crucial role of the cracks on the catchment runoff and sediment dynamics in Mediterranean vertisol context and the need to better understand and model both the runoff and soil erosion processes associated with cracking soils environment.

En Afrique sub-saharienne (ASS), l'agriculture de conservation (AC) est diffusée afin de d'améliorer durablement la productivité de l'agriculture familiale. Cette AC est basée sur les principes de travail réduit du sol, d'une couverture permanente et de rotations introduisant des légumineuse. Parmi tous les bénéfices potentiels de l'AC, le mulch peut améliorer le bilan hydrique et tamponner le stress hydrique, et donc sécuriser les rendements, lorsque les pluies sont limitées et/ou aléatoirement distribuées. A Madagascar, la région du lac Alaotra connaît une forte expansion de la riziculture pluviale. Etant caractérisée par une distribution des pluies très erratique, la pratique de l'AC semble pertinente pour sécuriser la production pluviale. L'objectif de cette étude est donc d'évaluer dans quelle mesure cet aléa climatique est tamponné par l'AC. Tout d'abord, à travers revue de la littérature scientifique, nous avons ouvert à une problématique plus large. En effet, au regard des projections de croissance démographique et de changement climatique (CC) en ASS, l'AC est proposée comme solution ‘climate-smart' ; i.e. une agriculture capable d'augmenter la productivité et de s'adapter au CC tout en l'atténuant. Les études identifiées en ASS montrent une capacité de l'AC à augmenter les rendements sur le long-terme, et à plus court-terme dans les contextes climatiques où les pluies sont faibles et/ou mal distribuées. Cela suggère donc une capacité de l'AC à s'adapter au CC qui prévoit une augmentation de la variabilité de la distribution des pluies en ASS. La capacité de l'AC à atténuer le CC en séquestrant du carbone (C) dans les sols reste en suspens car le stockage du C se fait principalement en surface et la stabilité de ce C est questionnée. Nous nous sommes ensuite recentrés sur le sujet et la zone de cette étude afin d'évaluer le potentiel de l'AC à tamponner l'aléa pluviométrique. En se basant sur les données de suivi de parcelles en transition vers l'AC sur quatre saisons contrastées, nous avons constaté une augmentation des rendements moyens en riz pluvial dès la première année de pratique, avec une augmentation progressive des rendements et une diminution de la variabilité. Les données ont également suggéré une sécurisation des semis précoces et tardifs en AC. Nous avons constaté un poids important du climat sur la variabilité des rendements dans la zone d'étude. Cette analyse exploratoire nous a donc permis d'observer des effets positifs de l'AC dans le contexte climatique du lac Alaotra, suggérant notamment un effet potentiel sur la ressource hydrique. Mais les informations à notre disposition ne nous ont pas permis de vérifier cette hypothèse. Nous nous sommes donc intéressés à l'impact du mulch sur le bilan hydrique et les rendements en riz pluvial dans les conditions agro-climatiques de la zone d'étude. Nous avons effectué une expérimentation virtuelle, en utilisant le modèle PYE-CA. Nous avons confirmé la capacité du mulch à réduire le ruissellement. Nous avons identifié les dates de semis pour lesquelles le riz pluvial est le moins impacté par le stress hydrique dans la région. Les résultats nous ont indiqué que pour les dates de semis majoritairement pratiquées par les agriculteurs, et dans un éventail de conditions de sol, la disponibilité en eau est très peu affectée par une modification du ruissellement. Les bénéfices d'une réduction du ruissellement apparaissent dans des conditions hydriques plus stressantes telles que des dates de semis précoce ou une intensification, en diminuant la variabilité des rendements. Cette étude nous a permis de mieux appréhender les impacts de l'AC sur le bilan hydrique dans le contexte climatique de notre zone d'étude. Pour faire sens, ces résultats sont à intégrer à l'échelle exploitation, voire plus large, pour identifier les contraintes et avantages induits par les systèmes en AC dans le contexte socio-économique du lac Alaotra. / Conservation agriculture (CA) is widely disseminated at large scale in sub-Saharan Africa (SSA) in order to restore soil fertility and sustainably increase crop production of family farming. As defined by the FAO, CA is based on the three principles of minimal soil disturbance, permanent soil cover, and complex crop rotation. Among all the beneficial functions of CA, its ability to improve water balance through mulching can buffer water stress during crop cycle, and hence secure yields when rainfall are limited or poorly distributed. In the Lake Alaotra region of Madagascar, the area under rainfed upland rice has expanded lately. The region being characterized by an erratic rainfall distribution, intra- and inter-annually, CA practice seems appropriate to secure rainfed production. The main objective of this study is to evaluate to which extent this climate hazard can be buffered through the practice of CA. Firstly, we ran a review of the scientific literature to better understand the impact of CA in a wider context. Regarding the projections of population growth and climate change for SSA, CA is considered as a climate-smart option, i.e. an agriculture able to simultaneously mitigate climate change, adapt to this change, and sustainably increase productivity. The different studies illustrated the capacity of CA to maintain, or even increase production in the long-term, and in the shorter-term under limited or poorly distributed rainfall African contexts. These results suggested an ability of CA to adapt to climate change, predicting an increase in rainfall variability in SSA. However, the climate change mitigation through carbon sequestration under CA remained unclear because of a superficial storage which may be unsteady. Then, we focused on the study area to evaluate the potential of CA to buffer rainfall hazard. Using a 4-year dataset monitoring farmers' fields transitioning to CA, we observed a gradual increase in upland rice average yield with a decrease in variability over the consecutive years of CA practice. The data also suggested a capacity of CA to secure early or late sowing. But agro-environmental factors were mainly impacting yields in the region. This exploratory analysis allowed us to observe positive impacts of CA under the climate conditions of the Lake Alaotra region, suggesting an impact on water balance but no information was available to validate this hypothesis. Finally, we focused more precisely on the impact of mulch on water balance and upland rice yields under the climate conditions of the region, using a modeling approach. We ran an virtual experiment with the model PYE-CA to simulate a range of soil and climate conditions met in the region. We confirmed the ability of mulch to reduce, or even suppress, efficiently surface water runoff. We identified the sowing period within which rice growing would be the least impacted by water stress in the region. The results indicated that water availability for rice cropping was slightly impacted by a decrease in runoff for the majority of soil conditions and farmers' usual sowing dates. Beneficial effects of runoff reduction appeared under higher water stress conditions such as early sowing date or crop intensification and yield variability was decreased. This study allowed us to better apprehend the impacts of CA on water balance in the specific climate context of the study area. It would be interesting to integrate these results at the farm-level to identify the pros and cons of adopting CA under the socio-economic context of the Lake Alaotra region of Madagascar.

Au sein des communautés végétales, les traits fonctionnels dirigent et influencent les processus sol-plantes. Le ruissellement et l'érosion concentrés, causes principales de la dégradation des sols, peuvent être contrôlés par des végétations herbacées qui créent une rugosité hydraulique induisant la réduction de la vitesse des flux de ruissellement et la rétention des sédiments. L'approche des traits, plutôt que taxonomique, permet de comprendre et caractériser les effets directs de la végétation sur le ruissellement et la rétention des sédiments. Ce projet de recherche vise à approfondir les connaissances vis-à-vis des effets (i) des traits fonctionnels (Chapitre 1), (ii) de la complémentarité des traits (Chapitre 2), et (iii) de la diversité fonctionnelle (Chapitre 3) sur les écoulements concentrés et la rétention des sédiments afin d'évaluer l'efficacité et le design de haies herbacées pour réduire les impacts de l'érosion des sols dans les bassins versants limoneux d'Europe. Parmi les combinaisons de traits principaux identifiées comme augmentant la rugosité hydraulique (densité et diamètre des tiges, et densité et surface foliaire), certains traits sont négativement corrélés. Un meilleur effet pourrait donc être atteint au sein d'assemblage d'espèces par un effet complémentaire des traits. Cependant, des effets non-additifs des diversités en espèces et fonctionnelle ont été trouvés, chacun généré par un effet dominant des traits dans les communautés testées. Ces effets des traits et de la diversité fonctionnelle sur la rugosité hydraulique et la rétention des sédiments constituent une nouvelle avancée dans la compréhension des effets de l'assemblage des traits sur les processus d'écoulement et d'érosion des sols ainsi qu'une base pour le design et la modélisation des haies herbacées pour le contrôle du ruissellement et de l'érosion. / Plant-soil processes are driven and influenced by plant functional traits in vegetation communities. Concentrated runoff and erosion constitute the main cause of soil degradation and can be managed by herbaceous vegetation creating hydraulic roughness that induces flow velocity reduction and sediment retention. Using plant trait-based approach, unlike taxonomical approach, allows to understand and characterise the direct effects of the vegetation on runoff and sediment retention. This research project aims to deepen the knowledge regarding the effects of (i) plant functional traits (chapter 1), (ii) traits' complementarity (chapter 2) and (iii) functional diversity (chapter 3) on concentrated runoff and sediment retention processes, in order to evaluate the efficiency and design of herbaceous hedges to reduce the impacts of soil erosion in loamy European agricultural catchments. The identification of the main efficient traits and traits' combinations towards hydraulic roughness increase (stem density, diameter, leaf area and density) highlighted negatively correlated traits, suggesting that a trade-off could be reached within a plant species assemblage through a complementarity effect of the traits. However, non-additive effects of plant species diversity and functional diversity were found, both driven by dominant traits in the community. The effects of traits and functional diversity on the hydraulic roughness and sediment retention constitute a new advance in the understanding of plant trait assemblage on runoff and soil erosion processes and a baseline for the design and modelling of herbaceous hedges for runoff and erosion control.

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.

L'aménagement des versants méditerranéens en terrasses et en fossés avait pour but d'augmenter la surface agricole et de permettre une meilleure gestion de l'eau. La dégradation des terrasses et des drains peut conduire à une augmentation des risques d'inondation, d'érosion et de maintien des cultures. Pour améliorer la connaissance de l'impact réel sur la réponse hydrologique des versants, cette thèse suit différentes approches de modélisation. D'abord la réponse hydrologique d'un bassin versant méditerranéen (0.91 km2) avec des terrasses et des fossés aménagés est simulée à l'aide d'un modèle distribué, événementiel, à base physique, adapté aux bassins versants agricoles. La performance est très satisfaisante pour certains événements simulés, même si le modèle ne tient pas compte des terrasses. Afin de modéliser l'impact des terrasses agricoles et de l'écoulement artificiel, nous avons conçu un nouveau modèle distribué et parcimonieux qui utilise une distribution linéaire du temps de réponse, combiné avec l'hydrogramme unitaire instantané géomorphologique. Les simulations sur des versants et bassins virtuels avec un réseau non-optimal de drainage (non-OCN) montrent que (i) pour de longues interfaces entre une parcelle et un cours d'eau la réponse hydrologique est plus rapide et le débit de pointe plus élevé; (ii) la vitesse du ruissellement de surface a un plus grand impact sur le débit de pointe que la vitesse d'écoulement dans les fossés; et (iii) la densité de drainage accrue combinée avec la création de terrasses résulte en un débit de pointe plus élevé en aval et moins élevé en amont. / Terrace cultivation and artificial drainage were implemented on Mediterranean hillslopes for multiple reasons: agricultural terraces increase arable land surface and artificial drainage allows for better water management. Degradation of terraces and channels inevitably leads to an increase in flood risk, erosion and, eventually, crop damage. Little is known about their effect on hillslope hydrologic response, and therefore this thesis presents an integrated method where we compare different modelling approaches. We first simulated the hydrologic response of a Mediterranean catchment (0.91 km2) with terrace cultivation and artificial drainage using a physically-based, fully distributed storm flow model for agricultural catchments. Simulation performance is impressive for some storms, even though the model does not account for terraces. In order to model the effects of terrace cultivation and artificial drainage on hillslope hydrologic response explicitly, we subsequently developed a new distributed model with only geometric and flow velocity parameters, using a linear response time distribution combined with the hillslope geomorphologic instantaneous unit hydrograph. Simulations on virtual hillslopes and catchments with a non-optimal channel network suggest that (i) drainage is faster and attains higher peak flows for longer interface lengths between agricultural fields and drainage channels; (ii) overland flow velocity has greater influence on peak flow than channel flow velocity; and (iii) the combined effect of increased drainage density and introduction of terrace cultivation is enhanced peak flow at the outlet, and a reduction of peak flow from upstream terraces.

Malgré les tests d’homologation des pesticides et métaux, des teneurs alarmantes de ces produits sont relevées dans l’environnement. Une meilleure connaissance des processus subis par ces produits dans les agrosystèmes est nécessaire afin de réduire les pollutions liées à leur utilisation. Cette thèse vise à améliorer la compréhension de la transformation et du transport des pesticides et métaux pas l’étude détaillée de ces polluants dans les sols agricoles durant 200 jours, en fonction des conditions hydro-climatiques et l’analyse isotopique des pesticides (par composés spécifiques, CSIA) et des métaux. Ces travaux révèlent l’importance de la matière organique sur la spéciation des polluants, les relations entre les conditions, la dissipation et les mécanismes de transformation des pesticides, mais aussi le contrôle de l’infiltration des polluants par la durée et la fréquence des pluies. Ces résultats permettent d’améliorer la prédiction du transport des polluants dans les agrosystèmes. / Despite homologation tests of pesticides and metals, alarming concentrations are measured in the environment. A better knowledge of the transformation processes undergone by these products in agrosystems is needed to predict and limit the pollution. This PhD. thesis allowed to understand the transformation and transport of pesticides and metals in agricultural soils during 200 days and with respect to different hydro-climatic conditions using sequential extraction and isotopic fractionation of pesticides (compound specific isotopic analyses, CSIA) and metals. This work revealed the relevant of soil organic matter on the speciation of pollutants, the relationship between hydro-climatic conditions, the dissipation and the transformation mechanisms of peticides, and how pollutant infiltration is controlled both by rainfall length and frequency. These resuls will improve the transport models of pesticides in agrosystems.