L'influence des fossés dans les phénomènes de crue, d'érosion hydrique des sols ou de transferts de polluants agricoles est bien connue à l'échelle locale. Cependant, on ne dispose que de peu de connaissances sur la variabilité spatio-temporelle des réseaux de fossés et de l'effet de cette variabilité sur les processus hydrologiques. L'objectif de ce travail de thèse vise donc à quantifier la relation entre l'organisation spatiale et temporelle des réseaux de fossés, éléments de la structure du paysage, et le fonctionnement hydrologique des paysages viticoles méditerranéens.Dans un premier temps, on propose d'analyser comment la densité des réseaux de fossés varie dans les paysages et à quel point elle est conditionnée par le milieu physique. Ensuite, un algorithme de simulation de réseaux est chaîné à un modèle hydrologique afin de quantifier le rôle de la densité des réseaux dans la régulation des écoulements de surface. En lien avec son rôle d'interception du ruissellement, l'effet anti-érosif des réseaux de fossés est alors analysé grâce à l'utilisation d'indicateurs géomorphologiques.Dans un second temps, on s'intéresse à la dynamique spatio-temporelle de la végétation des fossés et à son impact sur les transferts de pesticides. Pour cela, on caractérise puis simule les pratiques d'entretien des fossés et leurs impacts sur la végétation. On montre alors en mobilisant différents indicateurs que les pratiques actuelles ne sont pas optimales d'un point de vue de la rétention des pesticides.Cette thèse, qui s'appuie sur des méthodes de simulation du paysage, montre l'intérêt du chaînage entre modèles de structure et de fonctionnement du paysage. Ce chaînage a permis de quantifier le rôle des réseaux de fossés dans la modulation des processus hydrologiques. / The impact of ditch networks on runoff, soil erosion and pollutant transfer is well known at local scale. However, the spatio-temporal variability of ditch networks and the impact of this variability on hydrological processes has not been quantified. The aim of this thesis is thus to quantify the relation between the spatial configuration of ditch networks and the hydrological functioning of Mediterranean vineyards.First, the variability of ditch network density and the extent to which this density depends on the landscape attributes are analyzed. Then, a network simulator is used with a hydrological model to quantify the impact of ditch network density on runoff. In relation to the role of ditch networks in the interception of runoff on hillslopes, the protection against soil erosion procured by ditch networks is studied thanks to geomorphological indicators.Secondly, the spatio-temporal evolution of vegetation covers in ditch networks and its impact on the transfer of pesticides is analyzed. The ditch management regimes and their impact on ditch vegetation are simulated. Thanks to several indicators, it is shown that current management regimes are not optimal in view of pesticide retention.This thesis shows the interest in using a landscape structure model and a landscape functioning model. This allowed to quantify the impact of ditch networks on hydrological processes.

L'objet de cette recherche porte sur une ligne à grande vitesse appelée à desservir la Région Provence-Alpes-Côte d'Azur à l'horizon 2020. La LGV PACA est une infrastructure programmée mais qui n'en est qu'au stade de projet non encore réalisé, c'est pourquoi notre objectif est de proposer des scénarios visant à mesurer les incidences sur l'évolution du territoire transfrontalier franco-italo-monégasque, à partir de la démarche de géoprospective territoriale. Cette approche méthodologique repose ici sur une modélisation spatiale basée sur un modèle d'automate cellulaire contraint du nom de MOLAND. L'application de MOLAND a permis de procéder à une modélisation intégrant transport et usage des sols, ce qui a pour avantage de faciliter la compréhension de l'évolution actuelle et possible du comportement de l'occupation des sols au sein des espaces limitrophes de la frontière. Trois grandes parties sont proposées dans cette thèse. Il est suggéré dans la première partie un cadrage méthodologique portant sur l'interdépendance existante et pouvant exister entre le système territorial et le sous-système des transports. Dans la deuxième partie, nous abordons la problématique de la modélisation et de la simulation spatiale en insistant sur la difficulté du paramétrage des modèles dynamiques et spatialement explicites et notamment sur le paramétrage des modèles basés sur les automates cellulaires contraints. Dans la troisième et dernière partie de cette thèse, c'est la difficulté de l'exercice géoprospectif encore méconnu qui est mise en avant. À partir de différents scénarios géoprospectifs, cette thèse fournit des éléments de connaissance quant à l'avenir possible d'un espace transfrontalier qui s'apprête à accueillir la grande vitesse ferroviaire. Elle apporte des réponses concrètes aux questions liées à la croissance urbaine et à l'accessibilité des territoires jusque-là isolés des grands couloirs européens de communication. Les résultats de cette recherche sont plus que jamais d'actualité car, dans le cadre de l'aide à la connaissance du territoire et de l'aide à la décision, ils permettent de se pencher sur un volet ignoré jusqu'à présent par les études menées par le maître d'ouvrage RFF (Réseau Ferré de France) : la prise en compte simultanée de l'infrastructure de transport et de l'occupation des sols pour l'appréhension et la compréhension des dynamiques d'un territoire en devenir. La prise en compte de l'occupation des sols dans la modélisation géoprospective par automates cellulaires permet au géographe de poser les bonnes questions à partir d'une entrée territoriale. RFF a récemment lancé de nouvelles études sur l'opportunité qu'offre l'infrastructure grande vitesse ferroviaire pour améliorer la desserte de la Région PACA. En permettant de mesurer les impacts nationaux de cette infrastructure sur ce territoire transfrontalier, les simulations réalisées constituent une aide à la décision utile et indispensable.

L'influence des fossés dans les phénomènes de crue, d'érosion hydrique des sols ou de transferts de polluants agricoles est bien connue à l'échelle locale. Cependant, on ne dispose que de peu de connaissances sur la variabilité spatio-temporelle des réseaux de fossés et de l'effet de cette variabilité sur les processus hydrologiques. L'objectif de ce travail de thèse vise donc à quantifier la relation entre l'organisation spatiale et temporelle des réseaux de fossés, éléments de la structure du paysage, et le fonctionnement hydrologique des paysages viticoles méditerranéens. Dans un premier temps, on propose d'analyser comment la densité des réseaux de fossés varie dans les paysages et à quel point elle est conditionnée par le milieu physique. Ensuite, un algorithme de simulation de réseaux est chaîné à un modèle hydrologique afin de quantifier le rôle de la densité des réseaux dans la régulation des écoulements de surface. En lien avec son rôle d'interception du ruissellement, l'effet anti-érosif des réseaux de fossés est alors analysé grâce à l'utilisation d'indicateurs géomorphologiques. Dans un second temps, on s'intéresse à la dynamique spatio-temporelle de la végétation des fossés et à son impact sur les transferts de pesticides. Pour cela, on caractérise puis simule les pratiques d'entretien des fossés et leurs impacts sur la végétation. On montre alors en mobilisant différents indicateurs que les pratiques actuelles ne sont pas optimales d'un point de vue de la rétention des pesticides. Cette thèse, qui s'appuie sur des méthodes de simulation du paysage, montre l'intérêt du chaînage entre modèles de structure et de fonctionnement du paysage. Ce chaînage a permis de quantifier le rôle des réseaux de fossés dans la modulation des processus hydrologiques.

L’accélération du processus d’urbanisation, constatée à l’échelle mondiale depuis les dernières décennies, conduit à une artificialisation progressive des milieux naturels. La construction d’infrastructures de transport ou de nouveaux bâtiments fragmente les paysages de manière irréversible et cause une réduction des habitats écologiques et de leur connectivité. Le maintien de la fonctionnalité des réseaux écologiques, s’intègre désormais dans les politiques d’aménagement du territoire ou d’urbanisme soucieuses de la préservation de la biodiversité.En se focalisant plus particulièrement sur les évolutions urbaines à l’horizon 2030 dans l’Aire Urbaine de Besançon (développement résidentiel et variations de trafic routier), cette thèse cherche à évaluer l’impact potentiel des formes d’urbanisation sur la connectivité des réseaux écologiques des espèces animales. Ce travail de recherche privilégie l’approche par la modélisation en s’inscrivant à la fois dans le champ de la géographie théorique et quantitative et de l’écologie du paysage.L’application de cette démarche se fait en trois étapes : (1) simuler le développement résidentiel et ses évolutions de trafic associées à l’horizon 2030, à l’aide de cinq scénarios prospectifs présentant des formes urbaines différenciées ; (2) modéliser les réseaux écologiques de plusieurs espèces animales avec des graphes paysagers construits à partir de cartes d’occupation du sol et de données écologiques ; et (3) évaluer les impacts potentiels de chaque scénario sur les réseaux écologiques à partir de ces graphes à l’aide de métriques de connectivité, par mesure de la perte de connectivité imputable à chaque scénario de développement résidentiel.Les résultats obtenus montrent que les formes de villes denses et compactes, contrairement aux villes étalées, sont celles qui favorisent le mieux le maintien des connectivités écologiques pour la plupart des groupes d’espèces analysés. Des analyses plus approfondies mettent en avant la contribution importante des variations de trafic aux impacts écologiques de chaque scénario.D’après les analyses de sensibilité effectuées, le modèle utilisé est robuste, ce qui montre l’intérêt de la modélisation dans le processus d’aide à la décision pour la protection environnementale et la planification urbaine afin de penser la ville de demain de manière durable. / The global increase of urbanization during the past decades have induced a progressive artificialization of natural environments. The building of transport infrastructures and new housings causes a landscape fragmentation in an irreversible way and a strong decrease of the connectivity of ecological habitats. Maintaining the functionality of ecological networks is becoming a major goal of sustainable urban planning policies. With a special focus on urban evolutions in the horizon 2030 in the urban area of Besançon in eastern France (residential development and road traffic evolutions), this thesis aims to assess the potential impact of urban forms on landscape connectivity of animal species’ ecological networks. This research work promotes a modelling approach both on the field of theoretical and quantitative geography and landscape ecology.This approach follows three main steps: (1) simulating residential development and its associated road traffic changes using five prospective scenarios of differentiated urban forms; (2) modelling landscape graphs of various animal species using land-cover maps and ecological data; (3) assessing the potential impacts of each scenario on ecological networks from these graphs using connectivity metrics, with measures of the connectivity decrease attributable to each residential development scenario. Contrary to sprawled cities, the results show that compact and dense urban forms best promote the maintenance of ecological connectivity for the majority of species groups. Further analysis highlights the great contribution of road traffic evolutions regarding the ecological impacts of each scenario.According to some sensitivity analysis, the model used is quite robust. It demonstrates the interest of modelling in the decision-making process for environmental conservation and urban planning to think out the city of tomorrow in a sustainable way.