Les courants de turbidité dans les canyons sous-marins contribuent largement au transfert sédimentaire à travers des marges continentales. L’étude géologique des canyons sous-marins et des systèmes turbiditiques associés a permis des avancées fondamentales dans la compréhension de l’évolution des courants de turbidité.Ces études sont cependant limitées à des interprétations a posteriori, basées sur la répartition des dépôts et des évidences morphologiques. Cette thèse vise à l’application de la modélisation numérique des courants de turbidité, sur la base des processus physiques, à deux canyons sous-marins de la côte Méditerranée Occidentale.Des courants de turbidité liés au chalutage de fond sont modélisés dans le canyon de La Fonera. Les résultats du modèle permettent de spatialiser ce transport; ainsi le modèle peut être un point de départ pour l’identification de zones de pêche au chalut avec un moindre impact. L’absence d’un plateau continental au niveau de Nice a permis une alimentation continue du système turbiditique du Var indépendamment des variations du niveau marin. Ainsi ce système s’avère un laboratoire naturel pour l’étude du contrôle climatique sur l’activité turbiditique. L’influence des forces de Coriolis dans l’évolution spatiale des courants de turbidité et dans la construction de la Ride sédimentaire du Var est modélisée et mise en évidence pour la première fois.La modélisation numérique des courants de turbidité ne peut pas fournir à présent des résultats de qualité prédictive du fait de la quantité limitée d’information disponible pour établir les conditions initiales de l’écoulement qui impactent largement son évolution et dépôts. Malgré ce fait, la modélisation numérique permet d’élargir les interprétations du fonctionnement sédimentaire des canyons étudiés, d’identifier les chemins empruntés par les écoulements et leur dépôt final et de mieux préparer des cibles (mouillages et carottage) lors des campagnes à la mer. / Turbidity currents in submarine canyons are the main contribution for sediment transfer across the continental margins. Geological studies of submarine canyons and associated turbiditic systems for more than 30 years led to an extraordinary breakthrough in the understanding of how turbidite systems evolve. However, these studies remain limited to a posteriori interpretations, based on the distribution of deposits and morphological evidences. The overarching aim of this thesis is to apply a 2DH process-based model to simulate large-scale turbidity currents on two different submarine canyons in the western Mediterranean coast.The work in La Fonera canyon, in the Catalan margin, focuses on the modelling of sediment transport and accumulation resulting from trawling activities on the canyon flanks. The numerical process-based provides a 3D visualization of potential trawling impacts on sediment dynamics. The study represents a starting point for the assessment of the sedimentary impact of bottom trawling in deep continental margins. The present work can help in the identification of trawling areas with lesser impacts. The Var Sedimentary System, located in the vicinity of Nice (France), is connected to the Var River during both low and high-stands and it can be considered as a natural laboratory for the study of the climatic control on the turbiditic activity. The influence of Coriolis forces on the spatial evolution of the hyperpycnal flows and hence in the construction of the Var Sedimentary Ridge (VSR) is evidenced and supported for the first time.The major drawback is the limited amount of information for the necessary initial and boundary conditions; hence modelling results might not be of predictive quality. However, modelling results provide a full-scale vision of the system allowing the identification of sediment pathways and deposition areas on the basis of physical processes and enlarge the present knowledge of the canyons studied. The results obtained may help in the identification of strategic mooring and coring sites to further advance the state of our knowledge on sediment dynamics of the different cases studies.

Le système turbiditique du Var présente la particularité d’être fréquemment parcouru par des écoulements gravitaires. Cela en fait un endroit privilégié pour étudier simultanément les facteurs déclenchant des courants de turbidité, leurs caractéristiques hydrodynamiques, leur contenu particulaire et les dépôts associés. Dans le cadre du projet Européen HERMES (6ème Programme Cadre), nous avons acquis pendant 2 ans dans le canyon du Var et dans la vallée turbiditique (1) des séries temporelles dans la colonne d’eau (30 m et 400 m au dessus du fond) sur la vitesse des courants, la température et le flux particulaire, et (2) des prélèvements répétés par carottage du sédiment de surface (...) / In the framework of the HERMES European project, this study aims to characterize the sedimentary processes acting in the Var turbiditic system, their impact on the morphology, and their evolution through time and space. This work uses data acquired along the system, including interface cores, acoustic data, and measurement in the water column (temperature, particulate fluxes, speed and direction of the currents) thanks to mooring lines. The Var turbiditic system is under the influences of the Northern Current and of the Var river by a direct connection. Sedimentary processes are related to gravity-driven currents, oceanic currents which remobilizes sediments and hemipelagic decantation. Gravity-driven processes are dominant and are responsible of 80% of the mean annual sedimentary transport in the system, at the scale of two years (2005-2007). They are characterized by a mean speed of 100 to 600 mm.s-1 and a mean particulate flux of 10 to more than 400 g.m-2.j-1. The combination of the river discharge data and our in-situ measures allows to discriminate the mechanism responsible of their triggering: mass-wasting or river floods. Hyperpycnal turbidity currents, generated by the plunging of the turbid plume are observed for flood extended to the whole hydrographic system, with a river discharge of more than 306 m.s-1 at the river mouth (...)

Près de 25% de la population mondiale est alimentée par de l’eau en provenance d’aquifères karstiques. La compréhension et la protection de ces derniers apparait donc comme essentielle dans le cadre d’une augmentation des besoins en eau potable. De plus, une contamination des forages d'alimentation en eau potable par une eau turbide peut s'avérer fortement dommageable car entrainant une possible contamination des populations desservies. Dans le cas de la Normandie, des coupures régulières son nécessaires afin de préserver la santé des habitants. La modélisation et la prédiction des augmentations de turbidité apparaissent comme un travail difficile du fait des nombreux phénomènes et paramètres régissant la turbidité ainsi que la non-linéarité de la réponse entre les précipitations et la turbidité. Peu de modèles à l'heure actuelle ont été proposés pour représenter la relation liant la turbidité avec les précipitations. C'est ainsi, en s'intéressant au forage AEP d'Yport responsable de l'alimentation en eau potable de la ville du Havre, que nous proposons une application des réseaux de neurones pour la prévision de la turbidité. Durant les travaux de thèse, nous avons mis en avant la nécessité d'effectuer des campagnes d'échantillonnages des produits phytosanitaires afin de permettre l'identification des éventuels proxies des produits phytosanitaires tel que la turbidité, les précipitations ou bien la conductivité. Par la suite, les travaux effectués dans cette thèse nous ont permis (i) de monter que les modèles par réseaux de neurones permettent de prévoir à 12h et 24h les variations de turbidité, (ii) de tester plusieurs voies d'amélioration de ces modèles, (iii) d'intégrer l'analyse multirésolution aux modèles par réseaux de neurones et pour finir (iiii) d'identifier un semi proxy des contaminations en produits phytosanitaires. / Approximately 25% of the world's population is supplied by water from karstic aquifers. The understanding and protection of these appears to be essential in the context of drinking water needs increasing. In addition, contamination of drinking water by turbid water can be highly damaging by resulting in possible contamination of the served populations. In the case of Normandy, regular drinking water cut-off are necessary to preserve the health of the inhabitants. The modeling and prediction of turbidity event appears as a challenging work because of the number of phenomenon and parameters involves in turbidity variation as well as the non-linearity of the link between rainfall and turbidity. Actually, few models have been proposed to represent the relationship between turbidity and rainfall. In this context, by focusing on Yport's pumping well which is responsible for Half of Le Havre city drinking water supply, we propose an application of neural networks for turbidity prediction. During this thesis work, we emphasized the need to carry out sampling campaigns for phytosanitary products to enable the identification of possible phytosanitary product proxies such as turbidity, rainfall or conductivity. Subsequently, the work carried out in this thesis enabled us to (i) designed neural network models allow to predict at 12h and 24h the turbidity variations, (ii) test several ways to improve these models, (iii) integrate multiresolution analysis into neural networks models and finally (iiii) identify a semi proxy for phytosanitary product contamination.

La restauration et la création de milieux humides sont des stratégies envisagées comme mesures de compensation à la perte de milieux humides naturels. Dans ce contexte, la création de bassins de rétention d'eaux pluviales lors de construction de routes figure parmi ces méthodes potentielles de compensation. L'objectif de mon projet était de quantifier l'utilisation de bassins de rétention par les amphibiens, en comparaison avec des milieux humides de référence. Ces bassins permettent la rétention des eaux de ruissellement provenant de surfaces imperméables qui sont chargées en polluants. Nous avons émis l'hypothèse que les amphibiens utilisent davantage les milieux humides éloignés que les milieux humides près des routes et qu'à distance égale à la route, ils utilisent davantage les milieux humides naturels que les bassins de rétention. Nous avons évalué la présence d'adultes à l'aide de points d'écoute de chants d'anoures et le succès reproducteur à l'aide de décomptes de masses d'œufs et de têtards. Ces inventaires ont été effectués dans 20 bassins de rétention construits par le Ministère des Transports du Québec, 20 milieux humides naturels près des routes (< 50 m) et 20 milieux humides éloignés des routes (50 m - 500 m). La qualité des sites a été évaluée en mesurant des caractéristiques locales comme la taille de l'étang, la végétation, les propriétés physico-chimiques, l'hydropériode et des variables à l'échelle du paysage. Nos résultats révèlent que la conductivité et le pH sont plus élevés dans les bassins que dans les milieux humides naturels. Nos analyses n'ont dévoilé aucun effet des variables explicatives sur l'occupation des amphibiens aux stades de têtards et d'adultes d'anoures. Toutefois, l'abondance de masses d'œufs de salamandres fouisseuses diminuait avec l'augmentation de la conductivité et de l'hydropériode. Malgré certaines caractéristiques différentes des milieux naturels, les bassins sont utilisés par plusieurs espèces d'amphibiens pour la reproduction et le développement. La diminution d'application de sels de déglaçage devrait augmenter la qualité des milieux humides en bordure de route pour les communautés d'amphibiens. / Wetland restoration and creation are strategies considered to compensate for the loss of natural wetlands. In this context, the creation of stormwater retention ponds (hereafter, stormwater ponds) during road construction is a potential method of compensation. The objective of our project was to quantify the use of roadside stormwater ponds by amphibians. Roadside stormwater ponds allow for the storage of rainfall and run off. These waters are loaded with pollutants, such as road salts. We hypothesized that amphibian use of natural wetlands is greater than in roadside wetlands, and that at equal distances from the road, amphibians are more likely to use natural wetlands than stormwater ponds. We assessed adult presence using anuran call surveys and reproductive success using egg masses and tadpole counts. These surveys were conducted in 20 roadside stormwater ponds, 20 natural roadside wetlands (< 50 m), and 20 wetlands far from roads (50 m - 500 m). We evaluated site quality based on local characteristics such as pond size, vegetation, water physicochemical properties, hydroperiod, as well as landscape-scale variables. Our results revealed that conductivity and pH were substantially higher in ponds than in natural wetlands. Occupancy of adults and tadpoles did not vary with the pond and landscape-scale variables we considered. However, the abundance of mole salamander egg masses decreased with in creasing water conductivity and pond hydroperiod. Despite certain characteristics that differentiate them from natural environments, roadside stormwater ponds provide breeding and larval development habitat to several amphibian species. However, decreasing de-icing salt applications will increase the quality of stormwater ponds for amphibian communities.

Le Lac Wabush est un lac constamment influencé par un courant hyperpycnal créé par la décharge de résidus miniers. À l'aide de multiples levés bathymétriques, de données de sismique réflexion ainsi que de données provenant de campagnes d'échantillonnage des sédiments, l'évolution temporelle du Lac Wabush est décrite. L'analyse de ces données a entre autre permis de démontrer l'importance, pour le transport des sédiments, des chenaux sous-marins à la tête desquels une rupture de pente (knickpoint) est présente. L'analyse de plusieurs levés consécutifs permet de retracer l'évolution de ces knickpoints : ils montrent une migration vers l'amont, laquelle serait responsable de la formation de chenaux sous-marins. Les knickpoints sont habituellement décrits comme étant le résultat de forçage tectonique ou d'un changement de niveau de base local. Le contexte du Lac Wabush n'étant pas affecté par ces forçages, les processus responsables de la formation des chenaux, i.e. les knickpoints, ont été étudiés à l'aide d'un modèle physique du lac Wabush. Nos expériences permettent d'expliquer que la raison principale conduisant au développement des knickpoints et des chenaux provient d'un déséquilibre entre l'angle des lits frontaux du delta et l'angle de déposition du courant de turbidité coulant sur ces lits frontaux. Tel que décrit dans la littérature, la migration des knickpoints peut s'expliquer de manière hydraulique par l'érosion via un courant de turbidité. Par contre, nos expériences ont démontré que cette migration pouvait aussi être contrôlée par des instabilités géotechniques. Partant de ce constat, une étude de stabilité de certains knickpoints présents au Lac Wabush a été effectuée, laquelle a permis de démontrer que les glissements de terrain peuvent aussi contrôler, sous certaines conditions, la migration des knickpoints dans un environnement réel. Au lac Wabush, le haut taux de sédimentation, la faible perméabilité des résidus ainsi que la déposition dans un état lâche des résidus dans le lac sont des facteurs pouvant conduire à la liquéfaction statique de ces matériaux, engendrant un recul des knickpoints. En conclusion, il a été démontré que la migration des knickpoints, soit le mode de formation des chenaux sous-marins au Lac Wabush, est donc un phénomène autant hydraulique que géotechnique.

En raison de la complexité des phénomènes se produisant dans chaque sous-système des systèmes d'assainissement urbains--tels que le ruissellement, le transport, le stockage, le traitement et le milieu récepteur--une approche holistique utilisant un modèle mécaniste unique et interconnecté est nécessaire pour décrire adéquatement ces phénomènes. Ces modèles reproduisent les phénomènes observés pour générer des connaissances sur les mécanismes régissant le comportement variable et servent d'outils de prévision. Des progrès significatifs ont été réalisés dans la modélisation des processus au sein des Stations de Récupération des Ressources en Eau (StaRRE) pour décrire la qualité des effluents, mais la modélisation des dynamiques des polluants particulaires dans les réseaux d'égouts reste un défi. Cela est principalement dû à des données de terrain limitées, des problèmes d'échantillonnage complexes et un accès difficile. Les théories du transport des particules s'inspirent généralement de l'hydraulique fluviale, en distinguant les particules lourdes au fond des particules en suspension, avec une interaction des particules souvent corrélée au débit. Les phénomènes clés affectant les particules dans les réseaux d'égouts incluent la vitesse d'écoulement, les contraintes de cisaillement, la sédimentation et la remise en suspension. La distribution des vitesses de chute des particules (DVCP) est un facteur crucial mais sous-étudié. Cette thèse se concentre sur la caractérisation du comportement des polluants dans les réseaux d'égouts, avec pour objectif de combler les lacunes en matière de données, en particulier en ce qui concerne la DVCP. Une étude menée dans le réseau d'égouts de la ville de Québec sur plusieurs années, dans diverses conditions météorologiques, a analysé les flux de polluants particulaires pendant les périodes sèches et humides. Les résultats ont permis d'améliorer la compréhension du comportement des particules et ont conduit à des mises à jour du modèle de qualité de l'eau du réseau d'égout unitaire. Il a été constaté que les particules avec des vitesses de chute plus élevées sont remises en suspension lors des augmentations de débit. Les pics de concentration observés sont causés par cette remise en suspension des particules, et non par le ruissellement urbain ou le lavage des routes. L'émergence de la crise sanitaire liée à la COVID-19 a ouvert de nouvelles perspectives d'application de la caractérisation du signal viral dans les réseaux unitaires, et a dû s'appuyer sur la DVCP étant donné que le signal viral est surtout présent sur les particules. Les tests d'élutriation appliqués sur des échantillons d'eaux usées et de boues primaires ont montré que le signal viral est présent dans chacune des différentes classes de particules, ce qui soutient l'hypothèse d'une distribution homogène des particules virales dans les différentes classes, une distribution qui a pu être décrite et modélisée à l'aide de modèles basés sur la DVCP. En conclusion, cette étude a permis de démontrer l'utilité des modèles DVCP dans la caractérisation et la modélisation des signaux viraux, mettant en évidence l'adaptabilité de ces modèles à divers contextes de gestion des eaux usées. / Due to the complexity of the phenomena occurring in each subsystem of urban wastewater systems--such as runoff, transport, storage, treatment, and the receiving environment--a holistic approach using a single interconnected mechanistic model is necessary to adequately describe these phenomena. These models replicate observed physical phenomena to generate knowledge about the mechanisms governing variable behaviour and serve as forecasting tools. Significant progress has been made in modelling processes within Water Resource Recovery Facilities (WRRFs) to describe effluent quality, but modelling particulate pollutant dynamics in sewer networks remains challenging. This is primarily due to limited field data, sampling issues, and difficult access. Particle transport theories generally draw from fluvial hydraulics, distinguishing between heavy particles at the bottom and suspended ones, with particle interaction often correlated with flowrate. Key phenomena affecting particles in sewer networks include flow velocity, shear stress, settling, and resuspension. The distribution of particle settling velocities (PSVD) is a crucial but under-researched topic. This thesis focuses on characterizing the behaviour of pollutants in sewer networks, aiming to address gaps in data, particularly regarding the PSVD. A study conducted in Quebec City's sewer network over several years, under various weather conditions, analyzed particulate pollutant fluxes during dry and wet periods. The results enhanced understanding of particle behaviour and led to updates in the combined sewer network model. It was found that particles with higher settling velocities are resuspended during flow increases. This resuspension of particles causes these concentration spikes, not the urban runoff or road wash-off. The COVID-19 pandemic has opened new applications for viral signal characterization in sewer systems, using PSVD. Elutriation tests showed that viral signals are present across different particle classes, supporting the idea of a homogeneous distribution of viral particles that can be modelled with PSVD-based models. In conclusion, this study has demonstrated the utility of PSVD models in characterizing and modelling viral signals, highlighting the adaptability of such models to various wastewater management contexts.

Le barrage du Chambon, situé sur la Romanche, dans les Alpes françaises, a été mis en eau en 1935. Depuis cette date, des sédiments s'accumulent dans la retenue. Au bout de 45 ans, ceux-ci ont atteint 18 mètres d'épaisseur au pied de l'ouvrage. La vidange totale, réalisée en 1981, a fourni l'occasion d'étudier ces dépôts, avec les objectifs suivants: - expliquer leur mode de mise en place par l'observation des figures sédimentaires, des analyses granulométriques et minéralogiques; - évaluer les volumes déposés dans la retenue ainsi que le taux d'érosion dans le bassin versant; - étudier l'efficacité des vidanges comme moyen de lutte contre l'envasement de la retenue; - caractériser les propriétés géotechniques des sédi· ments, particulièrement leur aptitude aux tassements.

L'étude des matières en suspension (MES) minérales est essentielle pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes en Manche : les MES influencent la pénétration de la lumière dans la colonne d'eau, paramètre clé pour la production biologique, et sont susceptibles de transporter des polluants et nutriments. Lors de ce travail, la dynamique des MES minérales de surface en Manche est étudiée à l'aide de deux méthodes complémentaires : l'observation par satellite et la modélisation numérique tridimensionnelle. Dans un premier temps, les images satellite MODIS et MERIS, traitées par l'algorithme semi-analytique développé par l'IFREMER et représentant les MES non-algales de surface, sont analysées afin d'élaborer trois modèles statistiques permettant d'estimer la MES de surface en fonction de variables basiques telles que le coefficient de marée, la hauteur significative des vagues et la concentration moyenne en chlorophylle-a. Dans un deuxième temps, le modèle hydrosédimentaire multiclasse tridimensionnel ROMS (Regional Ocean Modeling System) est implémenté en Manche. Il prend en considération le forçage par la marée aux frontières ouvertes, la contrainte exercée par le vent à la surface de la mer, l'interaction houle-courant en couche limite de fond et l'hétérogénéité spatiale réaliste du lit sédimentaire. Les résultats du modèle statistique le plus sophistiqué sont également utilisés pour forcer la concentration en MES aux frontières ouvertes du domaine de calcul. Des tests de sensibilité sur les conditions limites montrent l'importance de considérer de manière réaliste les sédiments entrant en Manche par les frontières ouvertes lors de la modélisation numérique. L'influence de la biologie sur les MES minérales est testée en utilisant une formulation de la vitesse de chute et de la contrainte critique d'érosion variant saisonnièrement. Grâce à ces deux outils associés, les influences respectives de la marée, de la houle et de la biologie sur les MES minérales sont mises en avant et localisées en Manche. Le modèle numérique prédit que les MES de surface sont composées principalement de silts (>70%). Les silts en suspension en surface proviennent majoritairement du lit sédimentaire près des côtes en Manche orientale et des frontières ouvertes du domaine de calcul à l'ouest de la presqu'île du Cotentin et au large en Manche centrale et orientale. Les variations des MES de surface sont ensuite étudiées aux échelles des cycles de marée semi-diurnes, vive-eau/morte-eau et autour d'un épisode de houles. Enfin, l'évolution de la concentration de sédiments dans la zone de forte turbidité autour de l'île de Wight peut être analysée suivant les conditions hydrodynamiques afin d'évaluer les rôles respectifs des processus locaux d'érosion/dépot et d'advection dans la génération de ces turbidités remarquables.

La prise de conscience grandissante de la contamination des cours d'eau a entraîné l'établissement de réglementations de plus en plus strictes concernant les rejets urbains et la fixation d'objectifs de qualité à atteindre pour les milieux aquatiques. Cependant, l'échantillonnage ponctuel reste une limite importante dans l'estimation des flux de contaminants, et le besoin de suivis en continu est présent dans le milieu naturel et dans les réseaux d'assainissement urbains. Cette étude porte sur la quantification de la part des rejets urbains de l'agglomération grenobloise dans les flux totaux de matières en suspension (MES), nutriments (azote, phosphore), carbone organique et éléments traces métalliques (ETM) du milieu récepteur Isère (une rivière alpine). Ce travail s'est appuyé sur un réseau de mesures en continu de débits (Q) et de MES (par turbidimétrie) à l'amont et à l'aval de l'agglomération et sur une sonde spectrométrique à l'amont, associé à des campagnes de prélèvements réguliers et renforcés pendant les épisodes de crues. Des campagnes de mesures détaillées sur les principaux sous bassins du réseau d'assainissement ont été réalisées durant la période d'étude dans le cadre du schéma directeur d'assainissement de l'agglomération grenobloise. Le croisement de ces deux approches a permis de confronter les variations spatio-temporelles des MES, nutriments, carbone organique et ETM du réseau et du milieu récepteur en 2011 et 2012. Les flux sur ces deux années ont été établis afin de déterminer la contribution des rejets urbains dans les flux du milieu récepteur. La contamination en mercure a fait l'objet d'un suivi particulier du fait de la présence d'une source significative de mercure dans la région. Enfin, une réflexion sur l'amélioration des calculs de flux par l'utilisation de relations entre les ETM/carbone organique particulaire (COP) et un paramètre mesurable en continu (MES, Q) a été menée en parallèle de l'exploitation de ces résultats. Mots-clés : Matières en suspension ; Dynamique des flux ; Nutriments ; Eléments traces métalliques ; Mercure ; Rejets urbains (par temps de pluie et temps sec), sondes de turbidité et spectrométrique. / The growing awareness of the contamination of rivers has led to the establishment of more rigorous regulations related to urban waste, and to the setting of water quality objectives to be achieved for aquatic environment. However, grab sampling remains an important limitation for the estimation of contaminant flux, and the need for constant monitoring is present in both natural environment and urban sanitation. This study focuses on the quantification of the proportion of urban waste in the Grenoble area to the total flux of 1) suspended solids (TSS), 2) nutrients (nitrogen and phosphorus), 3) organic carbon and 4) metals trace element (MTE) of the receiving environment; the Isère (an alpine river). This work was supported by a network of continuous discharge measurements (Q) and TSS (turbidimetry), both upstream and downstream of Grenoble associated with regular sampling campaigns, with a higher measurement frequency during flood events. A spectrometric probe upstream was also placed upstream. Detailed measurement campaigns on major sub-basins of the sewerage network were performed during the study period as part of the sanitation master plan of Grenoble. The combination of these two approaches allowes to relate the spatio-temporal variations of TSS, nutrients, organic carbon and MTE in the urban water network of Grenoble and in the receiving environment (the Isère) for the years 2011 and 2012. Flows of the traced parameters have been established to determine the contribution of urban waste flows in the receiving environment, over these two years. Finally, a study on how to improve the flow calculations by the use of relations between MTE / particulate organic carbon (POC ) and a continuous measurable parameter (MES, Q ) was conducted in parallel with these results. Key words: suspended solids, Nutrients, metals trace element; Mercury; urban waste; turbidimetry and spectrometric probe

Classiquement étudié par différentes disciplines scientifiques, le domaine de l'eau est au cœur des préoccupations environnementales contemporaines. En Europe, l'évaluation et le suivi de l'état écologique des "masses d'eau" sont désormais exigés par la législation communautaire, la directive cadre sur l'eau (DCE - 2000/60/CE) fixant des objectifs pour leur préservation ou leur restauration le cas échéant. Dans ce contexte, des expériences d'utilisation de l'imagerie satellitaire en appui au suivi écologique des eaux se sont succédées en Europe, notamment pour les masses d'eau côtières et pour les grands lacs. Malgré cela, la précision spatiale de l'imagerie utilisée pour ce type de suivi ne permet pas l'observation fine de secteurs littoraux très proches de la côte ou de lacs avec une surface réduite (par ex. inférieure à 5 km²). Pour ces espaces aquatiques particuliers, pourtant très nombreux, l'utilisation de la télédétection satellitaire est moins sollicitée. Cette recherche doctorale a été réalisée sur une zone littorale réunissant plusieurs de ces espaces aquatiques peu investigués par la télédétection satellitaire. Situé à la frontière orientale de l'Europe et à distance égale du pôle nord et de la ligne de l'équateur, le delta du Danube, en tant qu'espace naturel remarquable, bénéficie de différents statuts de protection (réserve de biosphère, site RAMSAR, patrimoine mondial naturel de l'UNESCO). Ceux-ci s'expliquent en grande partie par la forte diversité d'espaces aquatiques aussi bien sur la plaine deltaïque que sur la zone côtière adjacente (bras de fleuve, chenaux, lacs, baies, golfes, marais, îles-barrières). Ce continuum hétérogène, constituant l'hydrosystème du delta du Danube, et son prolongement en mer côtière, sont l'objet principal de ce doctorat. La notion d'échelle occupe une place centrale dans notre démarche d'analyse puisque l'on est à l'intersection de deux grands systèmes (le bassin versant du Danube et la mer Noire) dont les étendues sont de deux ordres de grandeurs plus vastes que celle du delta ; la dimension temporelle est aussi fondamentale dans la mesure où les processus de morphogénèse et de remaniement (naturels et anthropiques) se font fortement ressentir et se traduisent par une mobilité importante des formes de relief ainsi que des éléments de l'hydrographie deltaïque. Au delà des évolutions sur le moyen et long terme, la variabilité spatio-temporelle contemporaine des eaux au pas de temps intra-annuel (saisonnier et intra-saisonnier), jusque-là peu étudiée, a également été appréhendée dans cette thèse. Par son côté exploratoire, la mise en place d'une chaîne de traitements d'images satellitaires adaptée à l'étude des eaux deltaïques représente, en soi, l'objectif méthodologique principal de ce doctorat. Dans cette voie, différents lots d'images ont été mobilisés : en fonction des fluctuations du niveau d'eau du Danube, nous avons retenu la période 2006-2009, étudiée à travers un total de 85 images satellitaires, dont 52 à moyenne résolution spatiale (MERIS) et 33 à haute résolution spatiale (ALOS AVNIR-2, SPOT HRVIR, Landsat TM et ETM+) ; à ce premier lot s'ajoute une soixantaine de prises de vue "historiques" couvrant la période comprise entre 1972 et 2005 (capteurs de la série Landsat MSS, TM et ETM+), ainsi que, pour la période plus récente, cinq images Landsat TM de 2010 et 2011. Trois procédés distincts mais complémentaires ont été mis en œuvre pour traiter cet ensemble hétérogène d'images. L'analyse intégrée des résultats obtenus avec des données hydrologiques et météo-océanographiques nous a permis d'apporter des nouveaux éléments de compréhension sur le fonctionnement actuel et passé du delta du Danube. / The Danube River and its contributors cross nineteen European countries before reaching the West coast of the Black Sea. In the context of the Black Sea drainage basin, the Danube River is the most important source of liquid and solid discharges. The fluvial-marine contact zone is quite large because Danube splits up itself into multiple distributaries across a wide deltaic plain (4,142 km²) shared among Romania and Ukraine. Vast areas of compact reedbeds usually surround the three hundred freshwater lakes of the delta. Many of these shallow lakes are connected to channels or canals providing turbid water from the Danube, while others depend on flood events to be supplied by the turbid waters coming from the river. Important seasonal growth of floating and submerged macrophytes also occurs in the majority of the lakes. Thus, Danube Delta presents a complex hydrosystem which has been greatly modified since the first navigation works in the nineteenth century. Since the beginning of the nineties, the Danube Delta became a Biosphere Reserve (MAB-UNESCO), a RAMSAR site and was included on the list of the World Natural Heritage (UNESCO). Analyzing spatial patterns in complex environments, like Danube Delta and its coastal zone, requires non traditional approaches. Remote sensing multi-sensor techniques offer reliable advantages to observe and understand intricate processes operating on different space-time scales and especially in large areas with difficult and sometimes restricted access (e.g. Biosphere Reserve core areas). The main methodological objective of this thesis was to create a procedure for processing heterogeneous optical satellite images. By studying the Danube Delta area (hydrosystems principally) through different space-time scales, we worked with several types of high and moderate spatial resolution images. Based on Danube water levels, we analyzed 85 satellite images from the period 2006-2009 (52 medium resolution images - MERIS and 33 high resolution images - ALOS AVNIR-2, SPOT HVIR, Landsat TM / ETM+). This main satellite data set was completed with more than sixty "historical" images (1972-2005) acquired with the Landsat sensors (MSS, TM and ETM+). Three distinct, but complementary, approaches were used to process the satellite images. The integrated analysis of the satellite results with hydrological and meteo-oceanographical data series enabled us to bring new elements of explanation about the past and present dynamics of Danube Delta.