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Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (France) Centre de Lyon-Villeurbanne

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Works: 35 works in 35 publications in 2 languages and 49 library holdings
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Most widely held works by Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (France)
MNT et observations multi-locales du réseau de drainage d'un petit bassin versant rural dans une perspective d'aide à la modélisation spatialisée by Benoit Sarrazin( )

1 edition published in 2012 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Le fonctionnement hydrologique des petits bassins versants ruraux de quelques km² à régime intermittent est complexe car de nombreux processus affectent le cheminement des eaux de surface. Il en résulte une variabilité de la densité de drainage et de la dynamique de l'écoulement au sein du réseau hydrographique. Cette dynamique de fonctionnement est peu prise en considération du fait des difficultés d'ordres techniques et économiques pour suffisamment observer les mouvements de l'eau à la surface. Or, c'est une information essentielle pour décrire la connectivité hydrologique du bassin qui représente la distribution spatiale et temporelle des surfaces contributives à l'écoulement par leur connexion au réseau de drainage. De telles connaissances seraient utiles pour traiter la question de la séparation entre production et transfert effectuée dans les modèles hydrologiques, avec la perspective de proposer des simulations plus justes physiquement. L'objectif de la thèse est de proposer des approches spatiales pour mieux intégrer la dynamique de fonctionnement du réseau de drainage en lien étroit avec la réponse hydrologique du bassin. Le Mercier (7 km²) est le site expérimental situé en tête du bassin versant de l'Yzeron (142 km²) localisé à l'ouest de l'agglomération lyonnaise. Ce bassin sur socle cristallin est composé essentiellement de surfaces agricoles et de forêts. Son fonctionnement hydrologique est affecté par l'existence de zones humides contributives. Un réseau de routes et de fossés anthropiques s'ajoute aux talwegs naturels. Les méthodes développées relèvent de deux approches : (1) la microtopographie issue d'un MNT LiDAR (Light Detection and Ranging) permet d'identifier et décrire des extensions fonctionnelles du réseau de drainage d'une part au niveau des linéaires artificiels avec un apport minimal de données externes, et d'autre part au niveau des talwegs naturels en distinguant la présence ou l'absence d'un chenal de drainage, signe d'un potentiel d'écoulement concentré. (2) Un dispositif de 18 capteurs limnimétriques est mis en œuvre pour assurer un suivi permanent de la réponse hydrologique par emboitement de stations au sein du réseau hydrographique. Cette observation « multi-locale » permet de mesurer l'évolution de la densité de drainage, d'identifier localement la hiérarchie des facteurs qui affectent la réponse et de distinguer différentes dynamiques de transfert dans le réseau de drainage. Les résultats des approches par la microtopographie et par observations multi-locales aident à identifier des régions du bassin au comportement différent. Ils permettent notamment de mieux comprendre les interrelations entre occupation du sol et processus hydrologiques, voire géomorphologie et processus. Ces résultats valident donc l'intérêt du capteur LiDAR et celui d'un dispositif in situ souple et adaptable pour proposer un « pattern de drainage » réaliste en limitant le recours au terrain. Enfin, ce pattern décrivant la tendance d'organisation spatiale des écoulements, est paramétré dans une fonction de transfert géomorphologique calculée sur la base des cheminements fournis par un MNT. L'usage de cet outil constitue une ébauche mais conforte l'idée d'un couplage entre le pattern de drainage et la réponse du bassin versant dans des conditions d'intensité pluvieuse soutenue et d'humidité modérée pour expliquer la réponse rapide du bassin. L'ensemble des résultats justifie donc la mise en avant de la nature transitoire du réseau de drainage pour paramétrer des modèles spatialisés avec la perspective d'améliorer leurs capacités prédictives
Modélisation hydrologique de bassins versants périurbains et influence de l'occupation du sol et de la gestion des eaux pluviales : Application au bassin de l'Yzeron (130km2) by Mériem Labbas( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Growing urbanization and related anthropogenic processes have a high potential to influencehydrological process dynamics. Typical consequences are an increase of surface imperviousnessand modifications of water flow paths due to artificial channels and barriers (combined and separatedsystem, sewer overflow device, roads, ditches, etc.). Periurban catchments, at the edgeof large cities, are especially affected by fast anthropogenic modifications. They usually consistof a combination of natural areas, rural areas with dispersed settlements and urban areas mostlycovered by built zones and spots of natural surfaces. Spatialized hydrological modeling tools, simulatingthe entire hydrological cycle and able to take into account the important heterogeneityof periurban watersheds can be used to assess the impact of stormwater management practiceson their hydrology.We propose a new modeling tool for these issues : the hourly distributed J2000P model.This model simulates the hydrological processes in rural and urban areas and takes into accountthe sewerage networks, connections to these networks and overflows from sewer overflow devices(SOD). The application site is the Yzeron catchment (˜ 130 km2), located in the West of Lyon.The evaluation, conducted at the outlet of different sub-basins with different sizes and landuse, shows very encouraging results. The model tends to underestimate the discharge but thedynamics of the peaks and the SOD overflows are well simulated. The model is also used to testthe impact of changes in land use and/or stormwater management on the hydrological response.The results show that land use management has less impact on the hydrology of the catchmentthan stormwater management
Mesure acoustique des sédiments en suspension dans les rivières by Adrien Vergne( )

1 edition published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

With this PhD, we have tried to develop new measurement methods, based on acoustic backscattering, to estimate the mass concentration of suspended sediments in rivers. These sediments often show a bimodal grain-size distribution, i.e. composed of a mixture of fine and sand particles. The main advantage of hydroacoustic methods is their ability to provide measurements with a much better spatial and temporal resolution than conventional sampling techniques. The ultimate goal is to improve the sediment load estimation in rivers. Multifrequency acoustic measurements, combined with physical sampling, were carried out in the field and in an experimental laboratory tank. Acoustic inversion methods were tested and developed on a homogeneous suspension of fine sediments in the laboratory. A new method was implemented, combining the analysis of acoustic backscatter and attenuation, and led to retrieve the sediment mass concentration with a precision in the order of ± 20%. In rivers, a semi-empirical method combining calibration data and acoustic inversion at two frequencies has been developed, allowing, under certain conditions, to estimate the concentration of fine and sand sediments throughout the entire river cross-section. This result confirms the ability of hydroacoustic technology to provide spatial information on the suspension. Significant differences were frequently observed between the theoretical acoustic response, computed from concentration and particle size data, and the acoustic measurements in rivers. It seems that these differences could be due to the presence of other scatterers in rivers, probably flocs and/or air micro-bubbles. This work calls for the development of a more efficient theoretical framework suitable for river suspensions
Evaluation et développement de la méthode IRIP de cartographie du ruissellement. Application au contexte ferroviaire by Lilly-Rose Lagadec( )

1 edition published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Surface runoff is the source of severe hazards such as floods, erosion or mudflows. Railways can disturb natural surface water flow path, which can generate accelerated deterioration of the infrastructure, or the destruction of railway elements, such as the roadbed or the embankments. The IRIP method 'Indicator of Intense Pluvial Runoff' (French acronym) allows mapping surface runoff through three maps, generation, transfer and accumulation. The IRIP method aims to be simple and reliable, in order to be used on all types of lands, without calibration stage. As for others surface runoff models, the IRIP method evaluation faces the lack of data. However, evaluation is a crucial stage for the development of models. In the perspective of an operational use, or simply for the model development, it is essential to estimate the value and the reliability of the model outputs. The thesis objective is to provide an evaluation method using surface runoff impacts on railways. Difficulties lie in the fact that data to be compared differ in terms of form and content. Moreover, the infrastructure vulnerability must be characterized. The proposed evaluation method is based on the computation of contingency tables and of verification indicators, together with detailed analysis of specific impacts. After an estimation of the IRIP method performance, further developments can be tested and evaluated thanks to the proposed evaluation method. Finally, maps comprehensibility is enhanced, while preserving satisfying performance scores. By applying the IRIP method to operational contexts, it has been shown how the IRIP method can be used as a tool in expert appraisals. Different tasks of the risk management process have been studied such as risk analysis on railways, post-event investigation or the realisation of regulatory zonings. More generally, this thesis contributes to improve knowledge about surface runoff and provide methods for improving the risk management
Caractérisation des régimes de crues fréquentes en France - un regard géostatistique by Delphine Porcheron( )

1 edition published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Peu de travaux se sont attachés à estimer les statistiques relatives aux crues fréquentes en sites non jaugés. Celles-ci ont de fait été délaissées par la communauté hydrologique, plus encline à s'intéresser aux événements extrêmes (périodes de retour d'au moins 10 ans) utilisés dans la gestion du risque inondation. Cependant, le régime des hautes eaux ne se limite pas à ces seules caractéristiques. Une bonne connaissance des crues modérées est requise dans de nombreux domaines comme l'hydroécologie ou l'hydromorphologie. La fréquente occurrence de ces crues implique en effet un modelage régulier du lit. Elles concourent ainsi à conditionner les habitats écologiques au sein des hydrosystèmes d'eau douce.L'objectif de cette thèse consiste à caractériser le régime des crues fréquentes, i.e. de périodes de retour de 1 à 5 ans, en France métropolitaine. Pour cela, il est nécessaire de considérer les chroniques disponibles au plan national, et d'en extraire l'information hydrologique pertinente. La constitution d'un échantillon fiable permettant une analyse robuste représente à ce titre une étape importante. La sélection de stations s'appuie sur une analyse des valeurs extrêmes de débit, extraites des chroniques de débit à pas de temps variable (longueur de la série, stationnarité, comportement des distributions statistiques...), ainsi que sur les informations fournies par les gestionnaires des stations hydrométriques. La démarche adoptée consiste à décrire les évènements de crues modérées dans un souci d'exhaustivité, à la fois en termes de débits mais aussi de volumes, selon une analyse multi-durées décrite par les courbes QdF (débit-durée-fréquence), qui fournissent les quantiles de crue (pic et volumes). Le modèle QdF convergent exploité ici permet de réduire à 3 le nombre de paramètres descriptifs du régime des crues.Pour caractériser le régime des crues fréquentes sur l'ensemble du réseau hydrographique français, la démarche intègre la mise en œuvre de méthodes dites « de régionalisation ». Il s'agit de transférer l'information hydrologique disponible aux sites de mesures vers l'ensemble du réseau hydrographique français. Plusieurs approches ont été envisagées. Ainsi, des formulations empiriques établies sur des découpages régionaux ont été mises en œuvre. Fréquemment utilisée, cette technique nécessite de limiter le nombre de stations présentant des enregistrements disjoints afin d'éviter le risque de représenter une variabilité temporelle plutôt qu'un effet spatial. Le respect de cette contrainte entraîne une perte de 30% de stations hydrométriques de l'échantillon initial.C'est pour limiter cette perte d'information non négligeable que la méthode TREK (Time-REferenced data Kriging) a été développée. Cet algorithme de cartographie a été conçu afin de prendre en compte le support temporel des données disponibles en plus du support spatial. Les données disponibles participent plus ou moins aux estimations selon leur période d'observation propre. TREK permet ainsi d'atténuer la perte de données provoquée par le recours à une période de référence commune ou un seuil maximal de lacunes autorisées. Pour répondre aux objectifs de la thèse, les différentes méthodes d'estimation en sites non jaugés sont mises en œuvre et leur efficience est évaluée dans le cadre d'une validation croisée. Cette démarche de comparaison objective permet de sélectionner le modèle optimal pour caractériser le régime des crues fréquentes sur le réseau hydrographique français
Développement d'une modélisation du devenir de pesticides à l'échelle d'un versant au sein d'une plateforme hydrologique, prise en compte de la macroporosité by Karima Djabelkhir( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'objectif général de ma thèse est de développer une modélisation spatialisée à l'échelle d'un versant, afin de mieux rendre compte des principales voies de transfert des pesticides dans les terrains agricoles. Je cherche à adopter une approche simplifiée, mais qui permet néanmoins de représenter les discontinuités existantes (parcelles, fossés, talus ... etc). En effet, on souhaite pouvoir quantifier les mécanismes du transfert des pesticides en prenant en compte l'influence des éléments du paysage (parcelles, fossés, bandes enherbées ...etc) sur la partition des transferts d'eau et de pesticides en surface et en subsurface. On s'appuie pour ce développement sur les données acquises sur le bassin versant expérimental de la Morcille (69), qui servent à fournir des ordres de grandeur et un cadre pour tester la pertinence des développements effectués. Une synthèse bibliographique sur les processus en jeu et les modèles existants a conduit au choix de la plateforme de modélisation hydrologique CMF, développée à l'université de Giessen (Kraft, 2012). Cette dernière permet une modélisation orientée objet d'un système hydrologique (colonne de sol, versant, bassin versant ...etc) et propose une grande variété d'équations physiques pour la représentation des processus hydrologiques. Le travail est mené sur trois étapes, une première consiste à l'évaluation du comportement de la plateforme et la validation de sa réponse via la comparaison dans un premier temps via un modèle 1D suite à une comparaison avec Hydrus1D. Dans un second temps, nous avons mené des simulations en 2D en comparant avec le modèle Cathy en se basant sur les travaux de Sulis et al. (2010) et avec Hydrus2D (Simunek et al., 1999 & Simunek et al., 2001) sur un versant inspiré du versant expérimental de la Morcille. La deuxième étape consiste à la prise en compte des écoulements préférentiels dans certains types de sol structurés, nous paraît nécessaire pour une meilleure représentation des processus en jeu. La représentation du transfert préférentiel des produits phytosanitaires via les macropores vers la ressource en eau représente encore un défi pour la recherche. L'approche à double perméabilité (DP) choisie contient le développant d'une nouvelle fonction d'infiltration dans les macropores. Notre modèle DP contient également deux fonctions alternatives d'échange matrice-macropores ; la première est proportionnelle à la différence des teneurs en eau des deux compartiments du sol (Philip, 1968). La deuxième fonction d'échange est une onde diffusante basée sur l'approche présentée par van Genuchten (1993). La dernière partie de la thèse consiste en la modélisation des solutés suivant successivement les deux approches : simple porosité et double perméabilité, en considérant le transport des solutés par convection et une adsorption linéaire. La validation de notre approche de modélisation est menée en comparant avec les simulations d'Hydrus1D/2D
Design and evaluation of hydrological signatures for the diagnostic and improvement of a process-based distributed hydrological model by Ivan Horner( )

1 edition published in 2020 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The evaluation of hydrological models is typically based on comparisons of observed and sim-ulated streamflow time series using performance metrics such as the Nash-Sutcli˙e Eÿciency. Although it provides relevant measures of the predictive performance of a model, this type of approach provides very little information on the reasons behind good or bad performance. Instead, Gupta et al. (2008) proposed to use hydrological signatures which are indicators that characterize catchment behaviors. Because they can be related to hydrological processes, using them when comparing observation with simulation enable the evaluation of the model while o˙ering diagnostics, i.e. indications on the hydrological processes that are well or badly repre-sented in the model.In this PhD thesis, we focus on the interpretations and diagnostic power of hydrological signatures and how they can be used to guide the improvement of a distributed model. We present the building of a set of hydrological signatures, using only widely available data - pre-cipitation, streamflow and air temperature - to characterize the hydrological functioning of 4 Ardèche sub-catchments (South East of France) and 10 snow dominated catchments of the Southern Sierra mountains (California, USA). Already existing and new hydrological signatures are selected and/or designed. Collectively, they can characterize catchment behavior in a wide variety of hydro-climatic contexts. We demonstrate the value of additional snow measurements to evaluate the information content of snow dedicated hydrological signatures. In the context of the Ardèche catchment, we set up the J2000 distributed model and use a sensitivity analysis to understand how the hydrological signatures are linked to the model parameters. This provides insights into how they are to be interpreted in the context of the J2000 Ardèche model and allows the assessment of their diagnostic power. Finally, combining the results of the sensi-tivity analysis with comparisons between observed and simulated hydrological signatures, we undertake an in-depth diagnostic of the model to provide and test recommendations for its improvement. Deficiencies of the model functioning are identified, mainly related to soil and groundwater storage and fluxes, highlighting issues in the spatial representation of soil and geological properties
Descente d'échelle probabiliste pour analogues météorologiques. Etude de la cohérence spatiale by Sabine Radanovics( )

1 edition published in 2014 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Studying past and present day precipitation and its link to large scale circulation increases our understanding of precipitation characteristics and helps to anticipate their future behaviour. Downscaling techniques are being developed to bridge the gap between large-scale climate information from global reanalyses or GCM global projections and local meteorological information relevant for hydrology. The stepwise analogue downscaling method for hydrology (SANDHY) is extended to the whole mainland of France by optimising the geopotential predictor domains for 608 zones covering France using a multiple growing rectangular domain algorithm that allows to take equifinality into account. A high diversity of predictor domains has been found. To increase the spatial coherence three ways are explored to reduce the parameter space: assessing the skill for predictor domains found for other zones, form groups of zones using cluster algorithms and using a less skewed predictand variable during optimisation. Using information from neighbouring zones allows to counterbalance in part limitations of the optimisation algorithm. A feature based spatial verification method (SAL) is adapted for probabilistic precipitation simulation as provided by SANDHY. Skill scores derived from the probabilistic SAL are used to assess different strategies for spatially coherent precipitation downscaling at catchment scale. Locally optimised predictor domains lead to a better localisation of precipitation in the catchment and higher local skill while uniform predictor domains for the whole catchment lead to a more realistic spatial structure of the simulated precipitation. Streamflow simulations for the Durance catchment (Southern Alps) are most sensitive to the realistic localisation of precipitation which highlights the interest of locally optimising predictor domains.STAR
Amélioration des méthodes de prédétermination des débits de référence d'étiage en sites peu ou pas jaugés by Clotaire Catalogne( )

1 edition published in 2012 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Estimating water availability along the river network is a pre-requirement for water management purposes before defining water allocation at catchment scale. In France, rules for water allocation is partly based on QMNA5, the annual minimum monthly flow with a return period of 5 years ; QMNA5 is derived from time series with extended records of natural or naturalized discharges at gauged sites. In most cases, data is not warranted. Three contexts can be identified: (i) gauged site with short records, (ii) site with spot gauging data and (iii) no data available.This thesis aims at developing a general framework for estimating QMNA5 by using all the hydrological data available in the neighbouring of the location of interest (including short discharge records and spot gauging data). Different methods and strategies were adapted to data availability and tested on a large dataset. Their efficiency and sensitivity to the data collection strategy, the definition of neighbouring,... were assessed by cross validation and uncertainties were provided through a confidence interval. Lastly the most efficient methods for deriving QMNA5 are used to draw a national map with estimates along the main river network.In conclusion, one of most significant result can be illustrated by comparing the efficiency of the estimates according to the quantity of information available on the target location. Results show that a significant gain in accuracy in the estimated QMNA5 values, even when using only a few sporadic measurements to supplement regional information. The improvement depends on the amount of available data and the use of short record is logically more advantageous than the valuation of spot gauging data. Nevertheless, spot gauging data may offer obvious advantages in terms of monitoring at locations where embedment of a permanent gauging station is uneasy. Therefore using spot gauging data can be seen as a possible cost-effective trade-off to supply a reliable enough estimation for particular location of interest
Stochastic simulation of near-surface atmospheric forcings for distributed hydrology by Sheng Chen( )

1 edition published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This PhD work proposes new concepts and tools for stochastic weather simulation activities targeting the specific needs of hydrology. We used, as a demonstration, a climatically contrasted area in the South-East of France, Cévennes-Vivarais, which is highly attractive to hydrological hazards and climate change.Our perspective is that physical features (soil moisture, discharge) relevant to everyday concerns (water resources assessment and/or hydrological hazard) are directly linked to the atmospheric variability at the basins scale, meaning firstly that relevant time and space scales ranges must be respected in the rainfall simulation technique. Since hydrological purposes are the target, other near-surface variates must be also considered. They may exhibit a less striking variability, but it does exist. To build the multi-variable modeling, co-variability with rainfall is first considered.The first step of the PhD work is dedicated to take into account the heterogeneity of the precipitation within the rainfall simulator SAMPO [Leblois and Creutin, 2013]. We cluster time steps into rainfall types organized in time. Two approaches are tested for simulation: a semi-Markov simulation and a resampling of the historical rainfall types sequence. Thanks to clustering, all kind of rainfall is served by some specific rainfall type. In a larger area, where the assumption of climatic homogeneity is not considered valid, a coordination must be introduced between the rainfall type sequences over delineated sub-areas, forming rainy patterns at the larger scale.We first investigated a coordination of Markov models, enforcing observed lengths-of-stay by a greedy algorithm. This approach respects long duration aggregates and inter-annual variability, but the high values of rainfall are too low. As contrast, the joint resampling of historically observed sequences is easier to implement and gives a satisfactory behavior for short term variability. However it lacks inter-annual variability.Both approaches suffer from the strict delineation of homogeneous zones and homogeneous rainfall types.For these reasons, a completely different approach is also considered, where the areal rainfall totals are jointly modeled using a spatio-temporal copula approach, then disaggregated to the user grid using a non-deterministic, geostatistically-based conditional simulation technique. In the copula approach, the well-known problem of rainfall having atom at zero is handled in replacing historical rainfall by an appropriated atmospheric based rainfall index having a continuous distribution. Simulated values of this index can be turned to rainfall by quantile-quantile mapping.Finally, the copula technique is used to link other meteorological variables (i.e. temperature, solar radiation, humidity, wind speed) to rainfall. Since the multivariate simulation aims to be driven by the rainfall simulation, the copula needs to be run in conditional mode. The achieved toolbox has already been used in scientific explorations, it is now available for testing in real-size application. As a data-driven approach, it is also adaptable to other climatic conditions. The presence of atmospheric precursors a large scale values in some key steps may enable the simulation tools to be converted into a climate simulation disaggregation
Construction et évaluation d'un modèle de transport de contaminants réactif couplé surface-subsurface à l'échelle du versant by Laura Gatel( )

1 edition published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'utilisation de pesticides sur les surfaces agricoles conduit à une contamination généralisée des eaux de surface et de subsurface en France. Dans l'attente d'une évolution profonde des pratiques agricoles et d'une baisse durable de l'utilisation des pesticides, il est intéressant de chercher à limiter des transferts des zones agricoles aux zones aquatiques. Pour mieux agir sur les voies de transfert, il est nécessaire d'approfondir les connaissances des processus en jeu et de leurs interactions éventuelles et de tirer au mieux partie des observations du terrain.L'objectif de cette thèse est l'intégration de processus de transferts réactif dans le modèle hydrologique à base physique CATHY (CATchment HYdrology), capable de simuler en 3 dimensions les écoulements de l'eau de façon couplée surface-subsurface et le transport advectif dans des situations variablement saturées. En subsurface, les processus d'adsorption linéaire et de dégradation du premier ordre sont implémentés. Un module de mélange des solutés entre la lame ruisselante et la première couche de sol est ajouté, qui permet de simuler la remobilisation des solutés de la subsurface dans le ruissellement. Le couplage surface-subsurface des écoulement est très efficace dans ce modèle, et le couplage du transport de soluté adoptant la même stratégie a été amélioré pour mieux respecter la conservation de la masse.Le modèle est en premier lieu testé sur des données issues d'expérimentations de transfert de subsurface sur une maquette de laboratoire à petite échelle (2 m de long, o.5 m de large, 1 m de profondeur). Les résultats sont confrontés aux chroniques de flux massiques observées et une analyse de sensibilité de type Morris est menée. Le modèle est capable de reproduire de façon satisfaisante les observations, et très satisfaisante après une légère calibration. Les conductivités à saturation horizontale et verticale, la porosité et le paramètre n de la courbe de rétention influencent de façon non négligeable les résultats hydrodynamiques et de transfert de soluté. Dans un second temps, le modèle est évalué sur les données issus d'un versant viticole réel (0.6 ha) dans un contexte orageux avec de fortes interactions surface-subsurface. Une analyse de sensibilité globale est menée, et met en valeur les mêmes paramètres que la méthode de Morris. Les interactions entre les paramètres influencent fortement la variabilité des sorties hydrodynamiques et de transfert. La conservation de la masse est très correctement assurée malgré la complexité de la simulation.Le modèle auquel on aboutit correspond bien aux objectifs de départ, sa validation est solide, même si elle n'est rigoureusement valable que dans les contextes précis où elle a été réalisée. On a montré que le modèle était robuste et capable de reproduire des données observées. D'autres processus manquent encore pour représenter toutes les voies de transfert à l'échelle du versant, notamment la représentation du transfert préférentiel en subsurface et du transport sédimentaire en surface
Reconstruction hydrométéorologique des étiages historiques en France entre 1871 et 2012 by Laurie Caillouet( )

1 edition published in 2016 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les étiages extrêmes entraînent souvent des conséquences importantes sur de multiples secteurs socio-économiques. Les récentes études liées au changement climatique semblent indiquer que ces événements risquent de devenir plus sévères et plus fréquents au cours des prochaines décennies. Malheureusement, le peu de données hydrométéorologiques disponibles avant les années 1970 ne permet pas de remettre dans un contexte historique les derniers événements observés ni ceux projetés par les études d'impact. Ces travaux de thèse s'attachent ainsi à améliorer l'état des connaissances sur les étiages extrêmes historiques ayant touché le territoire français depuis la fin du XIXe siècle grâce à une reconstruction hydrométéorologique. Ils proposent aussi un nouveau cadre méthodologique pour l'étude de ces extrêmes.Des informations sur la situation synoptique atmosphérique depuis la fin du XIXe siècle ont récemment été mises à disposition de la communauté via des réanalyses globales étendues comme la Twentieth Century Reanalysis (20CR). Ces travaux introduisent la méthode SCOPE qui permet de reconstruire la météorologie locale sur l'ensemble de la France à partir de la réanalyse 20CR. Elle produit un ensemble de 25 chroniques météorologiques spatialement homogènes de précipitations, température et évapotranspiration sur la période 1871-2012 et sur une grille de 64 km² recouvrant la France. Ces séries constituent le jeu de données SCOPE Climate, qui est ensuite utilisé comme forçage d'un modèle hydrologique sur un large échantillon de plus de 600 bassins versants français faiblement anthropisés. Un ensemble de 25 reconstructions de débits journaliers, appelé SCOPE Hydro, est ainsi produit entre 1871 et 2012. SCOPE Climate et SCOPE Hydro ont tous deux montré de bonnes performances en comparaison de données indépendantes de leur construction.Des événements spatio-temporels d'étiage extrême sont finalement identifiés et caractérisés à partir des chroniques de débit de SCOPE Hydro. Ces événements sont tout d'abord définis localement comme une période où le débit se trouve en-dessous d'un seuil mixte, combinaison d'un seuil fixe et d'un seuil variable avec la saison. Un regroupement spatial des événements locaux au sein du même événement spatio-temporel d'étiage extrême est effectué à l'échelle de la France, suivant une méthode spécialement mise au point dans le cadre de ces travaux. A l'issue de ces étapes, un événement peut être étudié localement ou à l'échelle nationale, grâce à des caractéristiques d'étendue, de durée ou de sévérité. Cette méthodologie permet d'identifier des événements exceptionnels d'étiage extrême anciens et peu connus (1878, 1893, 1942-1949), ou relativement récents mais peu documentés (1972, 1978, 1985), en plus de ceux connus (1921, 1976, 1989-1990, 2011). L'étude de l'évolution de ces événements sur 140 ans montre une plus grande proportion du territoire français touchée par des étiages extrêmes après les années 1940. Une comparaison des événements reconstruits à des sources documentaires faisant mention des sécheresses passées montre une bonne cohérence entre reconstructions et réalité.Ce travail de thèse contribue aux questions scientifiques d'actualité, notamment dans le cadre de la variabilité climatique et du changement climatique d'origine anthropique et de leurs conséquences hydrologiques. Ces travaux proposent deux méthodes innovantes sur la descente d'échelle statistique multivariée et l'identification spatio-temporelle des événements d'étiage extrême. Ils ont par ailleurs produit deux jeux de données hydroclimatiques ensemblistes de référence utilisables pour tout type d'étude climatique et hydrologique requérant une profondeur historique importante
Vers une réanalyse hydrométéorologique à l'échelle de la France sur les 150 dernières années par assimilation de données dans des reconstructions ensemblistes by Alexandre Devers( )

1 edition published in 2019 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Le climat et l'hydrologie sont deux éléments qui impactent fortement nos sociétés, et l'adaptation au changement climatique en cours passe par une meilleure connaissance de l'évolution passée de l'hydrométéorologie à haute résolution. En France, la faible densité d'observations météorologiques et hydrométriques avant les années 1970 ne permet pas d'avoir une vision de leurs évolutions sur le long-terme. Pour pallier cette lacune, différentes chaînes de modélisation ont récemment permis de créer des reconstructions hydrométéorologiques indépendantes des observations historiques disponibles sur la France. La thèse proposée vise à combiner ces deux sources d'information - observations et reconstructions - et leurs incertitudes respectives grâce à des méthodes d'assimilation de données, et cela afin de mieux appréhender l'évolution du climat et de l'hydrologie sur la totalité du XXe siècle en France.Cette thèse s'appuie sur les reconstructions climatiques ensemblistes SCOPE Climate, produits d'une descente d'échelle par analogie de la réanalyse globale 20CR, et couvrant la période 1871-2012. Ces reconstructions sont utilisées comme ébauche pour assimiler des observations de précipitations et de température, qui sont discontinues en temps et en espace sur la période. La méthode d'assimilation utilisée est un filtre de Kalman d'ensemble offline, permettant de tirer parti des différentes sources d'information sans avoir recours à un modèle numérique, ce qui limite le coût d'application. L'assimilation est réalisée aux pas de temps journalier et annuel pour capturer à la fois la variabilité d'un jour sur l'autre - et notamment les extrêmes - et les variations multi-décennales. L'application de la méthode sur la période 1871-2012 a permis d'obtenir FYRE Climate (French hYdrometeorological Reanalysis Climate), une réanalyse météorologique journalière composée de 25 membres sur une grille de 8 km couvrant l'ensemble de la France.Cette nouvelle réanalyse climatique est ensuite utilisée en entrée d'un modèle hydrologique conceptuel pour reconstruire des chroniques hydrologiques ensemblistes depuis 1871 sur 661 bassins versants faiblement anthropisés. Ces reconstructions prennent notament en compte les incertitudes sur les forçages climatiques et les débits observées lors de la calibration du modèle mais également l'incertitude modèle, à l'aide d'une méthode de post-traitement. Les quelques observations de débit disponibles sur le XXe siècle ont également été assimilées dans ces reconstructions, à l'aide d'un filtre de Kalman d'ensemble déterministe offline. Cette démarche a permis de créer la réanalyse hydrologique journalière FYRE Hydro, composée également de 25 membres et disponible sur ces 661 bassins versants.L'application de filtres de Kalman d'ensemble à l'échelle locale, au pas de temps journalier et sur des variables non-gaussiennes - telles que les précipitations et les débits - est particulièrement innovante dans le cadre d'une réanalyse hydroclimatique long-terme. Elle a nécessité de mettre en place des méthodes d'anamorphose, de localisation anisotrope, et de définir de façon pertinente les erreurs sur les observations, sur les ébauches climatiques et hydrologiques, mais aussi celles liées à la modélisation hydrologique. Au-delà de la réduction d'incertitude induite par l'intégration d'informations supplémentaires, les cycles multi-décennaux sont bien reproduits dans les réanalyses FYRE Climate et FYRE Hydro. Ces deux réanalyses permettent également d'analyser des événements extrêmes locaux sur l'ensemble du XXe siècle, car elles intègrent de l'information à l'échelle locale à travers les observations météorologiques et hydrométriques. Ainsi, cette thèse a permis de créer plusieurs jeux de données ensemblistes - les réanalyses FYRE Climate et FYRE Hydro, mais aussi des reconstructions hydrologiques de variables additionnelles comme le contenu en eau de la neige - qui sont adaptées à l'étude des variations du climat et de
Non-unique stage-discharge relations : Bayesian analysis of complex rating curves and their uncertainties by Valentin Mansanarez( )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les courbes de tarage complexes, qui prennent en entrée la hauteur d'eau et des variables supplémentaires, sont nécessaires pour établir les chroniques de débit des cours d'eau là où la relation hauteur-débit n'est pas univoque. Dans le même cadre bayésien, des méthodes à base hydraulique sont proposées et testées pour construire les courbes de tarage complexes et estimer leurs incertitudes : des modèles hauteur-gradient-débit (SGD) pour résoudre l'hystérésis due aux écoulements transitoires, des modèles hauteur-dénivelée-pente (SFD) pour résoudre le remous variable aux stations à double échelle, le modèle hauteur-période-débit (SPD) pour résoudre les détarages nets dus aux évolutions du lit. Chaque modèle a été appliqué à des stations hydrométriques variées et évalué grâce à des analyses de sensibilité. Pour chacune des trois sources de non-univocité de la relation hauteur-débit, les méthodes bayésiennes proposées fournissent non seulement une analyse d'incertitude quantitative mais aussi des solutions efficaces à des problèmes récurrents que posent les procédures traditionnelles pour les courbes de tarage complexes
Modélisation toxico-cinétique de la bioaccumulation de composés organiques persistants par des invertébrés benthiques d'eau douce by Aude Ratier( )

1 edition published in 2019 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

The presence of chemicals in the aquatic environment raises the question of their toxicity to organisms. In environmental risk assessment, the effects of a contamination on organisms are evaluated in two steps. Firstly, the toxicokinetics (TK) of the compound of interest are studied, that is to establish the link between the exposure concentration and the bioaccumulated concentration by the organism. Secondly, a toxicodynamic (TD) study is carried out to establish the link between the concentration of the contaminant bioaccumulated in the body and its toxicity. Bioaccumulation is a variable phenomenon, which depends on the physico-chemical properties of chemicals, the species considered and the environmental conditions. Mathematical tools, such as TK models, have been developed to explain this variability and seem to overcome this difficulty. Nevertheless, implementing such models entailed to unlock several limitations, such as estimating biotransformation rates and metabolites' fate. Another current limitation of TK models lies in the assessment of uncertainty related to TK parameters. This thesis has developed a generic model and inference framework for describing and simulating the bioaccumulation of persistent chemicals (hexachlorobiphenyl, hexabromocyclododecane, pentabromodiphenyl-ether, pyrene) by various freshwater benthic invertebrate species (an insect, Chironomus riparius, an amphipod, Gammarus fossarum, and a gastropod mollusk, Radix auricularia). This thesis was based on a series of laboratory experiments, which provided bioaccumulation data suitable for model calibration, as well as for testing various hypotheses on exposure pathways. Model TK parameters are estimated through Bayesian inference, which simultaneously estimates all the parameters from all the available data, in order to obtain precisely the uncertainty around their value and the predictions of the model. Each hypothesis tested on the basis of experimental data corresponds to a model, allowing then to compare the performance. These models provided an accurate estimate of the model parameters and their uncertainty. Overall, these models fit well the experimental data, except for HBCD. A biotransformation function was also successfully implemented on the basis of data from the literature (phytopharmaceuticals, drugs, PAH). In that case, Bayesian inference applied to the generic model yielded reduced uncertainty around the biotransformation rate compared to the original models which used classical inference. This generic modelling and inference framework can be adapted to various species-contaminant pairs, and appears as an effective tool for describing contaminant kinetics, as well as for assessing the uncertainty related to model parameter estimation, or for predictions
Approches protéomiques pour le développement de biomarqueurs chez l'amphipode d'eau douce Gammarus fossarum : découverte et caractérisation de protéines impliquées dans la fonction reproductrice by Judith Trapp( )

1 edition published in 2014 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Parmi les outils existants pour l'évaluation de la qualité des milieux aquatiques, les biomarqueurs permettent de détecter précocement l'exposition et/ou les effets d'une contamination. Toutefois, en raison du manque de connaissance fondamentale de leur régulation au niveau moléculaire, peu de biomarqueurs ont été spécifiquement développés chez les invertébrés, alors que ces derniers représentent 95% de la biodiversité animale. Grâce aux récentes avancées technologiques dans le domaine du séquençage de l'information génétique et protéique, la découverte de nouvelles protéines chez ces organismes est à présent possible. Centré sur l'utilisation d'une espèce d'intérêt en écotoxicologique, l'amphipode d'eau douce Gammarus fossarum, et sur la problématique de la perturbation endocrine, ce travail doctoral a pour objectif de découvrir de nouvelles protéines impliquées dans la reproduction du gammare et de proposer des biomarqueurs spécifiques de reprotoxicité. Par une première approche protéogénomique, un important catalogue de protéines a été généré. Puis, afin d'identifier de nouvelles protéines impliquées dans la reproduction, une comparaison entre les protéomes des tissus reproducteurs mâle et femelle a été réalisée, suivi de l'étude de la dynamique du protéome au cours de différents processus physiologiques : ovogénèse, embryogénèse et spermatogénèse. Enfin, une dernière expérience sur des organismes mâles exposés à différents perturbateurs endocriniens a permis d'identifier différents candidats biomarqueurs de reprotoxicité. Cette étude ouvre la voie à des développements rapides de biomarqueurs spécifiques d'une espèce animale d'intérêt en écotoxicologie
Développement de la mesure de la vitellogénine chez les invertébrés & utilisation de marqueurs de la perturbation endocrinienne chez le crustacé amphipode gammarus fossarum by Guilaume Jubeaux( )

1 edition published in 2012 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Parmi les substances polluantes, les perturbateurs endocriniens (PE) sont au coeur des préoccupations scientifiques en raison du risque de ces composés pour l'environnement, et en particulier les écosystèmes aquatiques. L'étude de la disponibilité et de l'impact des PE sur les vertébrés aquatiques, en particulier les poissons, a fait l'objet de nombreux projets et publications. Ces travaux ont conduit au développement d'outils de diagnostic pouvant être utilisés in situ, comme par exemple l'induction de la vitellogénine (Vg) chez les mâles, l'inhibition de la croissance ovarienne et testiculaire, le retard dans la maturité sexuelle, la présence d'individus intersexués et les concentrations anormales en hormones stéroïdiennes. En revanche, peu d'attention a été portée aux invertébrés qui représentent pourtant plus de 95 % des espèces animales et jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement et la santé des écosystèmes aquatiques. Par conséquent, il en résulte un manque d'outils spécifiques de la perturbation endocrinienne chez ces espèces. Dans ce contexte, le travail proposé se focalise tout d'abord sur l'intérêt et la pertinence de la spectrométrie de masse (LC-MS/MS) pour développer ou transférer entre espèces une méthode de mesure de la Vg chez les invertébrés, incluant les crustacés, les mollusques et les insectes. Ensuite, ce travail s'est intéressé à un crustacé amphipode modèle (Gammarus fossarum) et avait pour objectifs (1) de développer le biomarqueur Vg, via la validation de son rôle fonctionnel dans la reproduction (vitellogenèse, embryogenèse et différences inter-sexe), de sa sensibilité à des composés modèles et jusqu'à son utilisation dans le cadre d'études de terrain à l'aide d'organismes encagés et (2) de développer l'utilisation d'une approche chez la femelle permettant de caractériser le potentiel PE de composés et des systèmes aquatiques, à partir de l'étude de marqueurs individuels
Apport de la télémétrie acoustique pour la compréhension de l'utilisation dynamique des habitats par les poissons dans un grand fleuve aménagé, le Rhône by Julien Bergé( )

1 edition published in 2012 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

In this thesis, we studied the behavioral responses of fish to contrasting variations of theenvironment (flow, temperature and photoperiod) in order to understand (1) how fish react tothese changes and (2) if they have developed behavioral strategies in response to thesevariations.The behavioral data set used in this thesis comes from a continuous telemetry monitoringrealized during 89 days and recording positions of 61 fish of which 23 of barbel, 19 chub and 11catfish. The study site is an area of 2 km of the Rhone River subject to hydropeaking and locatedfront of the Bugey nuclear power plant that generates water heated on the right bank. The studysite is the subject of a 2D hydrodynamic modeling to know, at any point of the site and for allflow values, the local abiotic conditions.In order to know the quality of positions acquired during telemetric monitoring and how theperformance of the telemetry system is likely to vary during the monitoring of fish movements,the accuracy of this system has been previously studied in this thesis. To the best of possiblecombinations of intrinsic variables, the probability of detection varies from 0 to 80%, and theaverage error is 3-5 m in the channel and <10 m in banks. The geometrical configuration of thehydrophones located around the acoustic transmitter adjusts the probability of detection, whilethe setting of processing acoustic signals parameters adjusts the positioning error.The position data coupled with the hydrodynamic model were used to determine the habitatpreferences of fish, their spatial distribution and their movement, in response to changes in theenvironment (phases of photoperiod, water temperature and flow value). Habitat preferences ofthe three species are referred to depths <1.4 m, velocities <0.4 m.s-1 and coarse substrate (ratherrock and stone). The main difference is observed with the water temperature: cyprinids prefertemperatures <22 ° C, while catfish prefer temperatures> 23 ° C. These habitat preferences varymainly with the flow since the three species prefer during high flow (> 630 m3.s-1) habitats thatare hydraulically less stringent (lower speeds and depths and a coarser substrate). Photoperiodprimarily affects the movement of fish (barbel are crepuscular, the chub are diurnal and catfishare nocturnal) while the flow and temperature affect the spatial distribution of species. Cyprinidsuse very little the heated zone (<10% of the time) while catfish spend ~ 55% of their time in thisarea. During hours of high flow, the fish mostly use the banks and rarely exploit the channel.Finally, environmental variables acting in combination on fish behavior, such as cyprinids thatbenefit low flows during their phases of activity to exploit temporary habitats became available.Bugey fish have therefore implemented behavioral strategies based primarily on extensive useof shoreline areas that allow them to conduct most of their vital functions. The different speciesshow high fidelity to a few key habitats they use frequently throughout the day, but they canleave during certain combinations of environmental variations
The hyporeic zone as a primary source of invertebrate community resilience in intermittent alluvial rivers : evidence from field and mesocosm experiments by Ross Vander Vorste( )

1 edition published in 2015 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Un paradigme émergent prédit que les perturbations influencent les processus qui déterminent l'organisation des communautés. L'assèchement des rivières (disparition complète d'eau de surface pour une durée déterminée) est une perturbation naturelle affectant les cours d'eau dans de nombreuses régions du monde. De plus en plus de cours d'eau pérenne s'assèchent en réponse aux changements globaux. Toutefois, l'effet de ces assèchements sur les communautés aquatiques et les processus impliqués dans leur résilience restent mal quantifié et mal compris. A travers quatre études allant de suivis de terrain à des expérimentations in-situ et des mésocosmes en laboratoire, une résilience exceptionnelle des communautés d'invertébrés a été mesurée dans huit rivières alluviales. La zone hyporhéique semble être la principale source de recolonisation expliquant la forte résilience de ces communautés. En laboratoire, l'augmentation de la température et de la compétition intra-spécifique entraine une migration de Gammarus pulex dans la zone hyporhéique. L'augmentation de la profondeur de la zone hyporhéique lors d'assèchements pourrait réduire la résilience et avoir des effets sur les fonctions de l'écosystème (décomposition de litière). Ces résultats montrent que les assèchements n'ont pas toujours des effets sévères sur les communautés d'invertébrés des rivières alluviales qui semblent même très résilientes. La zone hyporhéique joue un rôle primordial dans la résilience des communautés des cours d'eau. Un accent devrait être mis sur la protection de la zone hyporhéique dans les rivières alluviales afin de préserver cette capacité de résilience face aux changements globaux
Modélisation et changements d'échelles pour l'évaluation écotoxicologique : application à deux macroinvertébrés aquatiques, Gammarus fossarum (crustacé amphipode) et potamopyrgus antipodarum (mollusque gastéropode) by Romain Coulaud( )

1 edition published in 2012 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

The regulatory framework lead to increase the assessments of the ecological risk linked to the dischaarge of chemical substances in aquatic environment with the aim to protect natural populations. However, this target level of protection cannot be used so easily to etablish a direcet link between a contamination and its effects. In order to overcome this difficulty, the multi-scale approaches based on the study of the effects of the contaminations on individual markers and then on the extrapolation of these effects at the population level with population dynamic models reprensent promising tools and start to bewell accepted in predictive processes. Yet, their use for the diagnosis of water quality remainsrare for the moment, on the one hand, because of the important varaibility of answers of individual makers in situ linked to the influence of diverse confounding environmental factors for the assessments of toxicity and, on the other hand, because pf the lack of environmental relevance of models currently proposed. Focused on the use of 2 species widely observed in European rivers and presenting contrastingecological and phylogenetic characteristics : the Grammar fossarum crutacean and the Potamopyrgus antipodarum mollusc, this doctoral degree first propose a methodology to consider the influenceof confounding factors in order to improve the reading of biological in situ tests based on the measurment of individual markers on caged organisms and second, to develop ecologically relevant population models. Thus, this work allowed to underline the importance of the consideration of confounding factors (i.e. temperature), in different in situ tests based on the measurment of individul markers on caged organisms. Moreover, population models for both species have been defined in order to test the influence of life histories and seasonal variations on demographic sensitivity of populations
 
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France. Ministère de l'agriculture, de l'alimentation, de la pêche, de la ruralité et de l'aménagement du territoire (2010-....). Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture. Centre de Lyon-Villeurbanne

France. Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche (2007-....). Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture. Centre de Lyon-Villeurbanne

IRSTEA. Centre de Lyon-Villeurbanne

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