Contribution à la modélisation du transfert des nitrates au travers de la zone non saturée à l’échelle régionale: application au bassin de la Seine.

Titre
Publication TypeThesis
Year of Publication2011
AuthorsPhilippe, E
UniversityUniversité Pierre et Marie Curie - Paris VI
Thesis Typemasters
Mots-cléscontamination azotée, évaluation numérique, modèle à bases physiques, modèle conceptuel, nitrates, zone non saturée
Abstract
Les transferts et exports de sédiments dans les rivières ont un rôle essentiel dans l’établissement des cycles biogéochimiques continentaux. Par ailleurs, ils reflètent la dynamique de fonctionnement des versants et des paysages au sein des bassins hydrographiques. Pourtant, la description et la quantification de ces exports sont souvent basées sur des approches reposant principalement sur l’analyse statistique de l’hydrologie des rivières et éventuellement sur des caractéristiques physiographiques et climatiques globales des bassins. Dans ce contexte, cette étude vise à mieux comprendre le rôle de la variabilité spatiale des versants, et des processus qui en découlent, dans la dynamique des exports sédimentaires.
La première étape a été de construire une base de données combinant les caractéristiques spatiales des versants, les débits journaliers et des données de concentration en MES (matières en suspension) issues du réseau national de
suivi de qualité des eaux en France. Ces données se caractérisent par une faible résolution temporelle (mesures
mensuelles) mais s’étendent sur une longue période d’échantillonnage. Dans ce contexte, les méthodes classiques de calculs de flux se basent sur une relation simple entre débits (Q) et concentration (C), qui ne s’avère pas suffisante pour décrire la dynamique sédimentaire.Une équation est élaborée et validée (IRCA, Improved Rating Curve
Approach), qu i utilise une description du stock des sédiments et une subdivision des données en fonction du sens de
variation des débits. Cette méthode estime les flux moyens annuels en sédiments à partir de ce type de données.
Un bilan des exports de sédiments des fleuves Français en découle et met en évidence la forte disparité de fonctionne
ment des bassins versants, en lien avec leur hétérogénéité spatiale et les processus qu’elle engendre. La seconde étape vise à mieux comprendre le lien entre les processus des versants et la variabilité des exports de sédiments. Pour
cela une étude est axée sur les relations entre l’érosion à l’échelle locale et les exports dans la rivière. Cela a conduit à une analyse des processus d’érosion et de connectivité, montrant que les deux processus doivent être considérés pour expliquer les exports. Afin d’explorer ces résultats et remonter à l’origine des exports, une approche de modélisation semi-distribuée est développée pour décrire la variabilité spatiale des versants et faire le lien entre différents niveaux de résolution. Elle s’appuie sur une description du lien entre l’érosion locale sur les versants et les exports de sédiments à
l’exutoire des bassins versants, en définissant des indicateurs de la connectivité des zones de production à la rivière.
Cette étude apporte alors des indicateurs de plusieurs connectivités, d’une part celle des eaux de surfaces des versants aux rivières (connectivité hydrologique), d’autre part celle des sédiments (connectivité sédimentaire). La combinaison des indicateurs et la description de la distribution spatiale permettent de mieux décrire et comprendre les processus à l’origine des exports de sédiments dans les rivières.