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Titre : Relations concentration-débit et mesures de haute-fréquence
Les membres du jury sont :
M. Markus HRACHOWITZ, Professeur, Delft University of Technology, Delft, Pays-Bas, rapporteur
Mme Florentina MOATAR, Directrice de recherche IRSTEA, Lyon, rapporteur
Mme Chantal GASCUEL, Directrice de recherche INRA, Rennes, examinatrice
M. Jérôme GAILLARDET, Professeur, Institut physique du globe de Paris, examinateur
M. Ludovic OUDIN, Maître de conférences, SU, METIS UMR7619, examinateur
M. Vazken ANDRÉASSIAN, Directeur de recherche IRSTEA, Unité de recherche HYCAR, Antony, directeur de thèse
M. Jean-Marie MOUCHEL, Professeur des universités, SU, METIS UMR7619, directeur de thèse
Mme Gaëlle TALLEC, Ingénieur de recherche IRSTEA, Antony, co-directrice de thèse
Résumé : Les progrès technologiques récents permettent de mesurer à haute-fréquence les concentrations en ions dissous des eaux de rivières, sur de longues périodes. Ces nouvelles données, bien adaptées aux variations temporelles des débits, permettent aujourd'hui de préciser les liens entre les processus hydrologiques du bassin versant et la chimie du cours d'eau. Cependant, elles nécessitent le développement de méthodes adaptées. Cette thèse tente de répondre aux nouvelles questions qui se posent aujourd’hui: quels modèles et méthodes pouvons-nous utiliser pour exploiter les données haute-fréquences et comment transforment-elles notre connaissance de la qualité chimique des rivières ?
Au cours de cette thèse, nous avons adapté différentes méthodes et méthodologies conçues à l'origine pour les données basse / moyenne fréquence et les avons appliquées au jeu de données haute-fréquence du River Lab de l'Observatoire Oracle-Orgeval (France). Pendant de nombreuses années, la taille des jeux de données concentrations-débits ayant été limitée, il était difficile d'analyser de manière détaillée la forme précise de la relation C-Q. Dans de nombreux cas, l’équation de puissance précédée d’une transformation logarithmique, semblait adéquate. Aujourd’hui, toute la gamme des relations C-Q à haute-fréquence peut maintenant être incluse dans l'analyse. De cette dernière, comme alternative à la relation de puissance, nous proposons d’utiliser une transformation affine de puissance bilatérale. La séparation d’hydrogramme est peut-être l’un des plus anciens problèmes non résolus de l’hydrologie. Dans la thèse, nous avons utilisé conjointement les méthodes de séparation d’hydrogramme de type filtre numérique (RDF) et une équation de mélange à deux composantes basée sur le bilan de masse (MB). Le but était d'identifier le paramètre du modèle RDF menant aux paramètres de l’équation de mélange les plus réalistes. Nous montrons que cette approche de couplage RDF-MB fonctionne avec un étalonnage spécifique et sur l'hypothèse simple de deux sources d’écoulement.
Pour combiner la relation simple de puissance et le modèle de mélange, nous avons appliqué la transformation affine de puissance bilatérale aux deux composantes de l’équation de mélange, à l’aide d’une procédure d'identification multicritère. Le nouveau modèle combiné améliore considérablement, par rapport aux modèles de puissance et de mélange, la simulation des concentrations dans le cours d'eau. Enfin, nous avons développé une méthodologie pour identifier et quantifier les sources sur la seule base d’une analyse chimique. La nouvelle méthode développée au cours de la thèse, sans aucune hypothèse préalable sur la composition des sources potentielles, nous permet d'analyser la variabilité temporelle des sources chimiques et leur relation avec les différents régimes d'écoulement.
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