Connectivité hydrologique et signature géochimique à l'échelle événementielle dans un bassin versant forestier

Dans un bassin versant, la connectivité hydrologique constitue un état hydrologique qui lie le versant à la zone riveraine. Ses impacts sur la production du débit et le transfert des éléments dissous vers le cours d’eau sont présumés substantiels. L’étude vise à 1) détecter les hydrotopes et les connexions hydrologiques à l’aide d’un réseau de puits qui permet la mesure des fluctuations de la nappe phréatique (NP); 2) identifier la variabilité spatio-temporelle et la signature géochimique des sources potentielles en eau à l’aide des éléments majeurs et traces et 3) examiner la contribution spatio-temporelle respective des sources en eau du bassin lors d’un événement de précipitation. L’étude s’effectue dans un bassin versant forestier du Bouclier canadien (l’Hermine). Nous démontrons l’existence de quatre hydrotopes représentant un gradient de convergence de l’eau, soulignant la diversité de comportement de NP. Les connexions hydrologiques se caractérisent par des coefficients de Spearman élevés des relations entre la profondeur de la NP et le débit, dans leur partie en aval, et s’enclenchent par le fill and spill. Le comportement de NP est influencé par la distance aux limites du bassin, l’horizonation du sol et la topographie souterraine. En somme, trois sources en eau se connectent à partir du versant vers la zone riveraine durant l’événement pluvial de manière chronologique: 1) les horizons B et la NP de l’ensemble du bassin (Sr); 2) les horizons LFH des zones de convergence (Ba et Zn) et 3) une dépression de sol humide sur le versant nord (Co et Mn).

Utilisation du concept de connectivité en hydrologie : définitions, approches expérimentales et éléments de modélisation

Alors que certains mécanismes pourtant jugés cruciaux pour la transformation de la pluie en débit restent peu ou mal compris, le concept de connectivité hydrologique a récemment été proposé pour expliquer pourquoi certains processus sont déclenchés de manière épisodique en fonction des caractéristiques des événements de pluie et de la teneur en eau des sols avant l’événement. L’adoption de ce nouveau concept en hydrologie reste cependant difficile puisqu’il n’y a pas de consensus sur la définition de la connectivité, sa mesure, son intégration dans les modèles hydrologiques et son comportement lors des transferts d’échelles spatiales et temporelles. Le but de ce travail doctoral est donc de préciser la définition, la mesure, l’agrégation et la prédiction des processus liés à la connectivité hydrologique en s’attardant aux questions suivantes : 1) Quel cadre méthodologique adopter pour une étude sur la connectivité hydrologique ?, 2) Comment évaluer le degré de connectivité hydrologique des bassins versants à partir de données de terrain ?, et 3) Dans quelle mesure nos connaissances sur la connectivité hydrologique doivent-elles conduire à la modification des postulats de modélisation hydrologique ? Trois approches d’étude sont différenciées, soit i) une approche de type « boite noire », basée uniquement sur l’exploitation des données de pluie et de débits sans examiner le fonctionnement interne du bassin versant ; ii) une approche de type « boite grise » reposant sur l’étude de données géochimiques ponctuelles illustrant la dynamique interne du bassin versant ; et iii) une approche de type « boite blanche » axée sur l’analyse de patrons spatiaux exhaustifs de la topographie de surface, la topographie de subsurface et l’humidité du sol. Ces trois approches sont ensuite validées expérimentalement dans le bassin versant de l’Hermine (Basses Laurentides, Québec). Quatre types de réponses hydrologiques sont distingués en fonction de leur magnitude et de leur synchronisme, sachant que leur présence relative dépend des conditions antécédentes. Les forts débits enregistrés à l’exutoire du bassin versant sont associés à une contribution accrue de certaines sources de ruissellement, ce qui témoigne d’un lien hydraulique accru et donc d’un fort degré de connectivité hydrologique entre les sources concernées et le cours d’eau. Les aires saturées couvrant des superficies supérieures à 0,85 ha sont jugées critiques pour la genèse de forts débits de crue. La preuve est aussi faite que les propriétés statistiques des patrons d’humidité du sol en milieu forestier tempéré humide sont nettement différentes de celles observées en milieu de prairie tempéré sec, d’où la nécessité d’utiliser des méthodes de calcul différentes pour dériver des métriques spatiales de connectivité dans les deux types de milieux. Enfin, la double existence de sources contributives « linéaires » et « non linéaires » est mise en évidence à l’Hermine. Ces résultats suggèrent la révision de concepts qui sous-tendent l’élaboration et l’exécution des modèles hydrologiques. L’originalité de cette thèse est le fait même de son sujet. En effet, les objectifs de recherche poursuivis sont conformes à la théorie hydrologique renouvelée qui prône l’arrêt des études de particularismes de petite échelle au profit de l’examen des propriétés émergentes des bassins versants telles que la connectivité hydrologique. La contribution majeure de cette thèse consiste ainsi en la proposition d’une définition unifiée de la connectivité, d’un cadre méthodologique, d’approches de mesure sur le terrain, d’outils techniques et de pistes de solution pour la modélisation des systèmes hydrologiques.

Variation saisonniere des structures hydrologique et dynamique du plateau continental ivoirien (VASPI I, II, III)

This data report contains all the meteorological, hydrological and dynamic data gathered during the VASPI cruises (I : from December 8th to December 13th 1982, II : from March 5th to March 9th 1983, and III : from October 6th to October 10th 1983) carried out along the continental shelf of Ivory Coast by the oceanographic ship "Andre NIZERY". These cruises, which represent a part of a coastal programme, are included in the more general scientific program FOCAL, whose main scientific objective is the study of the thermal context of the intertropical atlantic area.

Station hydrologique cotière d'Abidjan de 1966 à 1980

In this document the monthly T-S diagrams and the regression lines of the temperature and salinity two weeks mean values have been drawn for 0, 5, 10, 15, 20 and 25 meters of depth. The annual variations of the dynamic height anomaly are represented for every coastal station from 1966 to 1980.

Stations cotieres et station hydrologique cotiere d'Abidjan: annees 1980-1981

Beach surface temperature is recorded every morning between 7h30 and 8h00 at each coastal station. On figure 2, 3, 4 and 5 it has been plotted daily variation and mean variation computed on 7, 15 and 30 days basis of sea surface temperature. However it seems that variations of dynamic height anomaly are reflecting more accurately the stages of the coastal upwelling than the sea surface temperature.

Station hydrologique de Vridi et stations cotières de 1989 à 1991

In this report, accurate data from coastal stations and from the Vridi hydrological station were gathered. The used experiments took place from 1989 to 1991.

Observations hydrologique et dynamique le long de deux radiales du plateau continental ivoirien durant l'année focale 1983

In this report, vertical distributions of the temperature and horizontal velocity components of the currents, got from the two sections BELIER (305 1'W) and VRIDI (4°O 5'W), carried out once a week during the 1983 year, on the Continental shelf of Ivory Coast, are shown.

Station hydrologique de Vridi et stations cotières de 1986 à 1988

In this report were gathered accurate data from coastal stations and from a hydrological station. The used experiments took place from 1986 to 1988.

Stations cotières et station hydrologique cotière d'Abidjan années 1977, 1978 et 1979

On tables 1 to 12, daily beach surface temperatures are presented. These temperatures are also ploted on figures 2 to 5 in daily values and in 7, 15, 30 days means. Salinity variations are less important than these of temperature (Fig. 6, 7). It follows that during upwelling period, variations of dynamic height anomaly are closely correlated with temperature (Fig. 6 and 8).

Étude hydrologique du plateau continental Ivoirien

The authors give a picture of the average seasonal hydrographic situations over the Ivorian continental shelf using data provided by 26 cruises carried out from July 1969 to January 1972. They study meteorological conditions and the mechanism of setting of different types of hydrographic seasons defined as follows: a cold period related to an upwelling created by winds July to earlier October and a warm period divided in 2 parts in relation with haline variations: a low salinity period in November and December, and a high salinity period from January to May; this one sometimes cut off by short-timed drops in the temperature. Then precisions are given about seasonal and geographical variations using space-time diagrams: last, depth and intensity of the thermocline are examined.