Soutenance de thèse d'Alice Aubert (INRA SAS)


 AHLeGall    31/10/2013 : 22:50

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Le jeudi 31 octobre 2013 à 14h00, dans l'amphithéâtre Camille Moule (bâtiment 11, Agrocampus Ouest), Alice Aubert soutient sa thèse intitulée

Le jeudi 31 octobre 2013 à 14h00, dans l'amphithéâtre Camille Moule (bâtiment 11, Agrocampus Ouest), Alice Aubert soutient sa thèse intitulée

Analyse des motifs temporels d'une chronique décennale haute-fréquence de qualité de l'eau dans un observatoire agro-hydrologique ; méthodologies, typologies et processus


Jury :
Markus HRACHOWITZ, Professeur assistant – Université de Delft / rapporteur
Florentina MOATAR, Professeure – Université de Tours / rapporteure
François CHABAUX, Professeur – Université de Strasbourg / examinateur
James KIRCHNER, Professeur – ETH Zuerich / examinateur
Michel CABARET, Directeur - Espace des Sciences Rennes / personnalité invitée
Chantal GASCUEL-ODOUX, Directrice de recherches – Inra Rennes / co-directrice de thèse
Philippe MEROT, Professeur consultant – Agrocampus Ouest, Directeur de recherches – Inra Rennes / co-directeur de thèse

Résumé :
Ces dernières décennies ont été une période de croissance soutenue de l’hydrologie fonctionnelle. L’enjeu était de comprendre les dynamiques fonctionnelles à l’origine de la qualité des eaux observée à l’exutoire des bassins versants. Pour cela, des observatoires de recherche en environnement (ORE) ont été créés et les différents compartiments hydrologiques y ont été instrumentés. Ces études, portant sur des chroniques relativement courtes, ont donné de nombreux résultats. Certains ORE ont pu être maintenus et procurent aujourd’hui des données long terme. En même temps, les techniques de mesure ont évolué, permettant d’augmenter les fréquences de mesures. Qu’apprend-on de plus des longues chroniques haute-fréquence ? Cette thèse aborde cette question de façon stochastique et fonctionnelle, en se basant sur les données de l’ORE agro-hydrologique AgrHys (Kervidy-Naizin, centre Bretagne). Il s’agit de la première exploration de l’ensemble des chroniques journalières longues de 12 ans de l’ORE. L’accent est mis sur la variabilité temporelle de la chimie de l’eau à l’exutoire : quatre méthodes sont déployées pour étudier les variations des concentrations dans leur succession, au fil des années, des saisons, des crues et pour comprendre les phénomènes météorologiques et hydrologiques à l’origine, au moins partiellement, de la variabilité des concentrations. La première méthode s’attache aux concentrations moyennes dans les différents compartiments hydrologiques (rivière, nappe de haut de versant ou de bas de versant) et aux motifs de variations annuelles (distribution mensuelle des observations) et interannuelles (variogrammes temporels). Elle met en évidence une diversité de dynamiques d’exportation au sein du même bassin versant. La seconde étudie des hystérèses annuelles et montre l’impact des années à conditions hydrométéorologiques extrêmes. La troisième adapte le formalisme probabiliste Latent Dirichlet Allocation, transposé pour l’hydrologie, et propose une classification saisonnière des crues. Enfin, l’analyse spectrale appliquée à un jeu de données plus riche en éléments chimiques permet d’identifier des domaines de fréquences dans lesquels la variabilité de la chronique peut être caractérisée, mettant en évidence le seuil de bruit de mesure. L’ensemble de ces résultats montrent une réelle structuration temporelle du signal de qualité de l’eau. Le signal, marqué pour certains solutés par l’activité agricole intensive, est dominé par la saisonnalité mais varie sensiblement selon les conditions hydrométéorologiques de l’année. Les signaux de crue sont étroitement liés à leur place dans le cycle hydrologique. Une perspective serait de rechercher dans quelle mesure les typologies obtenues sur l’ORE AgrHys sont transposables à des bassins qui n’ont pas bénéficié d’études fonctionnelles préalables.

Abstract:

Functional hydrology reached its best throughout the past decade. Environmental Research Observatories (ERO) were created and equipped to monitor the various hydrological compartments, in order to understand catchment dynamics explaining stream water quality. Studies on catchment dynamics based on relatively short time-series have brought many interesting results on chemical cycles at the catchment scale. EROs that have been maintained till now, provide long-term datasets. Equipment has evolved, enabling an increase of measurement rates. What more can we learn from the long-term high-frequency time-series? The present thesis proposes a statistical approach, together with understanding the hydrological dynamics at the studied agricultural ERO AgrHys (Kervidy-Naizin, Western France). It is the first data analyses performed on the long-term high-frequency dataset of the ERO AgrHys. We focus on temporal variability of hydrological dynamics at the catchment scale and identify the hydro climatic factors responsible for this variability. Four analyses of the daily 12-year long time-series of nitrate, sulfate, chloride and dissolved organic carbon concentrations are done. First, mean concentrations of the hydrological compartments (stream, mid-slope and down-slope groundwater) and annual and inter-annual patterns (monthly distributions and temporal variograms, respectively) show a diversity of export dynamics within the catchment. Second, annual hystereses show the impact of extreme hydro climatic conditions. Third, the probabilistic Latent Dirichlet Allocation model adapted to hydrology leads to a seasonal classification of floods. Last, spectral analysis performed on an enlarged dataset (more chemical elements) enable us to identify frequency domains in which the variability can be characterized and where measurement noise is pointed out. The results emphasize a temporal structure of the water quality signal. This water quality signal, impacted by agriculture practices for some solutes, is dominated by annual variations but varies according hydro climatic conditions of the year. Flood signals are seasonal depending on the hydrological cycle. In further research, the classifications obtained on the ORE AgrHys could be transposed to catchments unmonitored by previous studies.


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