Contribution à la modélisation déterministe spatialisée de l'érosion hydrique des sols à l'échelle des petits bassins versants cultivés

La pression anthropique liée à l’agriculture intensive est souvent `a l’origine d’une accélération des processus érosifs, avec des taux d’ablation souvent supérieurs aux vitesses de formation des sols. En Europe et dans le monde, l’érosion hydrique affecte quasi- ment toutes les zones géographiques, `a des degrés divers. La modélisation de l’érosion hydrique peut fournir des informations utiles pour la mise en oeuvre de mesures anti- érosives sur les bassins versants agricoles afin de conserver les ressources en sol et diminuer le transport de sédiments vers les cours d’eau. L’objectif général de cette thèse a été de mener une réexion et une analyse critique sur la problématique de la modélisation de l’érosion hydrique, avec différents angles d’attaque : conceptuel, exploration de modèle et paramétrisation. Nous avons effectué dans un premier temps une analyse bibliographique sur deux des questions qui semblent les plus problématiques dans les modèles d’érosion actuels : la première sur la paramétrisation de l’érosion diffuse et la seconde sur le fonctionnement des éléments d’interfaces du paysage comme les ban- des enherbées. Nous avons ensuite développé un modèle d’érosion hydrique distribué et `a base physique applicable aux échelles du bassin versant et de l’événement plu- vieux. Cette modélisation permet de prendre en considération les éléments d’interface du paysage tout en s’appuyant sur une paramétrisation distribuée facilitée par le re- cours aux systèmes d’information géographique (SIG). Le modèle développé a été calé et validé sur un bassin versant Méditerranéen, en utilisant une procédure de calage multi-échelles. Un autre résultat de ce travail a été le développement d’un cadre général pour l’analyse de sensibilité des modèles d’érosion aux paramètres d’entrée et à leur distribution spatiale, et ceci pour des modèles distribués conçus pour différentes échelles d’espace et de temps. Cette procédure d’analyse a été appliquée à quatre modèles d’érosion (MHYDAS-Erosion, STREAM, MESALES et PESERA). Les résultats montrent des similitudes de comportement pour les différents modèles testés par rapport aux paramètres d’entrée. Anthropogenic activity associated with intensive agricultural production is often the origin of an acceleration in soil erosion processes, such that the rate of erosion will exceed the rate of soil formation. In Europe and the world, water erosion affects all types of landscapes to different degrees. Water erosion models may provide helpful information for the development and application of land management practices in catchments with soil and water conservation concerns. The objective of this work was to reflect on and then critically analyse the problem of water erosion modelling from different points of view: conceptually, model exploration and model parameterisation. From this reflection, and after a literature review, which focused on two of the main problems identified with present-day erosion models, namely model parameterisation and sedimentological connectivity, we have developed a physically based and distributed water erosion model, able to provide dynamic information about soil loss and sediment transport within small agricultural catchments during rainfall events. The model takes into account the effects of land management practices on sediment transport using a distributed GIS parameterisation. The model was calibrated and validated for a Mediterranean catchment, using an automatic and multi-scale calibration procedure. Another result from this work was the development of a sensitivity analysis framework to provide an exploratory analysis of distributed erosion models at different space and time scales. This framework has been applied to four water erosion models (MHYDAS-Erosion, STREAM, MESALES and PESERA). Results have shown a similarity in behaviour of the four erosion models with regards to input parameter variations

Anthropogenic activity associated with intensive agricultural production is often the origin of an acceleration in soil erosion processes, such that the rate of erosion will exceed the rate of soil formation. In Europe and the world, water erosion af- fects all types of landscapes to different degrees. Water erosion models may provide helpful information for the development and application of land management practices in catchments with soil and water conservation concerns. The objective of this work was to reflect on and then critically analyse the problem of water erosion modelling from different points of view: conceptually, model exploration and model parameter- isation. From this reflection, and after a literature review, which focused on two of the main problems identified with present-day erosion models, namely model parame- terisation and sedimentological connectivity, we have developed a physically based and distributed water erosion model, able to provide dynamic information about soil loss and sediment transport within small agricultural catchments during rainfall events. The model takes into account the effects of land management practices on sediment transport using a distributed GIS parameterisation. The model was calibrated and validated for a Mediterranean catchment, using an automatic and multi-scale calibra- tion procedure. Another result from this work was the development of a sensitivity analysis framework to provide an exploratory analysis of distributed erosion models at different space and time scales. This framework has been applied to four water erosion models (MHYDAS-Erosion, STREAM, MESALES and PESERA). Results have shown a similarity in behaviour of the four erosion models with regards to input parameter variations.