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| type
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| Thesis advisor
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| Praeses
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| Author
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| alternative label
| - Distributed modelling of erosion hazard in the Loire River basin and new perspectives of validation
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| dc:subject
| - Isotopes radioactifs
- Thèses et écrits académiques
- Sols -- Érosion
- Anthropocène
- Césium -- Isotopes
- Réservoirs (lacs) -- Sédimentation
- Archives sédimentaires
- Aléa érosion
- Césium-137 (137Cs)
- Inventaires de radionucléides
- Redistribution de sol
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| preferred label
| - Modélisation distribuée de l'aléa érosif dans le bassin versant de la Loire et nouvelles perspectives de validation
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| Language
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| Subject
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| dc:title
| - Modélisation distribuée de l'aléa érosif dans le bassin versant de la Loire et nouvelles perspectives de validation
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| Degree granting institution
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| Opponent
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| note
| - Soils erosion has accelerated after WWII in the cultivated plains of Northwestern Europe. This phenomenon is explained by the modification of landscapes and agricultural practices. To combat erosion in an efficient way, it is crucial to quantify the erosion, transfer and deposition processes within large basins, as well as their spatial redistribution. These estimations are important in order to meet the guidelines required by the European Water Framework Directive, including the ecological good status of water bodies. The objective of this thesis is to quantify erosion processes and sediment redistribution during the last several decades and across multiple spatial scales within the Loire River basin (117,000 km²). First, the erosion hazard assessment model MESALES was improved to include the latest input databases available (reflecting the evolution of vegetation cover, rainfall erosivity and soil surface texture). The results were integrated at the scale of water bodies to identify those sub-catchments that were the most exposed to erosion. The improvement of the model led to a modification of the hazard estimation in half of the water bodies in the Loire River basin. Second, the potential of measuring caesium-137 (137Cs) inventories in soils to validate the spatially-distributed erosion model outputs was investigated. A map of the initial fallout of this fission product produced by atmospheric thermonuclear tests in the 1960s was first created. To do so, a data base of undisturbed reference sites was developed by combining several existing samples’ banks, and additional samples collected during the thesis. The spatial distribution of initial fallout across the entire basin was achieved through the use of rainfall data corresponding to the 1960-1964 period as covariates, which confirms the lack of significant 137Cs fallout following the Chernobyl accident in this region. Then, the 137Cs inventories were measured in all the 478 soils profiles collected in the framework of the Soil Quality Monitoring Network (RMQS in French). The mean soil redistribution rates of the 1954-2008 period were calculated using the proportional model. The results showed an over-representation of accumulation sites among the RMQS’ sites and the difficulty to identify covariates allowing to map the spatial patterns of soil redistribution at this scale from this type of monitoring network intended to map soil properties rather than their movement across the landscape. Finally, a subcatchment was selected in an intensively culivated plain (Brosse, Indre-et-Loire, 24 km²). The evolution of land cover and rainfall during the 1959-2010 period was reconstructed to model erosion in this catchment with the event-based WaterSed model. The outputs were confronted to those erosion rates estimated based on the analysis and dating of sediment core samples collected in the pond at the outlet. The results showed a good correlation between the model outputs and the erosion rates estimated from the cores. These results permitted to distinguish between the anthopogenic effect, which governs the general erosion trends across the five decades, from the climatic influence, which explains the seasonal variability. This thesis demonstrated the possibilities and the limitations associated with the use of the latest data bases and sample banks available to model and reconstruct soil erosion rates at multiple spatial and temporal scales within large river basins, which constitute the optimal management units in the European Union.
- L’érosion des sols s’est accélérée après la seconde guerre mondiale dans les grandes plaines cultivées du nord-ouest de l’Europe. Ce phénomène s’explique par une modification des paysages et des pratiques agricoles. Pour pouvoir lutter efficacement contre l’érosion, il est important de quantifier ce processus d’érosion, de transfert et de dépôt des sédiments au sein de grands bassins versants, ainsi que leur redistribution spatiale. Ces estimations sont cruciales pour permettre d’atteindre les objectifs fixés par la Directive-Cadre Européenne sur l’Eau, notamment le bon état écologique des cours d’eau. Cette thèse a pour objectif de quantifier les processus d’érosion et de redistribution de sédiments sur plusieurs décennies et à plusieurs échelles spatiales au sein du bassin de la Loire (117 000 km²). Dans un premier temps, le modèle d’évaluation de l’aléa érosif MESALES a été amélioré pour prendre en compte les dernières bases de données disponibles (évolution du couvert végétal, érosivité des pluies, texture de surface des sols). Les résultats ont été intégrés par masse d’eau afin d’identifier les sous-bassins versant les plus exposés au risque érosif. L’amélioration du modèle a conduit à une modification des valeurs d’aléa dans la moitié des masses d’eau du bassin de la Loire. Dans un second temps, le potentiel de la mesure des inventaires de césium-137 (137Cs) dans les sols pour valider les sorties spatialisées des modèles d’érosion a été étudié. Une carte des retombées initiales de ce produit de fission émis par les essais thermonucléaires atmosphériques des années 1960 a tout d’abord été produite. Pour y parvenir, une base de données de sites de référence a été élaborée en combinant plusieurs banques d’échantillons existantes complétées par des prélèvements réalisés dans le cadre de la thèse. La spatialisation en tout point du bassin versant a été possible en utilisant principalement les données de précipitation sur la période 1960-1964 comme co-variables, ce qui confirme l’absence de retombées significatives de 137Cs faisant suite à l’accident de Tchernobyl dans cette région. Ensuite, les inventaires de 137Cs ont été mesurés dans l’ensemble des 478 profils de sols collectés dans le cadre du Réseau de Mesures de la Qualité des Sols (RMQS) et les taux de redistribution de sol moyens sur la période 1954–2008 ont été calculés à partir du modèle proportionnel. Les résultats montrent une sur-représentation des sites d’accumulation parmi les sites RMQS et la difficulté d’identifier des co-variables permettant de spatialiser les taux de redistribution de sol à cette échelle à partir de ce type de réseau de mesure destiné à cartographier les propriétés des sols plutôt que leur mouvement au sein du paysage. Enfin, un sous-bassin versant de plaine intensivement cultivé (bassin de l’étang de Brosse, Indre-et-Loire, 24 km²) a été sélectionné. L’évolution de l’occupation des sols et des précipitations au cours de la période 1959–2010 a été reconstruite pour modéliser l’érosion dans le bassin avec le modèle événementiel WaterSed. Les sorties du modèle ont été confrontées aux taux d’érosion reconstruits à partir de l’analyse et la datation de carottes sédimentaires collectées dans l’étang à l’exutoire du bassin. Les résultats montrent une bonne corrélation entre les valeurs modélisées et celles issues des carottages. Ceci a permis de mettre en évidence et de distinguer l’effet anthropique, qui gouverne les grandes tendances d’évolutions des taux d’érosion sur 50 ans et l’effet climatique qui explique les variabilités saisonnières. Ces travaux de thèse montrent les potentialités et les limites associées à l’utilisation des dernières banques de données et d’échantillons disponibles pour modéliser et reconstruire les taux d’érosion des sols à plusieurs échelles spatiales et temporelles au sein de grands bassins hydrographiques qui constituent les unités de gestion privilégiées des masses d’eau au sein de l’Union Européenne.
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