THESE présentée en vue d’obtenir le grade de DOCTEUR en Discipline : Sciences de la terre et de l’univers par Edouard PATAULT DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE LILLE DELIVRE PAR IMT LILLE DOUAI Titre de la thèse : Analyse multi-échelle des processus d’érosion hydrique et de transferts sédimentaires en territoire agricole : exemple du bassin versant de la Canche (France) Soutenue le 16 Novembre 2018 devant le jury d’examen : Président Jan NYSSEN Professeur, Ghent University Rapporteur Benoit LAIGNEL Professeur, Université de Rouen Rapporteur Olivier EVRARD Chargé de recherche, CEA Examinateur Jan NYSSEN Professeur, Ghent University Examinateur Sébastien SALVADOR-BLANES Maître de conférences, Université de Tours Membre invité Jean PRYGIEL Professeur, Université de Lille Membre invité Jean-François OUVRY Directeur, AREAS Directeur Nor-Edine ABRIAK Professeur, IMT Lille-Douai Co-Directeur Arnaud GAUTHIER Professeur, Université de Lille Encadrante Claire ALARY Enseignant-chercheur, IMT Lille-Douai Co-Encadrante Christine FRANKE Enseignant-chercheur, MINES ParisTech Laboratoires d’accueil : (1) Département Génie Civil et Environnemental de l’IMT Lille Douai, (2) Département Géosciences des MINES ParisTech Ecole Doctorale SPI 072 Remerciements Mes plus sincères remerciements sont adressés dans un premier temps à mes deux encadrantes, Claire Alary (enseignante-chercheuse, IMT Lille-Douai) et Christine Franke (Ingénieure de recherche, MINES ParisTech). Elles m’ont donné leur totale confiance et une réelle autonomie dans mon travail dès le début. Elles ont su être à l’écoute des difficultés que je pouvais éprouver et ont toujours répondu présentes lorsque je les réquisitionnais pour aller sur le terrain. De plus, elles m’ont encouragé et poussé à mener à bien les différentes démarches que j’ai pu entreprendre, que ce soit pour aller en conférence à l’étranger, ou bien pour mettre en place des collaborations avec différents partenaires scientifiques (M2C, BRGM). Cette considération qu’elles ont eue à mon égard a été pour moi une réelle source de motivation. Je ne me suis jamais senti comme un étudiant, mais comme un collègue à part entière. J’ai pu m’épanouir pleinement dans mon travail, et pour cela, je vous en remercie. Je remercie chaleureusement mes directeurs de thèse, Nor-Edine Abriak (Prof. IMT Lille- Douai) et Arnaud Gauthier (Prof. Université de Lille). Tout comme mes encadrantes, ils m’ont fait confiance, m’ont laissé m’épanouir pleinement dans mon travail de recherche et m’ont donné l’autonomie nécessaire. J’espère sincèrement les rendre fiers de ce que nous avons accompli à travers ce manuscrit. Je remercie sincèrement Benoit Laignel et Olivier Evrard pour avoir accepté d’être rapporteurs de ce manuscrit. Également Sébastien Salvador Blanes et Jan Nyssen pour avoir accepté d’être examinateurs. Et enfin Jean-François Ouvry et Jean Prygiel en qualité de membre invité. C’est un réel honneur pour moi, de vous avoir dans mon jury de thèse. J’espère avoir été à la hauteur de vos attentes et de vos exigences. Je remercie également l’ensemble des membres du laboratoire (professeurs, enseignants- chercheurs, personnel technique et administratif). Je ne vais malheureusement pas tous les citer, la liste serait trop longue. Mais à travers ces quelques mots, je vous exprime ma sincère gratitude, que ce soit pour l’accueil lors de mon arrivée, pour votre aide sur les analyses de mes échantillons, mais aussi pour ces trois années passées à vos côtés. C’est avec regret que je vais vous quitter pour une nouvelle aventure professionnelle, mais je garderai toujours un excellent souvenir de mon passage au sein du département Génie Civil et Environnemental de l’IMT Lille Douai. Je tiens à remercier les différents partenaires financiers et techniques qui ont pris part au projet QUASPER : Agence de l’Eau Artois-Picardie, Chambre d’agriculture Nord-Pas-de-Calais, Syndicat Mixte d’Aménagement de la Canche. Et plus particulièrement, Emilie Delattre, Jordan 1 | P a g e Délépine, François Derancourt, Jean-Luc Carpentier et Jean-Pierre Lefebvre, d’une part pour leur aide indéfectible sur le terrain mais aussi pour leurs conseils avisés et pour leurs nombreuses invitations au travers de comités, réunions et assises. Un grand merci également à deux anciens collègues, maintenant amis : Maxime Debret (UMR CNRS 6143 M2C Rouen) et Valentin Landemaine (BRGM) pour leur collaboration tout au long de ce projet. Je n’ai cessé de vous solliciter au travers de ma thèse et vous avez toujours été là pour m’épauler. Ce travail ne serait probablement pas aussi abouti sans votre aide. Un gigantesque merci à mes parents, Sylvie et Dominique, ma sœur, Julie pour leur soutien de tous les jours et pour m’avoir encouragé à faire cette thèse. Je n’ai pas toujours su très bien vous expliquer en quoi cela consistait, ni ce que cela allait m’apporter, mais vous avez cru en moi, à chaque instant. C’est avec une immense fierté que je vous montrerais les résultats de ces trois années de recherche. Sincèrement, et du fond du cœur, merci ! Et pour finir, le plus beau et le plus grand des mercis, je l’adresse à ma compagne (femme bientôt ?), Marion. Soutien inconditionnel de tous les jours, qui aura su m’écouter, me soutenir, m’épauler, tout au long de ces trois années de thèse. Cela n’aura pas toujours été très facile pour nous, les trajets en train quotidiens, la thèse, la maison en construction, l’arrivée de bébé... Mais malgré tout ça, tu n’as jamais fléchi et a toujours été là pour moi. Le 26 mai 2018, tu nous as également offert le plus beau des cadeaux qui puisse exister, notre fils Antoine, et a fait de moi le plus heureux des papas. 2 | P a g e Table des matières CONTEXTE DE RECHERCHE ................................................................................................................... 5 PROBLEMATIQUE DE RECHERCHE ........................................................................................................ 10 ORIENTATION DU TRAVAIL DE THESE .................................................................................................... 15 STRUCTURATION DU MANUSCRIT DE THESE ........................................................................................... 18 REFERENCES .................................................................................................................................. 20 CHAPITRE 1 : PRESENTATION DU TERRITOIRE D’ETUDE : LE BASSIN VERSANT DE LA CANCHE (HAUTS-DE-FRANCE). .................................................................................................................. 27 1. GENERALITES ............................................................................................................................. 27 2. GEOMORPHOLOGIE ..................................................................................................................... 27 3. CADRE GEOLOGIQUE .................................................................................................................... 28 4. PEDOLOGIE ................................................................................................................................ 30 5. OCCUPATION DE SOLS .................................................................................................................. 32 6. CLIMAT DU BASSIN VERSANT DE LA CANCHE ....................................................................................... 33 7. FLUX HYDRO-SEDIMENTAIRES ......................................................................................................... 35 REFERENCES .................................................................................................................................. 38 CHAPTER 2: ASSESSING TEMPORAL VARIABILITY AND CONTROLLING FACTORS OF THE SEDIMENT BUDGET OF A SMALL AGRICULTURAL CATCHMENT IN NORTHERN FRANCE (THE POMMEROYE). .. 45 ABSTRACT..................................................................................................................................... 46 1. INTRODUCTION........................................................................................................................... 47 2. STUDY AREA .............................................................................................................................. 48 3. MATERIAL & METHODS................................................................................................................ 49 4. RESULTS ................................................................................................................................... 53 5. DISCUSSION ............................................................................................................................... 68 6. CONCLUSION ............................................................................................................................. 72 REFERENCES .................................................................................................................................. 72 CHAPTER 3: SIMULATING EROSIVE EVENT AND CONTROL MEASURE EFFICIENCY ON A SMALL AGRICULTURAL CATCHMENT IN NORTHERN FRANCE (THE POMMEROYE). ................................... 85 ABSTRACT..................................................................................................................................... 86 1. INTRODUCTION........................................................................................................................... 87 2. MATERIAL & METHODS...............................................................................................................