Soutenance de thèse de CHÁVEZ ESPINOZA Juan Diego
Titre de thèse
La valeur informationnelle des isotopes stables de l'eau pour la partition des flux écohydrologiques dans un bassin versant de savane tropicale en Afrique de l'ouest
The informational value of stable water isotopes for ecohydrological flux partitioning in a tropical savanna basin in West Africa
Résumé de la thèse
Cette thèse de doctorat évalue le contenu en information des isotopes stables de l'eau (2H et 18O) pour approfondir la compréhension du partitionnement de l'eau à l'échelle du bassin versant de Bétérou (~10 000 km2), dans le haut Ouémé, au nord du Bénin, une région sous surveillance hydrométéorologique continue au sein de l'observatoire de zone critique AMMA-CATCH depuis la fin des années 1990. L'étude porte sur un environnement de savane tropicale humide où l'évapotranspiration domine le bilan hydrique et s'appuie sur EcH2O-iso, un modèle écohydrologique distribué, à base de processus et intégrant le suivi isotopique, appliqué ici pour la première fois à cette échelle en Afrique de l'Ouest. La recherche s'appuie sur un enregistrement unique à haute fréquence sur cinq ans (2018–2022) des compositions isotopiques des précipitations et des débits, complété par des jeux de données observationnels du réseau d'observatoires AMMA-CATCH et des champs de réanalyse à haute résolution issus du modèle de circulation générale atmosphérique isotopique IsoGSM. Ce travail démontre que les traceurs isotopiques sont essentiels pour restituer le comportement hydrologique du bassin, en contraignant le bilan hydrique par un partitionnement des flux ancré dans le réalisme des processus, en particulier en résolvant le rôle dominant de la mobilisation du réservoir souterrain. Les isotopes stables de l'eau constituent ainsi de puissants outils de diagnostic pour atteindre des représentations hydrologiques que les données hydrométriques standard seules ne peuvent fournir. Leur intégration dans les stratégies de suivi, en particulier dans les régions tropicales à données limitées, est préconisée pour soutenir des évaluations robustes des ressources en eau et l'adaptation au changement climatique.
Thesis resume
This doctoral thesis assesses the informational value of water stable isotopes (2H and 18O) to advance the understanding of basin-scale water partitioning in the Bétérou basin (~10,000 km2), upper Ouémé, northern Benin, a region that has been under continuous hydrometeorological monitoring within the AMMA-CATCH critical zone observatory since the late 1990s. The study focuses on a humid tropical savanna environment where evapotranspiration dominates the water balance, and employs EcH2O-iso, a distributed, process-based ecohydrological model with isotope tracking capabilities, applied here for the first time at this scale in West Africa. The research builds on a unique five-year (2018–2022) high-frequency record of precipitation and streamflow isotopic compositions, complemented by observational datasets from the AMMA-CATCH observatory network and high-resolution reanalysis fields from the state-of-the-art isotope-enabled atmospheric general circulation model IsoGSM. This work demonstrates that isotopic tracers are essential for capturing the hydrological behaviour of the basin, constraining the water budget through process-realistic flux partitioning, particularly by resolving the dominant role of groundwater reservoir mobilisation. Stable water isotopes thus constitute powerful diagnostic tools for achieving hydrological representations that standard hydrometric data alone cannot provide. Their integration into monitoring strategies, particularly in data-scarce tropical regions, is advocated to support robust water resource assessments and climate change adaptation.