En Baie de Seine sud-orientale (shoreface à plate-forme interne), la sédimentation fine est étudiée à des échelles de temps variées, des dépôts holocènes argilo-tourbeux continentaux (9000 ans BP) aux événements de dépôt instantanés actuels liés à des "crues estuariennes". Lors de ces crues, succédant à de faibles débits prolongés, sont combinés les apports d'un stock de sédiments fins intra-estuariens et les MES originaires du bassin versant amont. Des placages de vase se mettent alors en place dans les petits fonds ouverts sableux. Ces fonds correspondent actuellement à un contexte d'ensemble érosif, où sont mises à l'affleurement les argiles holocènes; une reconstitution lithochronostratigraphique de ces dépôts fossiles est proposée. Il est montré l'importance: à l'échelle décennale et pluri-annuelle, d'un envasement progressif des sables subtidaux et, à l'échelle de la saison, d'épisodes paroxysmiques de dépôts de vase éphémères, remaniés par les houles et les courants de marée.

Dans l'estuaire à fortes marées de la Seine où les vases s'étendent de plus en plus vers l'aval, l'identification et la quantification des sources de particules ont été entreprises sur trois cents échantillons superficiels par l'utilisation de marqueurs particulaires. Une "carte d'identité chimique et minéralogique" complète des sédiments fins de l'ensemble du continuum Seine-baie de Seine apporte de nouvelles informations sur : la dilution des apports fluviatiles en baie de Seine, la pénétration de particules fines marines dans l'estuaire et les petits cours d'eau côtiers, et l'apport local et ponctuel par érosion de matériel fossile.<br />La résolution du mélange particulaire (ACP, équations de mélange) montre qu'à long terme (plusieurs décennies), la sédimentation fine actuelle correspond au mélange composite de quatre sources (marine, fluviatile, fossile, estuarienne). A court terme (saisonnier, évènementiel), le mélange est encore plus complexe, marqué par certaines sources secondaires.

Dans le cadre de la transition énergétique, le gouvernement Français prévoit la constructionde huit parcs éoliens en mer (offshore) le long des côtes Manche-Atlantique parmi lesquels le futurparc éolien au large de Courseulles-sur-mer. A ce jour, il n’existe pas d’étude globale et intégrée deseffets de la construction et de l’exploitation de ces parcs sur l’écosystème. L’innovation principale decette thèse a donc été de poser les bases d’une approche écosystémique des Energies MarinesRenouvelables (EMR) à travers l’exemple du futur parc éolien de Courseulles-sur-mer. Pour ce faire,une combinaison d’outils de modélisation a été utilisée afin de : 1) caractériser le fonctionnement etla structure de l’écosystème du site d’implantation du parc ; 2) tester des scénarios d’évolutionpossible du fonctionnement trophique du système. Ainsi, un modèle de réseau trophique et troisscénarios ont été construits afin d’analyser les conséquences de l’effet récif et réserve générées par leparc sur l’écosystème. Les indices de l’analyse des réseaux écologiques ainsi que d’autres indices telsque le niveau trophique moyen ont été analysés afin de caractériser le fonctionnement du système.Toutefois, conscient que cet écosystème est menacé par de multiples pressions, il estnécessaire de comprendre comment ces activités humaines vont interagir entre elles et quelles sontleurs conséquences sur l’écosystème dans un contexte de changements globaux. Ainsi, une visionglobale des impacts cumulés a également été développée grâce à un autre type de modélisation appelé'modélisation qualitative’ ou en ‘digraphe orienté’. Les résultats ont mis en évidence des changementsdans la structure et le fonctionnement de l’écosystème après la mise en place du parc éolien. Lesrésultats de ces modèles pourraient être utilisés dans la définition de mesures de suivi aprèsl’installation du parc et dans l’évaluation de la nécessité de mettre en place des mesures decompensation. Enfin, les modèles qualitatifs pourraient également servir d’outils de communicationavec le public et ainsi permettre une meilleure appropriation des projets EMR. / As part of the energy transition, the French government is planning the construction of eightOffshore Wind Farms (OWF) along the English Channel and Atlantic coasts including the Courseulles-sur-mer OWF. Until now, there is no holistic study on the OWF construction and operation effects onan ecosystem taken as a whole. This thesis is the first study to lay the foundations for an ecosystemapproach of Marine Renewable Energy (MRE) through the Courseulles-sur-mer OWF example. For thata combination of innovative modelling tools was applied to 1) characterise the ecosystem structureand functioning before the OWF construction; 2) simulate the impacts of this future OWF on theecosystem structure and functioning. A food-web model and three scenarios were constructed toinvestigate the “reef” and “reserve” effects induced by the OWF on the ecosystem. Ecological NetworkAnalysis indices, other ecosystem attributes and Mean Trophic Level were derived to investigate theecosystem health and state.However, being aware that this ecosystem is threatened by multiple perturbations, there is aneed to understand how human activities interact to influence ecosystem functioning in a long termclimate change context. Thus, a holistic view of cumulated impacts on the Courseulles-sur-mer’ecosystem through the use of an oriented signed digraph was also developed. Results highlighted acombination of significant changes in the food-web structure and ecosystem functioning. These resultscan play a vital role in both decision making by improving long term planning for the marineenvironment but also as tool for communication with the public and so contribute to a betteracceptability of MRE project.

L'objectif de la thèse est d'évaluer l'impact de l'immersion des sédiments de dragage du Grand Port Maritime du Havre (GPMH) sur l'environnement faunistique et sédimentaire à proximité du site de clapage d'Octeville (baie de Seine Orientale), en proposant une démarche scientifique originale, apportant une vision intégrée par (1) l'utilisation de marqueurs géochimiques couplés à une étude sédimentaire (2) l'étude de la dynamique spatiale et temporelle de la macrofaune benthique en lien avec une expérimentation in situ (3) la mise en place d'un nouvel indicateur multicritères spécifique de la pression de clapage (4) l'étude de l'ensemble du réseau trophique via le développement d'un modèleECOPATH. D'une part, les résultats ont mis en évidence l'existence d'une zone à l'équilibre sédimentaire au nord-ouest, avec deux gradients opposés de COT, contrôlés par les courants de marée et de houle. De plus, il est possible d'identifier les sédiments portuaires grâce à leur composition chimique différente. La zone impactée par les clapages est relativement restreinte. D'autre part, la macrofaune benthique apparaît peu impactée par les clapages. La communauté est particulièrement bien inféodée à l'environnement bio-hydro-sédimentaire de la zone d'étude. Des variations d'abondances et de dominances ont été observées depuis 2003. De plus, le nouvel indicateur proposé permet de classer l'impact engendré par les dépôts de sédiments en mer. Le réseau trophique est actuellement stable sur la zone impactée comme sur celle non-impactée par le clapage. / The aim of this thesis is to assess the impact of dumping by Le Havre harbour on the faunistic and sedimentary environment near the Octeville dumping site (Eastern part of the bay of Seine). This thesis propose an original scientific approach, including an integrated view (1) by the use of geochemical markers coupled with a sedimentary study (2) a study of the spatial and temporal benthic macrofauna dynamics with an experimentation in situ (3) the creation of a new multicriteria specific indicator of the dumping pressure and (4) a study of the food web with the development of an ECOPATH model. On the one hand, the results showed the existence of a sedimentary equilibrium area in the north-west, with two opposite TOC gradients, controlled by tidal and swell. Harbour sediments can be identified by their different chemical compositions. The area impacted by the dumping is limited. On the other hand, the benthic macrofauna appears less impacted by the dumping. The community is adapted in the bio-hydro-sedimentary environment of the study area. Variations in abundance and dominance have been observed since 2003.In addition, a new indicator allows the classification of dumping impact. The food web is currently stable in both impacted and not impacted areas.

La connaissance de la dynamique des matières en suspension (MES) et des turbidités en milieu côtier est un élément clé pour comprendre les écosystèmes marins. Les processus de floculation/défloculation représentent des mécanismes essentiels contrôlant la dynamique des caractéristiques physiques des MES et, par conséquent, leur devenir dans l’environnement. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre la caractérisation des MES et leur variabilité de l’échelle tidale à l’échelle annuelle en mer côtière, en réponse aux différents forçages hydrodynamiques, hydrologiques et biologiques ayant lieu à l’interface entre estuaire et baie. À cette fin, des capteurs optiques et acoustiques ont été déployés in situ, lors de 6 campagnes en mer réalisées en 2016, en vue de caractériser et de quantifier les MES dans la colonne d’eau, à la sortie de l’embouchure de l’estuaire de Seine (France). Une analyse critique des mesures granulométriques issues du LISST-100X est proposée. Un travail de quantification des incertitudes de mesure associées à l’estimation de la concentration en MES a mis en avant le risqué lié à un rinçage insuffisant des filtres et a conduit à définir une masse minimum à filtrer, de l'ordre de 10 mg, quelle que soit la concentration. Ce travail a notamment permis de proposer une méthode d’estimation d’un volume optimal de filtration basée sur une mesure préalable de turbidité de référence. Les mesures à haute fréquence ont montré que la dynamique des caractéristiques physiques des MES en termes de concentration et de taille médiane sont contrôlées par le cycle advection-floculation-sédimentation-remise en suspension. Ces résultats ont permis de hiérarchiser les paramètres de contrôle des processus de floculation. La turbulence a été identifiée comme le principal paramètre de contrôle à l’échelle tidale et semi-lunaire, la taille médiane maximale des flocs étant inversement corrélée à l’intensité des courants. À l’échelle saisonnière, la variation des caractéristiques des MES (taille, densité, vitesse de chute) est liée à la variabilité du contenu en matière organique (MO), avec une floculation favorisée quand le taux de MO particulaire augmente. Ces flocs plus grands et moins denses sont également plus résistants à la fragmentation induite par cisaillement turbulent. Ces travaux ont également permis de discuter le concept de structuration fractale des flocs.La dynamique de la dimension fractale, déterminée en combinant des données in situ de concentration en MES et de distribution en classe de taille, peut traduire des variations de composition des MES, mais peut aussi résulter d'incertitudes de mesure associées aux instruments. Ces dernières sont discutées dans cette thèse. La variabilité saisonnière des caractéristiques des MES est plus prononcée au large que dans la zone sous influence de l’estuaire de Seine. À partir des observations ponctuelles en Baie de Seine et d’une série de mesure long terme dans la zone côtière belge acquise par le laboratoire RBINS, les méthodes acoustiques et optiques sont combinées. Ces dernières ont mis en avant une augmentation de la rétrodiffusion acoustique lorsque la densité moyenne des flocs diminue. / The knowledge of suspended particulate matter (SPM) and turbidity dynamics in coastal waters is essential for studying marine ecosystems. Flocculation/deflocculation processes are crucial mechanisms controlling the dynamics of SPM physical characteristics and thus, the fate of these SPM in the environment. This PhD thesis focuses on the SPM characteristics and their dynamics in coastal waters, from tidal to annual scales, in response to hydrodynamic, hydrological and biological forcing that take place at the interface between estuaries and coastal seas. To this end, optical and acoustic sensors were deployed in situ through 6 field campaigns in 2016, in order to characterize and quantify SPM in the water column, near the mouth of the Seine estuary (France). A critical analysis of LISST-100X measurements in coastal waters is presented. The quantification of uncertainties on SPM concentration measurements is investigated: it highlights the crucial effect of salt retention, and the need for a minimum mass to filter, around 10 mg. A method for estimating an optimal filtration volume based on a reference turbidity measurement is proposed. High frequency measurements show that the dynamics of SPM and median diameter are controlled by the advection-flocculationsedimentation-resuspension cycle.These results allow to classify the factors controlling flocculation processes. Turbulence is identified as the main factor at the semi-diurnal and semi-lunar tidal scales, as the maximum median size of flocs decreases when the tidal currents intensify.At the seasonal scale, the variation of SPM characteristics (size, density, settling velocity) is correlated to the variability of the organic matter (OM) content: in particular, flocculation is enhanced by an increase of the particular OM fraction. The resulting larger and lesser dense flocs are also more resistant to the fragmentation induced by shear. This work also investigates the fractal approach applied to flocs. The fractal dimension variability, calculated by combining in situ data of SPM concentration and particle size distribution, can be associated to variations of the SPM composition, but can also result from uncertainties linked to instrument limitations. The latter are discussed in this PhD thesis. The seasonal variability of SPM characteristics is more pronounced offshore than at the mouth of the Seine estuary. From short-term observations in the Seine Bay and from long-term series in the Belgian coastal zone provided by the RBINS, optical turbidity and acoustic backscatter measurements are combined. They highlight an increase of the acoustic backscatter intensity when mean floc density.

La baie de Seine forme aujourd'hui une vaste dépression marine d'environ 5 000 km 2 , située entre la Manche centrale au Nord, le Cotentin à l'Ouest et le Bassin parisien au Sud et à l'Est. Les nouvelles données sismiques THR (2007-2009) couplées aux données de dragages (2009) acquises en baie de Seine pour la thèse, ont permis de réviser la carte géologique du substratum de la Baie de Seine, d'établir les liens entre ce substratum et la Seine périglaciaire plio-quaternaire et de proposer pour cette dernière un nouveau modèle de dépôt et d'évolution. Le substratum géologique de la baie de Seine présente des formations stratigraphiques et des structures géologiques variées, similaires à celles décrites dans le bassin versant de la baie de Seine. Ce substratum consiste en une structure monoclinale dans l'ensemble de la baie et une structure synclinale au Nord de la baie, toutes deux affectées par des failles. Plusieurs faits nouveaux ont pu être mis en évidence au cours de l'étude du substratum, notamment la reconnaissance de surfaces stratigraphiques majeures connues à terre mais non identifiées jusqu'à présent en baie de Seine, l'existence dans la zone du synclinal de glissements gravitaires tertiaires. Un réseau de paléovallées submergé plio-quaternaire est incisé dans le substratum. Les cycles " glaciaire-interglaciaire " plio-quaternaires et la nature du substratum (lithologie, cuesta, pente, failles, déformations) jouent un rôle majeur dans l'évolution du système fluviatile de la paléoSeine. Cette évolution a été étudiée au travers de la description des terrasses étagées et des nappes emboîtées identifiées en sismique. La paléoSeine montre ainsi l'étagement de trois terrasses alluviales (la Seine ancienne du début du Pléistocène moyen ; la Seine saalienne ; la Seine weichsélienne). Cette reconnaissance des terrasses pléistocènes de la paléoSeine permet de distinguer au moins un épisode important de surrection. Cette surrection, datée du Pléistocène moyen au début du Weichsélien, est estimée à environ 0,07 à 0,1 mm/an, et s'inscrit dans le prolongement du soulèvement connu en Europe du Nord depuis le Néogène avec des mouvements compressifs liés à la convergence Afrique-Eurasie.