Dans les zones de subduction, la géométrie du slab est l'un des paramètres qui contrôle les déformations tectoniques de la marge, le couplage et le potentiel sismogénique. La subduction des Antilles résulte du chevauchement de la plaque Caraïbe vers le NE sur les plaques Amériques, à une vitesse de convergence de 2 cm/an. La sismicité est hétérogène et augmente localement sous la plateforme des Iles Vierges. D’une obliquité croissante vers le nord, cette zone est favorable à un partitionnement dont les déformations sont très peu observées. Ces travaux ont permis de confirmer un substratum d’une affinité de croûte océanique épaissie par un panache mantellique et faiblement épaissi par le magmatisme formant les arcs volcaniques Deux structures accommodant le partitionnement de la déformation ont été mis en évidence. La faille de Bunce est une faille décrochante sénestre de 850 km s’étendant d’Hispaniola jusqu’à Barbuda découplant le prisme d’accrétion du substratum. Le Passage d’Anegada, dont nous avons découvert son extension vers le NE, entaille profondément l’avant-arc. Formé par extension due à la collision du Banc des Bahamas sur le nord de la marge caribéenne, ces structures sont réactivées en décrochement sénestre compatible avec du partitionnement. Les caractéristiques d’une dorsale lente (core complexe et grain océanique) entrant en subduction sont imagées pour la première fois. Elles affectent probablement la morphologie du prisme d’accrétion et le potentiel sismogène. Là où les séismes et les déformations de partitionnement (Passage d’Anegada) s'accentuent localement, le slab est moins profond. Ainsi, le couplage interplaque pourrait augmenter localement et favoriser l'activité sismique et le partitionnement tectonique sous le Passage d'Anegada. / In subduction zones, the 3D geometry of the plate interface is one of the key parameters that controls margin tectonic deformation, interplate coupling and seismogenic behavior. The North American plate subducts below the Caribbean plate with a convergence rate of 20 mm/y. The seismic activity is heterogeneous and increases locally under the Virgin Islands platform. The northward increasing convergence obliquity is favorable in partitioning which deformations were not really observed. This PhD confirms that the forearc crust is a crust of oceanic affinity thickened by hotspot magmatism and poorly affected by subduction magmatism. Two structures accommodating the partitioning of the deformation were identified. The Bunce Fault is a 850-kmlength sinistral strike-slip fault extending from Hispaniola to the east of Barbuda decoupling the accretionary prism from the Caribbean substratum. The Anegada Passage, whose extension towards the NE is highlighted, entailed deeply the forearc. The structures are reactivated in sinistral strike-slip faults compatible with the partitioning of the deformation after formation in extension due to the collision of the Bahamas Bank with the northern margin. We image for the first time the characteristics of a slow ridge formation (partly complex core and partly oceanic grain) entering in subduction. It affects the morphology of the accretion prism and probably the seismogenic potential of the subduction interface. We have highlighted a shallower slab which is located under the NE Anegada Passage and where earthquakes and partitioning deformations increase locally. Thus, the shallowing slab might results in a local greater interplate coupling favoring seismic activity and tectonic partitioning beneath the Anegada Passage.

L'objectif principal de cette thèse est d'approfondir les connaissances en terme d'aléa tsunami en Méditerranée occidental et Atlantique nord. Elle se concentre sur des tsunamis d'origine sismique qui présentent l'avantage d'être précédés d'un précurseur utile pour déclencher l'alerte, car pouvant être ressenti par la population : le séisme. Deux types d'études sont présentés. Elles ont été effectuées sur la base de recherches de documents historiques et/ou de dépôts sédimentaires, en utilisant ensuite la modélisation numérique mettant en application une méthode de calcul de propagation de tsunami par différences finies. La modélisation permet de produire des cartes de hauteur de vagues maximum attendues pour chaque scénario, proposer des temps d'arrivée, des limites de zones d'inondation et l'étude des phénomènes de résonance. Les premières études concernent l'impact tsunami que peuvent avoir des sources sismiques paramètres de rupture) préalablement proposées par des études antérieures (le tsunami de 1755 aux Antilles, à Terre-Neuve et celui de Zemmouri de 2003 dans le sud de la France). Et les secondes correspondent à des études approfondies sur les sources, proposant des scénarios de rupture et donc de génération/propagation de tsunami calant au mieux les données observations d'ordre géologique (sismicité, mécanismes au foyer, données GPS, ruptures de surface, etc.) et les données marégraphiques disponibles (hauteur de vagues, temps d'arrivée, périodes) et observations de terrains (limites et hauteur d'inondation, dégâts). Sur ce point les études ont porté sur les tsunamis de Jijel (1856), El Asnam (1580) et du détroit de Douvres (1580).

Le transport de l'Eau Atlantique en Méditerranée orientale est fortement influencé par la dynamique de tourbillons méso-échelles. Ceux-ci, trouvent leur origine principalement dans l'instabilité barocline de courants côtiers. Ces tourbillons ainsi que les méandres caractéristiques des instabilités, jouent un rôle important dans le transport de masse d'eau, de chaleur, d'éléments nutritifs entre la côte et le large. Ces échanges se doivent d'être correctement reproduits dans les modèles numériques de circulation générale, qui servent souvent à la prise de décision dans des problématiques socio-économiques. Or, le rôle de la bathymétrie sur la circulation océanique de surface en Méditerranée n'est toujours pas bien compris. Ce travail de thèse cherche donc à comprendre et à quantifier l'influence de la topographie sous-marine sur les instabilités des courants de bord et sur la dynamique des structures tourbillonnaires formées le long de la côte. Une observation de ces structures en Méditerranée Orientale, à l'aide de flotteurs de surface et de simulations numériques, confirme leur omniprésence ainsi que leur importance dans la circulation générale de surface. Cette étude met également en avant les difficultés des modèles numériques à reproduire correctement ces tourbillons. L'instabilité barocline au-dessus d'une pente topographique est ensuite étudiée à l'aide d'un courant côtier idéalisé produit dans des expériences en laboratoire sur table tournante et des simulations numériques haute résolution. L'utilisation conjointe des deux approches met en lumière le caractère stabilisant de la bathymétrie qui induit une diminution des taux de croissance instables et la formation de structures de plus petites tailles lorsque la pente topographique augmente. La dynamique de ces structures au-dessus d'une pente est soumise à des processus non-linéaires conduisant à la formation de structures sous méso-échelles.

Notre travail s'intègre dans la tendance actuelle concernant le développement durable et la gestion intégrée des zones côtières. Plus précisément, nous nous sommes intéressés aux besoins de la communauté opérationnelle dépendante du littoral, et au développement et à l'évaluation de méthodologies ad hoc. Nous proposons un ensemble de procédures et d'outils de suivi et de simulation d'environnements littoraux, reposant sur l'utilisation conjointe de données de télédétection, de modèles numériques du transfert radiatif dans la mer et l'atmosphère et éventuellement de mesures in situ, permettant de dériver des informations pertinentes sur la distribution spatiale des propriétés optiques dans les eaux du cas II. Nous montrons que des méthodes robustes de traitement des images à haute résolution spatiale, facilement transposables d'un site à l'autre, sont au coeur du besoin pour un meilleur suivi du domaine littoral par télédétection. Nous dressons un panorama comparatif et critique des méthodes historiques et précisons le cadre opérationnel de leur application. Une analyse détaillée du transfert radiatif dans les eaux littorales turbides permet d'identifier les processus optiques prépondérants et dont la prise en compte est nécessaire à une modélisation satisfaisante de ces environnements. Nous proposons des approches innovantes reposant sur des solutions au problème inverse appliqué à l'optique marine. Ces procédures et méthodes sont intégrées dans un outil logiciel dédié, incluant différents modèles de simulation du transfert radiatif dans les eaux côtières, et un ensemble d'outils de traitement d'image de la couleur de la mer, adaptés au contexte de travail d'un utilisateur opérationnel. La robustesse des méthodes développées est évaluée au travers d'analyses de sensibilité. Cette approche nous a permis de prendre en compte les caractéristiques des capteurs futurs ayant un fort potentiel pour l'étude des zones côtières (MERIS, NEMO-COIS). L'intégration du prototype dans un Système d'Information Marin fournira à terme les conditions d'exploitation optimale de l'outil.

Les marges continentales, passives ou actives, sont la principale voie de transfert sédimentaire entre le plateau continental et le bassin océanique profond et les plaines abyssales. Les pentes continentales sont le siège de processus d'érosion/dépôt sous le contrôle de transfert de flux particulaires continentaux chenalisés par des structures érosives, telles que les canyons sous‐marins, puis redistribues à l'ensemble de la marge. Les canyons érodent fortement les pentes continentales et contribuent à l'évolution de leur morphologie au cours du temps. On retrouve cependant des canyons sous‐marins qui ne sont pas en relation avec la présence d'un réseau fluviatile. De ce fait, la formation et l'évolution des canyons sous‐marins sont encore peu comprises. Ce travail de thèse s'intéresse aux processus de formation et d'évolution de six canyons sous-marins sur la Marge Ouest du Bassin Ligure et à dix systèmes de canyons sur la Marge Calabro-Ionienne. Le but de cette étude est de contraindre les principales caractéristiques morphométriques (longueur, largeur, profondeur, inclinaison, sinuosité), morphologique (éléments architecturaux, configuration) des canyons, de caractériser leur évolution amont‐aval et d'analyser leur structure interne, afin de mieux comprendre l'origine des canyons sous‐marins, leurs mécanismes de construction et leur évolution au cours du temps en relation avec le contexte géologique régional et leurs potentiels bassins versants subaérien. Pour cela, une approche basée sur une analyse morpho-bathymétrique et géophysiques a été mise en œuvre à partir de relevés bathymétriques complets des marges, de profils de sismiques, de Chirp et de SAR.

La nouvelle génération de sondeurs multifaisceaux (SMF) utilise des signaux modulés en fréquence (FM) afin d'accroître l'énergie émise dans le milieu (via la durée des impulsions) tout en gardant une bonne résolution grâce à la compression d'impulsion (filtrage adapté). Ceci permet d'accroitre le rapport signal à bruit et la portée des systèmes. Cependant, les niveaux de performance atteints ne sont pas ceux espérés, et la mesure bathymétrique apparait même paradoxalement plus bruitée. Cette observation a été faite sur plusieurs systèmes de constructeurs différents (ResonTM Seabat 7150, KongsbergTM EM 122, 302 et 710). Les travaux entrepris dans cette thèse ont donc pour objectif d'examiner différentes causes d'incertitude de mesure lors de l'utilisation de signaux modulés. La première interprétation émise est liée à la présence de l'effet Doppler (causé par le mouvement des antennes fixées sur le porteur subissant les mouvements de roulis, tangage, lacet et pilonnement). Une étude de cet effet a donc été menée selon deux aspects : biais et statistique de mesures, s'appuyant sur modèles et simulations. Il a été conclu cependant que l'effet Doppler ne permet pas d'expliquer de manière satisfaisante les baisses de performance observées (les biais de mesures étant déjà pris en compte et corrigé, et les baisses de performance en terme de variance insuffisantes). Une seconde interprétation est basée sur la présence de lobes secondaires lors de la compression d'impulsion qui contribuent comme un bruit, et décorrèle les signaux interférométriques (baseline decorrelation-décorrélation angulaire). Cette dernière a été démontrée comme étant la cause principale de dégradation de la mesure bathymétrique lors de l'utilisation de signaux modulés. Enfin le travail a permis de proposer différentes solutions réalistes en terme de forme de signal émis ou de filtrage afin de réduire les impacts des lobes secondaires (modèle théorique, simulations et mises en oeuvre et testées in situ pour certaines).

À la frontière entre les continents et les océans, les marges continentales sont le siège de la grande majorité des apports de matière - dissoutes et solides, organiques et inorganiques - d'origine continentale vers l'océan. Elles sont aussi directement en contact avec les masses d'eau océaniques qui échangent de la matière et des éléments avec ces marges. L'érosion et le transport par les rivières étant une des sources essentielles des éléments chimiques à l'océan, la remise en suspension de matériel sédimenté et les forts mélanges d'eau favorisent les transferts de matière du continent vers l'océan. Le projet Amandes a pour objectif l'étude de ces échanges entre continents et océans, en étudiant le cas particulier du transport d'éléments en provenance des montagnes andines vers l'océan Atlantique par le système amazonien. Trois disciplines complémentaires - géochimie continentale et marine, océanographie physique et modélisation hydrodynamique (incluant l'assimilation de données) - sont associées pour atteindre ces objectifs. Parmi les modèles de la zone existants, aucun ne répond aux besoins du projet Amandes. Cette thèse a consisté à établir un nouveau modèle, qui permettra d'explorer en profondeur le problème du transport, c'est-à-dire le déplacement de toute la colonne d'eau et ce qu'elle contient, par exemple des sédiments. Cependant, établir un nouveau modèle hydrodynamique dans le but d'étudier le transport de matériaux par le fleuve Amazone dans l'océan Atlantique était un sujet trop ambitieux pour une seule thèse. En conséquence, nous nous sommes attachés à établir les bases d'un modèle qui sera étendu par la suite. Pour répondre à ses besoins de modélisation, le projet Amandes a opté pour le modèle à grilles non-structurées T-UGOm. L'avantage des grilles non-structurées est leur grande souplesse, qui leur permet de s'adapter finement aux spécificités géographiques de la zone modélisée. Dans le cas de l'estuaire de l'Amazone, où la géographie peut être complexe, cette particularité est un avantage critique. Pour appliquer T-UGOm au cas de l'Amazone, il a fallu préciser certains schémas numériques. Également, l'estuaire étant une zone de fortes marées, avec des fonds de faibles profondeurs sur de grandes étendues et soumise à de forts courants, le frottement de fond a une influence primordiale. Nous avons donc apporté un effort important pour affiner la prise en compte de ce frottement par le modèle. D'autre part, tant la faiblesse des fonds marin que la complexité de la géographie induisent également une forte influence du trait de côtes et de la bathymétrie. En conséquence, une part importante des efforts a été dédiée à établir un trait de côtes et une bathymétrie de la zone aussi précis que possible. La marée étant le phénomène hydrodynamique de plus forte amplitude dans la zone, nous nous sommes focalisés sur sa modélisation. Les développements évoqués précédemment ont permis, lorsque l'on compare notre meilleure solution de marée avec les données in situ et satellites, d'améliorer sensiblement la modélisation de la marée. En comparant notre meilleure solution avec celles déjà publiées, celle-ci est plus proche des données collectées. Ceci ouvre la voie à une modélisation hydrodynamique plus complète, en particulier du transport.

Cette thèse présente une plateforme d'assimilation de données issues de l'imagerie vidéo et intégrée au modèle numérique d'évolution de profil de plage 1DBEACH. Le manque de jeux de données bathymétriques haute-fréquence est un des problèmes récurrents pour la modélisation morphodynamique littorale. Pourtant, des relevés topographiques réguliers sont nécessaires non seulement pour la validation de nos modèles hydro-sédimentaires mais aussi dans une perspective de prévision d'évolution morphologique de nos plages sableuses et d'évolution de la dynamique des courants de baïnes en temps réel. Les récents progrès dans le domaine de l'imagerie vidéo littorale ont permis d'envisager un moyen de suivi morphologique quasi-quotidien et bien moins coûteux que les traditionnelles campagnes de mesure. En effet, les images dérivées de la vidéo de type timex ou timestack rendent possible l'extraction de proxys bathymétriques qui permettent de caractériser et de reconstruire la morphologie de plage sous-jacente. Cependant, ces méthodes d'inversion bathymétrique directes sont limitées au cas linéaire et nécessitent, selon les conditions hydrodynamiques ambiantes, l'acquisition de données vidéo sur plusieurs heures voire plusieurs jours pour caractériser un état de plage. En réponse à ces différents points bloquants, ces travaux de thèse proposaient l'implémentation puis la validation de méthodes d'inversion bathymétrique basées sur l'assimilation dans notre modèle de différentes sources d'observations vidéo disponibles et complémentaires. A partir d'informations hétérogènes et non redondantes, ces méthodes permettent la reconstruction rapide et précise d'une morphologie de plage dans son intégralité pour ainsi bénéficier de relevés bathymétriques haute fréquence réguliers.

Les tourbières ont accumulé des quantités importantes de matière organique (tourbe) depuis le début de l’Holocène. La tourbe séquestre des quantités de carbone (C), d’azote (N) et de phosphore (P) substantielles à l’échelle globale. Cependant, très peu d’études ont estimé les stocks de ces nutriments à l’échelle régionale. De plus, les estimations actuelles sont souvent obtenues sans considérer la variabilité des profondeurs de tourbe et les variables biophysiques et physiques qui dictent la capacité de stockage en nutriments. Ce mémoire vise à estimer les stocks en C, N et P des tourbières d’une région du sud du Québec en modélisant les variations de profondeurs de tourbe et en identifiant quelles variables biophysiques et physiques expliquent la capacité de stockage en nutriments des différents types de tourbières. Le sondage manuel des sites d’études a révélé des différences significatives de profondeurs de tourbe entre les types de tourbières. La profondeur moyenne de tourbe obtenue pour les tourbières ombrotrophes était de 4,4 m alors que celles des tourbières minérotrophes et forestières étaient respectivement de 2,3 et 2,0 m. Les profondeurs ont été modélisées par interpolation spatiale pour chaque bassin d’accumulation de tourbe. La relation entre la superficie des tourbières et les stocks en C était significativement différente entre les tourbières ombrotrophes et les tourbières minérotrophes et forestières. Aucune variable étudiée ne permettait de discriminer les stocks en N et P selon le type de tourbière. Les stocks en C, N et P de la tourbe ont été extrapolés pour la région en utilisant la superficie des tourbières et estimés à 5,65 Tg C, 230,5 Gg N et 21,8 Gg P. Mes travaux ont démontré que l’hétérogénéité du bassin d’accumulation et les caractéristiques de surface influencent les stocks en C, N et P contenus dans la tourbe. / Peatlands have accumulated important amounts of organic matter since the beginning of the Holocene. This organic matter accumulation is described as peat, that globally stores large amounts of carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P). Regional estimations of C and nutrients stocks have seldom been quantified. Moreover, peat depth variability and biophysical and physical variables are often not included in actual peat C, N, and P pool size estimations. The goal of this thesis is to provide an estimation of peat C, N, and P pool sizes for a regional county of southern Quebec by modeling peat depth variations and by using biophysical and physical variables to discriminated peat C, N, and P storage among peatland types. Manual peat depth probing showed significant differences in peat depth among peatland types. Mean peat depth of bogs was 4.4 m, while fens and forested peatlands mean peat depths were of 2.3 and 2.0 m, respectively. Modeling of peat accumulation basin by spatial interpolation took these peat depth variations into account, among peatland types. The relationship between peatland area and peat C stocks was statistically different between bogs and fens, and bogs and forested peatlands. Peat N and P content among peatland types were not discriminated by the biophysical and physical variables considered in this study. Peat C, N, and P stocks were extrapolated within the study region using peatland area and estimated at 5.65 Tg C, 230.5 Gg N et 21.8 Gg P. This study has shown that peat accumulation basin heterogeneity and peatland geometric shape influenced peat C, N, and P stocks at the regional scale.

Dans le Fleuve Saint Laurent, l'acquisition des données bathymétriques permet non seulement de produire des cartes de navigation, mais aussi d'appuyer toute activité visant à améliorer la compréhension de la dynamique du fond marin ainsi que des structures qui y sont présentes, notamment les structures sédimentaires telles que les dunes sous-marines. Ce travail de recherche est consacré à la segmentation et à la caractérisation des dunes sous-marines, tout en considérant la qualité des données acquises. En premier lieu, un modèle d'analyse de l'influence de la morphologie du fond marin sur la valeur de l'incertitude des données bathymétriques a été conçu. Une telle analyse permet de mieux connaître et comprendre l'influence du fond sur la valeur d'incertitude calculée par des approches classiques. Ainsi, la méthode proposée permet d'améliorer l'interprétation de la surface du fond et des structures qui y sont présentes. Par la suite, le projet a conçu et développé une méthode de segmentation des dunes à partir d'un Modèle Numérique Bathymétrique, adaptée au contexte fluviomarin. L'originalité de cette méthode repose sur l'utilisation d'un modèle conceptuel qui formalise l'identification des dunes sous-marines selon leurs saillances (i.e. ligne de crête et deux pieds de dunes). En effet, les dunes sont des structures floues sans une délimitation claire sur le fond marin. Dans la méthode proposée, les saillances sont identifiées à partir d'une analyse morphométrique du fond marin. Ensuite, une approche orientée-objet permet de générer les objets dunes à partir de ces saillances. La démarche associe chacune des lignes de crête aux pieds des dunes qui lui correspondent, permettant ainsi de circonscrire l'ensemble de la dune. L'approche orientée-objet offre une objectivité, répétabilité et robustesse à la segmentation, lui permettant de s'adapter au contexte variable des fonds. La méthode proposée a été validée avec les données bathymétriques de la Traverse Nord du Fleuve Saint Laurent, avec plus de 850 dunes segmentées et un taux de performance de 92% des dunes bien segmentées. Finalement, la dernière partie du projet a été consacrée à la caractérisation des dunes. Celle-ci repose également sur la formalisation des objets dunes. En considérant les saillances et la surface de la dune segmentée, la méthode conçue et développée calcule différents descripteurs morphologiques, sélectionnés à partir de la littérature. Pour valider la méthode de caractérisation proposée, plus de 1200 dunes ont été caractérisées dans neuf champs différents dans le contexte fluviomarin de la Traverse Nord du Fleuve Saint-Laurent. Ainsi, basé sur les méthodes de segmentation et de caractérisation des dunes, un outil qui permet de décrire de manière systématique autant les dunes individuelles que les champs où elles sont localisées à partir d'une surface modélisant le fond marin a été développé dans ce projet de recherche. / In the Saint-Lawrence River, the acquisition of bathymetric data not only allows the production of navigation charts, but also supports different activities aiming to improve the knowledge related to the seafloor dynamics and the structures present on it, particularly sedimentary structures such as underwater dunes. This research work is dedicated to the segmentation and characterization of underwater dunes, considering the quality of the bathymetric data acquired. In the first place, a model was designed to estimate the influence of the seafloor morphology on the value of the uncertainty of bathymetric data. The analysis of such influence allows a better knowledge and understanding of the influence of the seafloor on the uncertainty value calculated by classical approaches. Therefore, the proposed model allows a better interpretation of the underwater structures as well as the seafloor surface. Afterwards, the project has designed and developed a method of dune segmentation from a Digital Bathymetric Model. This approach is adapted to the fluviomarine context. The originality of this method lies in the use of a conceptual model that formalizes the identification of underwater dunes considering their salient features (i.e. crest line, stoss trough and lee trough). Underwater dunes are fuzzy structures without a clear delineation on the seafloor. In the proposed method, the salient features are identified from a morphometric analysis of the seafloor. Then, an object-oriented approach is used to generate dune objects from these salient features. The approach matches each crest line with its respective troughs allowing to circumscribe the dune objects. This object-oriented approach offers objectivity, repeatability and robustness to the segmentation, allowing it to adapt to the variable context of the seafloor. The proposed method was validated with bathymetric data from the Northern Traverse of the Saint-Lawrence River, with more than 850 segmented dunes and a performance rate of 92% of well-segmented objects. Finally, the last part of the project was dedicated to the characterization of the dunes. This approach is also based on the formalization of dune object by the conceptual model. By considering the salient features and the entire surface of the segmented dunes, the designed and developed method calculates different morphological descriptors, selected from the literature. To validate the proposed characterization method, more than 1200 dunes were characterized in nine different dunes fields in the fluviomarine context of the Northern Traverse of the Saint-Lawrence River. Thus, a tool that allows a systematic way to describe both individual dunes and the fields where they are located has been developed in this project.