Les enjeux en modélisation du climat sont énormes du fait de la forte demande sociétale, en particulier sur la quantification des incertitudes des projections climatiques régionales et leurs conséquences sur l'évaluation de la vulnérabilité de nos sociétés dans un contexte de réchauffement climatique. Du point de vue climatique, la région méditerranéenne constitue une zone de transition entre les climats semi-arides au sud et les climats tempérés au nord, sous l'influence des circulations synoptiques des latitudes moyennes et de la variabilité climatique tropicale. A petite échelle, l'orographie complexe de la région méditerranéenne est un acteur majeur de la perturbation de l'écoulement synoptique, à l'origine de la formation de structures de méso-échelle pouvant évoluer en systèmes météorologiques extrêmes à fort impact tels que tempêtes, précipitations intenses et crues. La contribution des processus de très fines échelles et leurs interactions non-linéaires avec les processus de la grande échelle rendent donc délicate la modélisation du climat et de l'environnement régional à fine échelle. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de mieux appréhender la nature et les effets des interactions d'échelles sur notre compréhension du climat régional méditerranéen et sur sa modélisation à fine échelle par approches dynamiques, statistiques et stochastiques.

Le quinoa est une pseudocéréale d'Amérique du Sud, cultivé essentiellement en région andine sur les Altiplanos boliviens et péruviens. Aujourd'hui, environ 25 000 tonnes sont produites annuellement en Bolivie, qui est devenu le premier exportateur mondial. Toutefois, l'Altiplano bolivien, d'altitude moyenne 3800m, est un milieu difficile, où les risques élevés de sécheresse et de gel pendant le cycle de culture sont à l'origine de rendements agricoles faibles et très variables. Ces conditions climatiques limitantes font de la germination et de la levée la principale phase critique de la culture du quinoa. Ce travail a eu comme objectif l'analyse de ces questions par modélisation, par le biais de l'adaptation d'un modèle générique de fonctionnement des cultures, STICS, au quinoa dans les conditions climatiques et culturales de l'Altiplano bolivien. Pour cela, des jeux de données ont été constitués grâce à des expérimentations en trois sites répartis du Nord au Sud de l'Altiplano. Dans un premier temps, l'implantation de la culture a été étudiée seule, par expérimentation numérique en testant différents itinéraires techniques. Le deuxième temps a consisté en la calibration du modèle pour le quinoa. Après analyse des formalismes existants et détermination du besoin d'ajouts ou de modifications de formalismes, les paramètres ont été déterminés. Les résultats obtenus s'avèrent assez satisfaisants. Enfin, dans un troisième temps, l'impact des techniques d'implantation sur le rendement a été testé. Différentes successions culturales ont également été simulées, afin de voir leur influence sur l'état hydrique et azoté du sol et sur l'implantation et le rendement de la culture.

La ressource en eau est une des préoccupations majeures de notre décennie. Bien que les problèmes attelant à la pollution directe des cours d'eau et des réservoirs soient bien connus, peu d'études s'intéressent aux problèmes liés aux flux sédimentaires et à ses conséquences sur les milieux aquatiques. Dans ce contexte, nous avons choisi de nous intéresser aux réservoirs de Cointzio et d'Umécuaro (Michoacán, Mexique). Situés en zone montagneuse, de morphologie très différentes mais fortement soumis au même forçage climatique saisonnier (saison des pluies de juin à novembre), ces deux réservoirs ne présentent pas les mêmes dynamiques sédimentaires. Une étude complète de ces fonctionnements fait appel à des compétences diverses telles que l'hydrologie, l'hydrodynamique ou encore la sédimentologie. Chacune des disciplines abordent ces problèmes d'interaction eau - sédiment et leurs interactions ne sont pas négligeables. C'est pourquoi le choix a été fait de suivre une démarche systémique pour comprendre la dynamique globale de ce système, du bassin versant au réservoir, et de l'échelle de la crue à l'étude pluri-décennale. L'analyse hydrologique confirme l'importance du forçage météorologique saisonnier qui régit le remplissage des réservoirs de Cointzio et d'Umécuaro. Ces deux réservoirs montrent des dynamiques hydrologiques contrastées (augmentation progressive du débit pour l'un, remplissage des nappes pour l'autre), traduisant des taux d'érosion modérés à faible sur l'ensemble du bassin versant considéré. L'analyse hydrodynamique a mis en évidence l'importance du forçage météorologique et hydrologique sur la dynamique de la colonne d'eau sur le réservoir de Cointzio. La saison sèche est marquée par une importante stratification, liée au forçage radiatif seul. Au fil de la saison des pluies, la stratification tend à se fragiliser sous l'effet des crues qui, de par leur charge solide, s'écoulent sur le fond. Ces écoulements hyperpycnaux ont pu être représentés par le biais de deux simulations numériques distinctes (modèle INFLO1 et modèle CA). L'analyse sédimentaire vient boucler l'ensemble des observations précédemment faites. L'observation détaillée de carottes prélevées dans les deux réservoirs confirme les régimes et les processus de remplissage identifiés. Les datations par radioéléments, tout comme le traitement d'image RX, nous informent sur les vitesses de remplissage et nous permettent de conclure sur la validité des modèles précédemment utilisés.<br />La synthèse de l'ensemble des données recueillies montrent que depuis les années 70, les conditions érosives sur le bassin versant de Cointzio sont relativement stables mais que certains efforts restent à faire pour limiter l'effet des transferts sédimentaires (plus particulièrement de la fraction colloïdale) sur les eaux du réservoir de Cointzio.

La méthode de l'analyse palynologique à haute résolution a été appliquée à cinq coupes du Pliocène inférieur du sud-est de l'Europe qui bénéficiaient d'un très bon cadre géologique et chronologique: Hinova, Valea Visenilor, Husnicioara, et Lupoaia dans le bassin Dacique (sud-ouest de la Roumanie), Site DSDP 380A (mer Noire) qui inclut également le Miocène terminal (Messinien).<br />L'étude de la flore pollinique illustre comment cette région est demeurée relativement protégée de l'hécatombe qui a affecté la diversité floristique d'Europe au cours du Pliocène supérieur et du Quaternaire en raison des cycles glaciaire-interglaciaire. Une influence certaine de la mousson asiatique y a permis le maintien jusqu'à nos jours de plusieurs espèces thermophiles.<br />L'organisation altitudinale de la végétation forestière a pu être reconstruite sur le versant méridional des Carpathes. Les marécages du delta du paléo-Danube évoquent les environnements actuels du delta du Mississippi et de Floride (« swamps » arborés, « marshes » herbacés). Les étages végétaux supérieurs s'étendaient vers des altitudes plus basses à chaque « refroidissement » selon des cycles de 100.000 ans contrôlés par l'excentricité, tout comme, à l'opposé, les arbres thermophiles (et les couches de lignite) se développaient lors de chaque réchauffement. Une compétition existait entre « swamps » et « marshes » au gré des intensifications de la mousson asiatique sur le sud-est de l'Europe selon les cycles de la précession (période de 20.000 ans). Ces intensifications de la mousson (minima de précession) avantagaient les « marshes » qui demandent davantage d'humidité que les « swamps ». La comparaison avec les dépôts de sapropèles méditerranéens, contrôlés par le même facteur astronomique, fait apparaître qu'il existait au Pliocène un gradient longitudinal sur la zone méditerranéenne. Le contraste est fort dans la végétation, comme aujourd'hui, entre les domaines Dacique et Pontique. Dans cette dernière région, la compétition commandée par les cycles thermiques de l'excentricité concerne d'une part les arbres thermophiles, d'autre part les formations steppiques à Artemisia. Leur développement précoce annonce leur extension à tout le domaine méditerranéen lors des premiers cycles glaciaire-interglaciaire (2,6 Ma).<br />Cette étude à haute résolution fournit aussi un enregistrement très détaillé du climat régional en relation avec l'évolution globale du climat pour la période comprise entre 6 et 3,8 Ma. La résolution atteint celle de la courbe isotopique de l'oxygène de référence. Ainsi, connaît-on mieux les effets des variations minimes de la température et de l'humidité sur la végétation au cours d'une période chaude. Il s'en suit une climatostratigraphie à l'échelle de l'Europe et une cyclostratigraphie des dépôts de Paratéthys centrale qui peuvent ainsi être précisément corrélés aux sédiments méditerranéens de référence.<br />Les effets de la dessiccation de la mer Méditerranée (crise de salinité messinienne, entre 5,7 et 5,32 Ma) sur la mer Noire sont nettement perceptibles que ce soit sur la végétation littorale ou sur la flore aquatique de dinoflagellés. On en déduit une nouvelle vision des relations entre mer Méditerranée et Paratéthys centrale avant et après cette crise.

Etudier les dynamiques des paysages de la vallée du Yamé depuis quatre milles ans consiste à comprendre la genèse des paysages et les changements qu'ils connaissent depuis que les sociétés commencent à intervenir de façon intensive sur le milieu. Nous souhaitons à travers cette recherche contribuer à la connaissance des paysages africains en tant qu'entité culturelle en tenant compte des actions anthropiques et bioclimatiques. <br />La vallée du Yamé est localisée dans la zone soudano-sahélienne au centre du Mali. Elle est le principal cours d'eau du Pays dogon. Afin de répondre à notre problématique, nous avons opté pour un plan thématique. Dans une première partie, nous présentons le cadre et les contextes d'études. La deuxième partie consiste en une présentation du cadre chronostratigraphique réalisé à haute résolution. La troisième partie correspond à l'analyse des formations fluvio-palustres et des fonctionnements hydro-sédimentaires (à partir d'analyses granulométriques et micromorphologiques). La quatrième partie est une présentation des paysages végétaux et de leur évolution, à partir des méthodes palynologiques, anthracologiques, carpologiques et de l'analyse du signal incendie. La cinquième partie repose sur une synthèse des résultats, avec une interprétation spatio-temporelle des paysages de la vallée du Yamé depuis quatre mille ans. Cette recherche permet d'observer une ouverture progressive des paysages associée à un changement de physionomie des espèces qui doit être reliée à une aridification du climat et à la mise en place d'agrosystèmes dans la région. La végétation a évolué dans la vallée entre différentes mosaïques de savanes et forêts claires et/ou denses sèches qui sont progressivement à caractère soudano-sahélien. Les espèces pyrophiles se développent progressivement, en relation avec l'émergence d'une agriculture basée sur la culture du mil, attestée par l'archéobotanique avec des feux saisonniers d'origine anthropique. Ces différentes analyses permettent de proposer des scenarii paysagers, qui synthétisent les évolutions des paysages au Pays dogon et met en évidence le rôle crucial des sociétés. Ainsi est mise en évidence l'influence croissante des hommes sur leur environnement en Afrique de l'Ouest, au cours de ces quatre derniers millénaires qui aboutit à la construction de véritables paysages culturels.

Dans ce travail, nous avons adapté et mis en oeuvre le modèle de neige CROCUS pour le calcul et la reconstruction du bilan de masse des glaciers alpins. Le bilan de masse est calculé au pas horaire à partir des données de température, vitesse du vent, humidité, précipitations, rayonnement infra-rouge, rayonnement solaire direct et diffus et nébulosité. Il est spatialisé sur l'ensemble de la surface du glacier avec un pas horizontal de 200 m. Les données météorologiques pour la validation du modèle proviennent du modèle SAFRAN. La glace de glacier a été introduite dans CROCUS (albédo, rugosité), et la chaîne SAFRAN/CROCUS a été validée à partir de mesures de terrain et de reconstructions photogrammétriques du bilan de masse de surface et d'images satellite de la ligne de neige. Le bilan de masse pour la période 1981-2004 est reconstruit pour les glaciers de St Sorlin et d'Argentière, en bon accord avec les données disponibles.<br /><br />Le modèle permet de tester la sensibilité du bilan de masse des glaciers aux paramètres météorologiques. Pour des amplitudes de variations des paramètres météorologiques compatibles avec un changement climatique réaliste (prévisions climatiques de type IPCC), la température se révèle le paramètre dominant, et la sensibilité de l'altitude de la ligne d'équilibre est de 125 m.K-1, ou même 160 m.K-1 si la variation concomitante du rayonnement infra-rouge est prise en compte. L'impact de la variabilité des paramètres et des combinaisons de paramètres entre eux n'est pas négligeable par rapport à l'impact d'un changement de la moyenne météorologique (tendance).<br /><br />Des simulations longues de bilan de masse ont été effectuées sur la période 1800-2165, en utilisant des résultats de simulations climatiques réalisées par plusieurs modèles de circulation générale dans le cadre de l'IPCC AR4. D'après le modèle, le glacier de St Sorlin devrait disparaître avant 2100.

Le modèle climatique régional MAR (Modèle Atmosphérique Régional) est mis en œuvre pour la simulation du climat en Afrique de l'Ouest, piloté à ses frontières latérales par les réanalyses ERA-15. Une simulation de 10 ans, portant sur les années 1983 à 1992 est effectuée. Une validation des sorties pluviométriques du MAR est faite sur une large gamme d'échelles temporelles, depuis le pas de temps journalier jusqu'à la variabilité inter-annuelle. Le MAR reproduit favorablement les principales caractéristiques du régime pluviométrique en Afrique de l'Ouest. Deux déficiences sont soulignées : une sous-estimation des précipitations en zone sahélienne et une mauvaise représentation des précipitations à l'échelle journalière. Une comparaison des sorties du MAR avec les données pluviométriques journalières de l'IRD a permis de mettre en évidence le fait que le MAR se comporte de manière assez satisfaisante pour des échelles temporelles supérieures à 3-5 jours. La sensibilité du modèle à la prescription des états de surface est également étudiée à travers la simulation de l'année 1992. Enfin le MAR est utilisé dans une étude de processus afin d'analyser les mécanismes de la progression irrégulière de la mousson ouest-africaine. Une explication, basée sur des considérations thermiques et sur la distribution géographique de l'albédo de surface, est proposée.

La perte d'habitat et la déforestation sont les principales menaces qui pèsent sur la biodiversité Malgache. Ces processus sont responsables du déclin d'un nombre important d'espèces. Cependant, les mécanismes de ce déclin ne sont pas encore complètement élucidés. En utilisant la roussette malgache (Rousettus madagascariensis) comme un modèle d'organisme, nous nous sommes attachés à étudier les réponses écologiques et génétiques de cette espèce dans des paysages naturels et des paysages modifiés par l'homme et présentant divers types de caractères physico-climatiques à Madagascar. Ayant une large distribution, cette espèce est endémique à Madagascar et assure potentiellement un rôle important dans la régénération naturelle des forêts malgaches. A partir de l'utilisation de la radio télémétrie, d'analyses des matières fécales, d'études moléculaires et de mesures morphométriques nous avons pu examiner le mode de dispersion et l'écologie de cette espèce. L'observation des animaux en volière a fourni des informations importantes sur son choix alimentaire entre plantes autochtones et celles à valeur économique. Dans cette étude, nous avons ainsi mis en évidence : i) que Rousettus madagascariensis utilise les habitats forestiers et ceux modifiés par l'homme pour s'alimenter ; ii) qu'elle a une préférence plus marquée envers les espèces forestières et pionnières qu'envers celles d'importance commerciale ; iii) qu'elle présente une faible mais significative structuration génétique ; iv) mais une variation morphométrique, qui est dépendante de la latitude et de l'altitude.

Les structures en béton armé exposées à des environnements agressifs subissent des dégradations qui affectent leur intégrité. La corrosion des armatures est l'un des mécanismes de dégradation les plus répandus et les coûteux en terme de maintenance et de réparation. Ce processus est dû à la pénétration des agents agressifs dans le béton, notamment les ions chlorures et le gaz carbonique. Les chlorures induisent une corrosion localisée ou par piqûre, alors que le gaz carbonique engendre une corrosion généralisée ou uniforme. Le déclenchement et la propagation de la corrosion dépendent de plusieurs facteurs liés aux matériaux, aux chargements, à la géométrie et à l'environnement. Ces facteurs présentent de grandes incertitudes qui doivent être prise en comptes à travers une approche probabiliste. Dans ce travail de recherche, nous nous intéressons au mécanisme de corrosion en général. Un intérêt particulier est porté à la prise en compte de l'impact des facteurs climatiques sur ce processus, notamment dans le contexte libanais. Ainsi, nous proposons une modélisation physique de la corrosion des aciers dans les poutres en béton armé qui se déroule en deux phases : - une phase d'initiation durant laquelle les agents agressifs (chlorures et gaz carbonique) pénètrent dans le béton et atteignent des concentrations critiques provoquant la dépassivation de l'acier ; - une phase de propagation durant laquelle il y a corrosion active des aciers et diminution de la résistance de la poutre jusqu'à la défaillance. Les facteurs présentant des incertitudes sont traités comme des variables aléatoires. Pour les modéliser, nous avons étudié, pour les différentes variables aléatoires, de nombreux modèles probabilistes proposés dans la littérature. Nous avons vérifié leur compatibilité vis-à-vis de notre problématique et la possibilité d'assurer les données nécessaires à leur bonne utilisation (notamment la cohérence entre les hypothèses). Ensuite, nous avons retenu les modèles probabilistes les plus adaptés à notre cas. Par ailleurs, l'application des principes fiabilistes nous permet d'évaluer la fiabilité des poutres sujettes à la corrosion vis-à-vis des deux états-limites (ELU et ELS). En effet, la perte de la section d'acier due à la corrosion induit d'une part, une diminution de la capacité portante de la poutre, et d'autre part une augmentation de la contrainte au niveau du béton tendu (provoquant un accroissement des ouvertures des fissures). Ainsi, pour l'état limite de service, la marge de sûreté s'annule lorsque l'ouverture des fissures dépasse la valeur limite préconisée par l'Eurocode 2. Quant à l'état limite ultime, la fonction d'état limite est la résistance en flexion : la défaillance a lieu lorsque le moment résistant équivaut au moment sollicitant. Le calcul fiabiliste est effectué au moyen de simulations de Monte-Carlo. Finalement, nous avons réalisé plusieurs applications aux modèles de corrosions proposées dans ce travail. La première application porte sur l'analyse des sensibilités des modèles de corrosion aux différents paramètres. L'effet des moyennes des paramètres aléatoires ainsi que leurs variabilités sur la réponse du modèle est examiné. Une attention particulière est accordée à l'impact des facteurs climatiques. Ainsi une application du modèle de corrosion induite par les chlorures avec des données réelles de température et d'humidité relatives à trois villes côtières ayant des caractéristiques climatiques différentes est présentée. Ensuite une étude comparative de l'effet du choix des diamètres des armatures et des épaisseurs des enrobages sur la fiabilité à l'état limite ultime et à l'état limite de service est effectuée. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l'aspect agressif des facteurs climatiques : un climat chaud et humide est très agressif vis-à-vis de la corrosion induite par les chlorures alors qu'un climat à humidité relative variable favorise la corrosion par carbonatation. Ainsi, la chaleur et l'humidité relative se révèlent être des facteurs qui agressent la structure dans un environnement corrosif avec un effet déterminant de l'humidité relative sur la phase d'initiation et un impact important de la température sur la phase de propagation. Cette constatation nous a poussé à recommander, entre autres, l'intégration des facteurs climatiques dans les codes de conception comme sources d'agression dans la définition des classes d'exposition des ouvrages. Les résultats obtenus ont montré aussi l'effet contradictoire du diamètre des armatures et de l'épaisseur de l'enrobage sur la fiabilité des poutres vis-à-vis de l'ELS et de l'ELU. Cette combinaison diamètre des armatures/épaisseur de l'enrobage doit être optimisée en sorte d'assurer les recommandations de l'Eurocode 2 à l'ELS et à l'ELU. L'évaluation de l'effet du climat libanais sur la corrosion des aciers dans le béton est réalisée. Les applications sont effectuées avec des données climatiques réelles de trois villes du Liban permettant de représenter les différents aspects du climat libanais. Les résultats ont montré : - l'agressivité du climat de la zone côtière libanaise vis-à-vis de la corrosion induite par les chlorures ; - l'agressivité du climat de la zone interne du Liban vis-à-vis de la corrosion par carbonatation.

Les milieux oroméditerranéens sont considérés comme particulièrement sensibles aux changements climatiques. Deux questions sont posées dans ce contexte : quelles sont la nature et l'ampleur des modifications climatiques à l'échelle régionale (climat et enneigement) au Chili central, depuis les années 70 ? Quels sont les changements de la végétation en montagne (dans la tranche d'altitude 1.500 - 2.500 m), en particulier au niveau de la limite supérieure de la forêt à Kageneckia angustifolia ? La première partie de la thèse présente les spécificités des milieux de montagne et les changements climatiques déjà observés de façon générale et au Chili en particulier. Elle présente aussi les sites d'étude au niveau climatique et biogéographique. La deuxième partie concerne les données et la méthodologie. Une approche scalaire est mise œuvre, avec confrontation et mise en complémentarité de différentes techniques : télédétection, chroniques climatiques et mesures in situ. La troisième partie présente les résultats. Les données climatiques enregistrées les 30 dernières années aux stations d'El Yeso (2.500 m) et de Los Bronces (3.500 m), montre une croissance d'environ 1 °C pour la température moyenne annuelle, réchauffement plus marqué à El Yeso, au niveau des températures minimales. Pour l'enneigement, il est montré une haute variation interannuelle de la couverture de neige et une élévation de la limite de la neige durant les dernières décennies, d'environ 300 m. Ces résultats, sont accompagnés d'une augmentation faible du NDVI. Au niveau de la vallée Yerba Loca, l'étude diachronique de l'écotone supraforestier montre des transformations vers une augmentation de la superficie des espaces forestiers et leur densification. Enfin, l'expérience de germination, à Yerba Loca montre qu'il existe une différence significative entre le pourcentage de germination des graines à l'intérieur des enclos et à l'extérieur, avec un effet négatif de la couverture neigeuse sur la germination des plantules.