L'objectif de la thèse est de caractériser la variabilité climatique de la période Holocène (10 000-0 ans) en analysant des séries climatiques d'enregistrements marins, continentaux, glaciaires. Les enregistrements d'Atlantique Nord et Sud ainsi que l'océan Austral ont permis d'identifier deux types de fréquences millénaires : les premières s'expriment pendant le début de l'Holocène (10 000-5 000 BP) et sont similaires aux fréquences solaires, les secondes, pendant la fin de l'Holocène, suggèrent un forçage interne océanique. Ce schéma Holocène avec une circulation océanique qui s'établit à un régime stable à partir de 5 000 ans coïncide avec l'établissement du niveau marin à son niveau proche de l'actuel, en lien avec la disparition de la calotte Laurentides et les drainages d'eau douce en Atlantique Nord. À partir de 5 000 ans, les flux d'eau douce ne perturbent plus le gradient de salinité permettant l'établissement de la circulation thermohaline à son régime stable. En Antarctique, de nouvelles séries de données poussières couvrant les 2000 dernières années à Dôme C et Vostok ont été produites. Sur la période Holocène en analysant l'ensemble des données disponibles (isotopes stables, excès en Deutérium, poussières) pour différents sites sur le plateau Antarctique, il n'apparaît aucune structure persistante significative pour aucun des proxies. Au Groenland, les seules fréquences significatives dans le deutérium sont l'empreinte spectrale de l'événement 8 200 ans. Le signal climatique déduit des calottes polaires pour la période Holocène est masqué par des processus tels que les effets locaux, la sensibilité des proxy,...

Il est probable que les changements climatiques futurs diminuent la croissance forestière en région tempérée. Cette vulnérabilité des espèces face aux contraintes du climat peut être étudiée via les cernes des arbres. Ces derniers sont en effet des archives du carbone utilisé par les arbres pour leur croissance, en lien avec les caractéristiques spécifiques de gestion du carbone et de réponse au climat. L'objectif principal de cette thèse est de déterminer, à partir des cernes, les réponses fonctionnelles de trois essences forestières tempérées (Fagus sylvatica, Quercus petraea et Pinus sylvestris) aux variations climatiques. Pour cela, nous avons réalisé une approche expérimentale en étudiant deux proxys (ou indices climatiques) : la croissance et la composition isotopique en 13C (δ13C) des cernes, à deux échelles temporelles : interannuelle et saisonnière. A l'échelle interannuelle, sur la période 1960-2007, une étude dendrochronologique a été réalisée sur les trois essences et a été complétée par l'analyse du δ13C des cernes (en relation avec le climat). A l'échelle saisonnière, nous avons déterminé précisément, sur une année (2009), les dynamiques de croissance du cerne et les variations de δ13C intra-cerne. Nos résultats mettent en évidence une sensibilité de la croissance et du δ13C des cernes des trois essences aux sécheresses estivales. Grâce à la complémentarité des proxys et des échelles temporelles, nous avons également trouvé des réponses climatiques contrastées entre espèces. La croissance du Hêtre est la plus réactive au climat d'une année à l'autre. Cette croissance ainsi que le δ13C des cernes sont fortement sensibles aux températures de juillet, en plus des précipitations printanières et estivales. Cette réponse immédiate au climat peut être expliquée par une forte dépendance de la croissance au fonctionnement foliaire et une faible utilisation des réserves carbonées pour assurer le début de la croissance. Le Chêne présente lui des arrières-effets climatiques sur sa croissance, via une forte sensibilité aux sécheresses de l'automne précédent, contrairement aux deux autres espèces. Ce résultat est à mettre en relation avec l'utilisation importante de réserves carbonées par rapport aux assimilats pour la croissance du bois initial, cette dernière étant très rapide, comme nous l'avons observé grâce à l'analyse saisonnière de la croissance. Concernant le Pin, la croissance, parce qu'elle dure plus longtemps que celle des décidues, est influencée par les températures et les précipitations de juin jusqu'à août. Le δ13C des cernes de pins est celui qui enregistre le plus la réponse au VPD, aussi bien à l'échelle saisonnière qu'interannuelle, probablement du fait d'une forte sensibilité de la conductance stomatique à ce paramètre. Les informations fournies par les cernes permettent d'appréhender la survie des espèces face aux changements climatiques futurs et peuvent être utilisées pour comprendre le dépérissement lié à ces changements.

Le mémoire d'habilitation fait le point sur quinze années de recherches sur les risques torrentiels montagnards, essentiellement dans les Pyrénées, et dans une dimension historique. Le mémoire est organisé en trois parties : une première partie de mise en perspective théorique et de positionnement des recherches dans le champs de la géographie. L'auteur y montre comment ses travaux s'inscrivent dans la logique des évolutions de sa discipline au cours de la seconde partie du XXe siècle : passages simultanés d'une géographie physique à une géographie de l'environnement, d'une géographie des aléas à une géographie des risques, de l'analyse des temporalités environnementales à l'histoire des catastrophes et des risques. La deuxième partie pose le dispositif méthodologique des recherches et synthétise les apports d'une approche historique des catastrophes et des risques à la connaissance de l'histoire de l'environnement, tant dans ses dynamiques naturelles (climat en particulier) que sociales (" réactions " des sociétés montagnardes aux événements). Enfin la troisième partie est celle des transferts contemporains de ces résultats, tant en matière de recherche opérationnelle (gestion des risques) que de recherche fondamentale (changement climatique).

L'étude des sédiments laminés, permettant des reconstitutions paléoenvironnementales à haute résolution, constitue le fil directeur de notre thèse. Les lacs d'Anterne (2063 m asl) et du Bourget (231,5 m asl), tous deux situés dans les Alpes françaises du nord, ont été choisis afin de contribuer à la compréhension de l'évolution du climat dans cette région et d'étudier l'impact de activités humaines sur les environnements alpins et périalpins. Un des défis de cette thèse est donc de distinguer le rôle respectif de ces deux facteurs dans les changements observés à travers l'étude des sédiments. La séquence sédimentaire du lac d'Anterne couvre la majeure partie de l'Holocène. L'évolution des processus d'érosion dans le bassin versant a pu être reconstituée à partir d'analyses sédimentologiques et d'une approche " source-puits " appliquée aux analyses géochimiques organiques et minérales. Cette approche méthodologique, couplée aux indicateurs quantitatifs d'érosion, a permis de mettre en évidence l'évolution des couvertures pédologiques, lesquelles sont contrôlées par la lithologie, la topographie, la végétation, le climat et l'usage des sols. Les résultats obtenus ont apporté des éléments de réponse sur l'origine climatique et/ou anthropique des changements observés. Une évolution progressive au début de l'holocène (9950-5450 cal. BP) avec mise en place des sols (processus de décarbonatation et d'acidification) et de la végétation, puis stabilisation de celle-ci a ainsi été mise évidence. Des conditions anoxiques se sont développées au fond du lac au cours de cette phase de stabilisation. Elles sont interprétées comme la conséquence d'une végétation bien développée dans le bassin versant. Une évolution régressive des sols, accompagnée d'importants processus d'érosion débute vers 5450 cal. BP, en raison d'un renversement climatique vers des conditions plus froides. Cette histoire régressive se poursuit en réponse à une pression anthropique renforcée (déforestation, activité pastorale) à l'Age du Bronze (autour de 3400 cal. BP), durant la fin de l'Age de Ferdébut de la période Romaine (2400-1800 cal. BP) et au Bas Moyen Age (1000-1200 ap. J.-C.). Nos interprétations ont pu être confortées et enrichies grâce au croisement de nos données avec des reconstitutions climatiques obtenus sur le site d'étude (température à partir des chironomes) et dans la région, et avec des données de paléovégétation (pollen, bois fossiles) et d'archéologie acquises dans le massif entourant le Lac d'Anterne. L'enregistrement du lac du Bourget ne couvre que les 120 dernières années. L'intérêt de cette archive est l'étude de la variabilité hydroclimatique annuelle à décennale et la reconstitution de l'évolution des conditions trophiques et de l'oxygénation du fond du lac en relation avec les activités humaines (rejet d'eaux usées, activités agricoles) et le climat. Contrairement à Anterne, les sédiments laminés du Lac du Bourget sont varvés. Une datation juste, précise et à haute résolution a donc été obtenue. A partir des analyses sédimentologiques et géochimiques, notre étude a pu mettre en évidence les effets opposés des crues du Rhône (affluent temporaire du lac) sur la qualité des eaux du lac (apport de nutriments mais aussi d'oxygène). Un intérêt particulier a donc aussi été porté à la compréhension des facteurs contrôlant les crues du Rhône (climat/activités anthropiques).

Cette étude a pour but de comparer et d'évaluer les bilans hydrique et énergétique de surface des versions opérationnelle et en développement du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) avec les ré-analyses atmosphériques et les observations de surface disponibles. Les versions opérationnelle et en développement du MRCC se distinguent par l'emploi du module de paramétrage des processus physiques du Modèle de Circulation Générale Canadien (MCGC) de deuxième et troisième génération respectivement, développé par le Centre Canadien de modélisation et de l'analyse Climatique (CCmaC). Parmi les améliorations apportées à la physique du MCGC III, soulignons l'implantation d'un nouveau schéma de surface appelé CLASS (Canadian LAnd Surface Scheme), un modèle à trois couches de sol avec traitement explicite des couverts végétal et nival; il remplace le modèle hydrologique Beautified Bucket et le régime thermique de force de rappel à une couche de sol utilisés dans la version opérationnelle du MRCC. Les simulations sont issues de la phase 1c du projet PIRCS couvrant l'ensemble des États-Unis entre 1987 et 1994. L'analyse est réalisée sur les bassins-versants des fleuves Mississippi et Columbia. Certains flux de surface et champs diagnostics d'intérêts sont comparés avec les ré-analyses du NCEP/NCAR sur 50 ans et du ECMWF sur 40 ans. Les taux de précipitation, la température à l'abri et l'écart diurne de température à l'abri sont également comparés avec des climatologies d'observations. Les estimés mensuels de ruissellement sur les deux bassins-versants proviennent de mesures de débits fluviaux et d'aires de drainage avec quelques modifications. Enfin, des analyses de la profondeur de neige et des flux radiatifs de surface sont également utilisées. Les résultats montrent que la version en développement du MRCC tend à simuler une meilleure climatologie que la version opérationnelle, particulièrement en ce qui concerne l'évapotranspiration, l'écart diurne de température à l'abri et la précipitation estivale. Cependant, un biais froid persistant de température à l'abri sur les deux bassins est associé à un couvert de neige excessif suivi d'une importante crête de ruissellement au printemps. De par sa construction et contrairement au schéma CLASS, le modèle hydrologique Beautified Bucket favorise la glace dans le sol au dépend de la couverture de neige. Des suggestions de modifications simples pour chacune des versions du MRCC sont également proposées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bilan hydrique de surface, Bilan énergétique de surface, MRCC opérationnel, MRCC en développement, Bassin-versant du Mississippi, Bassin-versant du Columbia.

La brume arctique est caractérisée par des concentrations élevées en acide sulfurique et provient du transport à grande échelle des polluants depuis les latitudes moyennes durant l'hiver et le printemps. Des observations révèlent une diminution de un à quatre ordres de grandeur de la concentration en noyaux de glaciation (NG) lors de ces épisodes de pollution. L'acide sulfurique a ainsi le potentiel de modifier la nucléation hétérogène de la glace dans l'atmosphère en diminuant la concentration de NG. Aussi les cristaux de glace sont moins nombreux mais plus gros. Cela favorise une précipitation accrue et augmente le flux d'eau vers la surface. Cette déshydratation de la basse troposphère, produit aussi un refroidissement de la masse d'air par une diminution de l'effet de serre. Selon Girard et al. (2005), cet effet radiatif indirect des aérosols (effet de la RDES) représente un forçage radiatif de -9 W/m² en hiver dans le Nord canadien. Bien que située plus au sud que l'Arctique canadien, la baie d'Hudson est une région qui s'apparente à l'Arctique durant l'hiver. Elle est notamment envahie par la brume arctique dans sa partie nord du fait des vents dominants provenant de l'Arctique. L'objectif du projet est de déterminer l'applicabilité probable de l'effet de la RDES dans le secteur de la baie d'Hudson. Pour ce faire, nous avons effectué un test de sensibilité avec le simulateur numérique NARCM 3D. Ce dernier permet de simuler l'impact de la pollution atmosphérique sur le climat régional des moyennes et hautes latitudes. Il inclut les émissions des aérosols et/ou de leurs gaz précurseurs, les transformations physico-chimiques, la nucléation, la condensation et la coagulation, les interactions des aérosols avec les nuages et la radiation, de même que les processus de dépôt. Deux ensembles de simulations ont été réalisés, soit une première avec une concentration naturelle d'aérosols et une seconde avec une concentration acide. Le scénario acide produit un forçage radiatif négatif dans l'infrarouge de 3,2 W/m² (refroidissement) dans le secteur de l'Île de Baffin et semble associé à l'effet de la RDES. À l'inverse des résultats anticipé, le secteur de la baie d'Hudson et du Nord du Québec subit un réchauffement moyen de près de 2,7 °C en surface durant le mois de janvier et une augmentation de 12,8 W/m² du bilan radiatif à la surface. Le réchauffement s'explique par un transport accru de la chaleur depuis les régions sud-canadiennes mais surtout par une augmentation du couvert nuageux. En effet, il y a une augmentation de l'activité cyclonique au-dessus du domaine d'intérêt. Cette dernière permet un transport accru du sulfate vers le Nord du Québec et une réduction de la charge d'aérosols atteignant l'Atlantique. L'effet de la RDES identifié dans le secteur de l'Ile de Baffin pourrait affecter la circulation des latitudes moyennes et expliquer l'anomalie de la circulation constaté au-dessus du domaine d'intérêt. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Arctique, Acide sulfurique, Aérosols, Noyaux de glaciation, Baie d'Hudson, Effet indirect de la rétroaction, Déshydratation, Effet de serre.

Un modèle climatique mondial qui utilise une grille à résolution variable constitue une méthode moderne et efficace pour la modélisation régionale, principalement parce qu'elle évite le problème de pilotage aux frontières latérales caractéristique aux modèles sur aire limitée. L'approche de grille étirée s'inscrit parmi les méthodes de réduction d'échelle dynamique (dynamical downscaling) qui permettent naturellement des interactions réciproques entre les échelles régionales et globales du mouvement. Une augmentation de la résolution seulement dans une région spécifique augmente la précision du modèle, gardant en même temps les coûts de calcul inférieurs aux modèles mondiaux qui utilisent une haute résolution uniforme sur toute la grille. Cependant, l'étirement de la grille conduit à des problèmes liés à l'anisotropie de la grille dans les zones adjacentes à la zone de haute résolution uniforme. Dans le cadre de cette thèse, un filtre numérique construit à l'aide d'un produit de convolution a été développé pour répondre aux questions associées à l'étirement et à l'anisotropie de la grille de calcul. La caractéristique principale de ce filtre est d'enlever toutes les échelles inférieures à une échelle prescrite par l'utilisateur. L'efficacité et la précision du filtrage représentent un compromis acceptable entre la réponse de filtrage et les coûts de calcul impliqués. Cette approche a été testée sur des grilles étirées unidimensionnelles et bidimensionnelles cartésiennes. Les résultats ont montré que le filtre est efficace même pour une distance de troncature limitée et que la réponse de filtrage est presque isotrope. Le filtre initialement appliqué sur une grille cartésienne a été adapté dans un deuxième temps pour la grille polaire. Cette étape constitue une démarche nécessaire pour passer ensuite à une grille sphérique latitude-longitude. Les deux grilles, polaire et sphérique, rencontrent le même « problème du pôle » causé par la convergence des méridiens vers les pôles. Des détails sur l'adaptation du filtre pour la grille polaire, ainsi que son application sur une grille polaire uniforme et sur une grille polaire étirée sont présentés. Dans cette partie de la thèse, la performance du filtre près des pôles et dans les régions d'étirement a été testée. Les résultats ont montré que l'opérateur de filtrage est capable d'enlever l'excès de résolution dans les régions polaires, avec des coûts de calculs qui sont inférieurs aux filtres polaires usuels. Le filtre a bien fonctionné en dehors de la région d'intérêt où les échelles qui ne sont pas supportées par la grille ont été enlevées sans déformation ou atténuation des grandes échelles. L'opérateur de filtrage développé a été appliqué sur une grille polaire étirée pour des variables scalaires et pour des vecteurs. Cette étude a montré des résultats prometteurs, la réponse de filtrage pouvant être optimisée pour différentes fonctions-test ainsi que pour différents types de bruit qui devraient être enlevés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : filtrage numérique, produit de convolution, fonction de pondération, grille étirée, anisotropie.

La culture de sécurité s'impose à l'agenda des entreprises. Cette notion n'est pas nouvelle puisque le terme est apparu dès la fin des années 80 suite à l'accident de Tchernobyl. L'existence d'une culture de sûreté défaillante a été la principale cause expliquant la catastrophe.L'usage du terme s'est très largement répandu et les définitions sont nombreuses. En croisant différents travaux, trois grands facteurs explicatifs se révèlent prédominants dans la culture de sécurité : les facteurs " organisationnel ", " comportemental " et " psychologique ".L'objectif de ce travail de thèse est de concevoir un " système " de modèles permettant de décrire et d'évaluer sur le terrain chacun des trois facteurs. Pour ce faire, des " raccourcis " (ou " réductions " théorique et méthodologique), qui seront discutées et justifiées, ont été explorés.Ainsi, le facteur " organisationnel " est traduit selon le processus de l'analyse des conformités légales (le rapport au prescrit). ". Le facteur " comportemental " quant à lui assimilé au processus de maîtrise des risques (le rapport au réel). Enfin, le facteur " psychologique " est directement relié au processus d'évaluation du " climat de sécurité ".Chaque processus a fait l'objet d'un effort de modélisation. Chacun des modèles a permis de repérer des variables descriptives et explicatives. Certaines ont été reliées dans le but de traduire la relation entre les trois facteurs.Le " système " de modèles ainsi constitué a fait l'objet d'une expérimentation à grande échelle conduite en partenariat avec une entreprise française de rang mondial. Deux sites ont été impliqués. La thèse détaille le cadre théorique et méthodologique. Elle présente la démarche de modélisation mise en œuvre et discute amplement des résultats de l'expérimentation. Elle propose enfin des pistes de généralisation du dispositif constitué.

L'objectif de la thèse consiste à mettre en place un système couplé océan-glace de mer pour simuler le climat dans les hautes latitudes

Les moyennes et hautes latitudes Sud sont les seules régions du monde pour lesquelles le cycle naturel du soufre atmosphérique peut encore être observé sans perturbation anthropique majeure. Les aérosols soufrés sont reconnus pour leur effet radiatif et interagissent ainsi avec le climat. L'analyse des carottes de glace en Antarctique permet de connaître les variations des dépôts d'aérosols soufrés au cours des cycles glaciaire-interglaciaire, il est ainsi possible d'étudier le cycle du soufre à travers le temps. L'objectif de ce travail est de contribuer à une meilleure compréhension du cycle du soufre des régions Antarctique et sub-Antarctique, grâce à l'utilisation d'un Modèle de Circulation Générale Atmosphérique couplé à un module de chimie du soufre, le modèle LMD-ZT-Soufre (version 4). Ce travail de thèse présente tout d'abord le passage à une version récente du MCGA et une mise à jour du module de chimie. Dans un deuxième temps, le modèle a été mis en oeuvre pour simuler le climat glaciaire et le cycle du soufre au Dernier Maximum Glaciaire, il y a 20 000 ans environ. Une représentation originale de la couverture de glace de mer a été testée et son fort impact sur les émissions océaniques de sulfure de diméthyle, précurseur majoritaire des espèces soufrées aux hautes latitudes Sud, a été discuté. Les résultats du modèle suggèrent un faible impact des changements climatiques sur la production océanique de soufre pour ces régions. Ces résultats permettent d'améliorer notre connaissance des interactions soufre-climat et de dresser un bilan des incertitudes et des inconnues, tant d'un point de vue chimique que météorologique ou physique.