La croissance des reliefs et les flux sédimentaires associés à la dynamique des marges actives en subduction sont des processus encore mal connus. Les archives géologiques sont souvent difficiles d'accès ou bien simplement mal préservées à cause de déformations importantes. Le bassin avant arc d'Hawke Bay de la marge Hikurangi en Nouvelle-Zélande constitue un objet d'étude privilégié. En effet, il est peu déformé, partiellement émergé et actif pendant le Pléistocène, période au cours de laquelle l'âge des séries sédimentaires et certains facteurs comme le climat et l'eustatisme sont bien contraints. Une étude pluridisciplinaire, intégrant l'interprétation de données sismiques marines et terrestres, l'analyse de puits, de carottes et de coupes de terrain et l'observation des bassins versants a permis d'établir l'architecture stratigraphique à très haute résolution sur le dernier 1.1 Ma de ce domaine avant arc. Cette stratigraphie montre une organisation en un empilement complexe de 11 séquences de dépôt d'origine climato-eustatique (20, 40 et 100 ka) préservées dans des sous bassins contrôlés par les structures chevauchantes actives. Ces séquences sont caractérisées par des changements paléogéographiques profonds qui évoluent entre deux états extrêmes à chaque maximum glaciaire et optimum interglaciaire. Ainsi, le domaine avant arc d'Hawke Bay montre une segmentation en sous bassins isolés par des rides tectoniques émergeantes pendant les bas niveaux marins et submergées lors des hauts niveaux marins. Aux échelles de temps supérieures à 100 ka, ces structures actives sont à l'origine, dans chacun des bassins, d'une migration progressive vers l'arc des dépocentres des séquences sous l'influence combinée de la tectonique et la charge sédimentaire. Le calcul des volumes de sédiments préservés dans chacune des séquences de dépôt, depuis les sources les plus en amont jusqu'au pied des systèmes sédimentaires les plus profonds à l'aval, permet d'estimer des flux sédimentaires qui ont transité à travers le domaine avant arc au cours de Pléistocène supérieur. Ces flux varient de ~3 à ~6 Mt.a-1. Les variations de flux à long terme (100 ka à 1 Ma) correspondent à des changements de configuration tectonique (distribution de la déformation sur les structures) du domaine avant arc et traduisent la capacité des bassins à stocker des sédiments. Les variations enregistrées à plus court terme (<100 ka) sont corrélées aux importants changements climatiques Pléistocènes, qui modifient les taux d'érosion dans le bassin versant et par conséquent, le flux sédimentaire. Cette observation montre la forte sensibilité et réactivité du domaine amont aux variations environnementales, également illustrée par le doublement des valeurs de flux sédimentaires depuis l'arrivée des européens sur le territoire néo-zélandais au 18ème siècle et le déboisement intensif qui lui a succédé.

La construction sociale du risque est le processus d'augmentation de la vulnérabilité qui rend une société susceptible de subir des dommages. Nous analysons trois variables : les aléas ; les processus sociales qui produisent la vulnérabilité et les mécanismes cognitifs qui déterminent des capacités d'ajustement envers ces aléas.<br /><br />Dans l'isthme de Tehuantepec [Oaxaca, Mexique], région multiethnique dominée par les Zapotèques, le phénomène climatique El Niño change les schémas normaux des pluies et sécheresses. Les catastrophes, des inondations petites mais récurrentes, sont davantage liées aux conditions de vulnérabilité sociale plutôt qu'à l'intensité des phénomènes météorologiques.<br /><br />La construction sociale du risque est analysée à travers des conflits politiques, des réactions contre les plans de développement de ces dernières décennies, ce qui a stimulé l'industrialisation et la fragmentation des villes : Juchitán, Tehuantepec et Salina Cruz. Les zones de risque d'inondations ont été urbanisées dans le cadre de tensions politiques et de manœuvres clientélistes telles que des invasions et des distributions de terres. <br /><br />D'autre part, dans la même région, quelques communautés rurales de l'ethnie huave ont des connaissances climatiques intégrées à leur organisation sociale à travers des pratiques chamaniques et un calendrier religieux où le temps occupe un rôle central, ce qui offre un ajustement minimal aux aléas. Ainsi, les impacts sont différenciés entre les villes et les villages non par l'exposition physique, sinon par la vulnérabilité sociale et des activités productives qui déterminent les représentations du risque, donc des actions face aux catastrophes dites naturelles.

Ce travail porte sur l'étude paléo-environnementale de bassins himalayens: le bassin d'avant pays (Miocène sup.) et le bassin transporté de Kathmandu (Plio-pléistocène). Nous nous sommes appuyés sur l'étude du C et de l'O des mollusques et des eaux de la plaine du Gange et des bassins intra-montagneux modernes.<br /> Pour l'actuel, le Δ18Ow des rivières varie de -18 à -4‰. Le Δ18Ocar montre que les carbonates sont proches de l'équilibre isotopique avec les eaux dans lesquels ils sont formés (20 à 25°C). Le Δ13Ccar est appauvri par rapport au DIC des rivières, impliquant qu'une part de carbone organique est utilisée pour la synthèse des coquilles.<br /> Dans les Siwaliks (16-1 Ma), le Δ18Ocar varie de -16.4 à 0.6‰. Les valeurs anté-6Ma sont très inférieures aux valeurs pliocènes et actuelles de la plaine du Gange. La plaine miocène sup. était donc drainée par des rivières de configuration différente des rivières modernes. Le Δ13C augmente vers 5 Ma jusqu'à environ 0‰, évolution qui semble en rapport avec l'explosion de la flore C4. <br />Le bassin de Kathmandu (3-0 Ma) est caractérisé par une sédimentation fluvio-lacustre. La profondeur du lac montre des fluctuations importantes, contrôlées par la tectonique, les glissements et débris-flow. Pour les périodes pos-50 Ka, la géochimie des isotopes de l'O des mollusques montre des périodes pour lesquelles les valeurs Δ18Ocar sont très élevées (-2.4 à 8‰), compatibles avec les eaux de précipitation d'hiver à Kathmandu (-6.5 à 7.5‰). Ces valeurs sont généralement associées à des diatomées. Deux processus semblent se combiner durant ces épisodes: une diminution des précipitations d'été et une forte évaporation, qui augmentent le 18O.

Les pollutions diffuses d'origine agricole dues aux produits phytosanitaires sont souvent mises en cause dans la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines. En viticulture, le cuivre est encore largement utilisé comme fongicide, associé à des pesticides organiques.<br />Le climat méditerranéen favorise un ruissellement et une érosion des sols viticoles, les rendant très propices aux transferts des polluants vers les eaux de surface. Des eaux de ruissellement de parcelles viticoles ont été prélevées et analysées pour l'étude de la spéciation,<br />la biodisponibilité et la toxicité du cuivre. La méthodologie adoptée a eu pour but de caractériser l'exposition au cuivre par rapport aux autres produits phytosanitaires issus du traitement des vignes. L'effet toxique in vitro du cuivre en conditions contrôlées et dans les eaux de ruissellement a été évalué sur des organismes aquatiques (bactérie Vibrio fischeri, algue Pseudokirchneriella subcapitata) et a permis de valider les effets observés par rapport aux concentrations en ion libre calculé. Les producteurs primaires étant une cible privilégiée dans le cadre de la contamination par le cuivre, l'effet sur Pseudokirchneriella subcapitata a<br />été évalué à différents niveaux (croissance, intégrité membranaire, activité photosynthétique, activité estérasique) afin de mieux comprendre les mécanismes de toxicité mis en jeu, et a montré que la croissance est l'indicateur le plus sensible vis à vis de la toxicité du cuivre. Les effets observés ont été interprétés en fonction de la spéciation chimique du cuivre dans les<br />eaux : caractérisation physico-chimique et fractionnement par taille (matières en suspension,<br />colloïdes), modélisation de la spéciation (MINEQL+), évaluation du potentiel de mobilisation du cuivre de la fraction particulaire vers la fraction dissoute. Enfin, l'effet toxique des complexes métalliques lipophiles, qui constitue une exception au modèle de biodisponibilité<br />de l'ion libre, a été étudié en conditions contrôlées. Cette double approche (caractérisations physico-chimiques et influence de la spéciation des polluants sur la toxicité in vitro) a permis de déterminer les paramètres influents dans le transfert du cuivre et la toxicité dans les eaux<br />de ruissellement : le type de sol des parcelles, les caractéristiques de la pluie et les types d'apports de produits phytosanitaires (cuivre, arsenic, Diuron).

En 2000, une carotte de 15 m a été prélevée dans le lac d'Annecy : celle-ci a fait l'objet d'une étude permettant d'une part, d'établir une chronologie annuelle de la sédimentation et d'autre part, de reconstruire l'évolution hydrologique du lac d'Annecy associée aux grands événements climatiques des 15 000 dernières années. La chronologie des sédiments récents a été établie à partir de mesures radiochronologiques (137Cs et 210Pb), comptage de varves et grâce à la reconnaissance de crues historiques. Au-delà du Petit Age de Glace, le comptage de varves a été précisé grâce à des datations 14C SMA, à l'identification de téphras et aux variations de d18O des ostracodes benthiques. Le modèle d'âge à résolution infradécennale recouvre l'ensemble de l'Holocène et du Tardiglaciaire (âge estimé de la base 15380 calBP). La sédimentologie et les propriétés physiques du sédiment (SM, IRM, ARM, Spectrocolorimètrie, etc...) attestent de la sensibilité du bassin versant et de son hydrologie aux évènements majeurs de l'Holocène et du Tardiglaciaire (Oscillations climatiques Tardiglaciaire, Dryas récent, évènement 8.2 ka, optimum Holocène, Petit âge de Glace). On observe de plus dans les sédiments les traces de l'impact humain dès 2700 calBP.

Le cycle hydrologique est une composante clef du climat de la Terre et sa compréhension repose à la fois sur les observations et sur les simulations de ses différents aspects, tels le transport, les changements de phase ou encore ses interactions avec le rayonnement. Les satellites géostationnaires METEOSAT ont, à leur bord, des radiomètres qui observent, dans l'infrarouge, la vapeur d'eau d'une large couche de la troposphère des régions tropicales et subtropicales de la région Afrique / Océan Atlantique. Disponibles depuis les années 80, ces observations dites "Vapeur d'Eau" donnent ainsi la possibilité d'étudier la distribution de la vapeur d'eau de la troposphère libre tropicale et sa variabilité depuis des échelles de temps journalières jusqu'à des échelles décennales. Dans cette thèse, une archive d'humidité de la troposphère libre (Free Tropospheric Humidity -FTH-), de haute résolution spatiale (0,625°x0,625°) et temporelle (3h), est élaborée à partir des observations IR de la succession des satellites METEOSAT (MET-2 à MET-5), dont l'étalonnage est ajusté sur celui du canal 12 du sondeur HIRS (NOAA-12) pris comme référence. En ciel clair, nous montrons que les mesures "VE" des régions tropicales et subtropicales s'interprètent en terme d'humidité relative moyenne d'une couche variable de l'atmosphère, définie de façon précise par le jacobien d'humidité relative, décrivant la sensibilité de la mesure à des perturbations locales relatives du profil d'humidité relative. Les nuages de basse altitude affectant la mesure "VE" de façon négligeable, ceux-ci sont échantillonnés, en plus du ciel clair, à partir des informations sur la nébulosité issues de l'analyse multi-spectrale ISCCP. Cette sélection des nuages bas amène une meilleure représentation des régions subtropicales et du proche environnement convectif. Des analyses de la distribution de la vapeur d'eau troposphérique sont menées et révèlent l'importance de la variabilité relative de la FTH des zones sèches subtropicales, notamment pour la région de l'Est de la Méditerranée. A l'échelle intrasaisonnière, l'utilisation d'un modèle de transport lagrangien permet de montrer que l'humidité relative à 500hPa de cette région de subsidence est caractérisée par un mélange de masses d'air tropicales et extra-tropicales, provenant de zones plus ou moins froides de la troposphère. La base de données est également utilisée dans le but d'évaluer les simulations de modèles de climat, dans le cadre d'un exercice international d'intercomparaison, montrant la difficulté des modèles à reproduire la variabilité interannuelle de la FTH des régions sèches subtropicales.

La nécessité d'effectuer des prévisions climatiques fiables renforce le besoin de représenter correctement notre système Terre dans les modèles de climat. Or, les interactions entre la surface continentale et l'atmosphère restent simplistes dans la plupart des modèles de circulation générale atmosphérique (MCGAs). L'objectif de cette thèse était ainsi de contribuer à la compréhension du rôle de la surface sur le climat des régions boréales, particulièrement sensibles aux changements climatiques, et sur leur sensibilité climatique. L'introduction dans le MCGA LMDz de deux caractéristiques des terres boréales, les sols gelés et les zones inondées (lacs et zones humides), a permis de quantifier leurs impacts respectifs sur différents climats (présent, Dernier Maximum Glaciaire, futur). Les émissions de méthane atmosphérique provenant des zones humides simulées par LMDz ont été estimées depuis le DMG. Le régime thermique des sols gelés a été examiné dans les récentes réanalyses européennes.

Une connaissance approfondie de la variabilité spatiale du climat est essentielle en agronomie et agroforesterie, afin d'évaluer les capacités de production d'une région ou encore la pression phytosanitaire potentielle d'un ravageur. En viticulture, le climat conditionne largement la cinétique de développement de la vigne ainsi que la maturation du raisin. L'objectif de ce travail était de caractériser la variabilité spatiale du climat à méso-échelle en utilisant différentes techniques de spatialisation au pas de temps quotidien de variables climatiques et d'indices agroclimatiques, afin d'évaluer ses conséquences sur le développement de la vigne et sur la maturation du raisin. La région considérée est la Gironde viticole (aire de production des vins de Bordeaux). Six variables ont été étudiées : les températures minimales et maximales, le rayonnement global, l'évapotranspiration potentielle, les précipitations et le bilan hydrique. Pour chaque variable, la méthode de spatialisation fournissant les résultats les plus pertinents à des coûts informatique et temporel raisonnables a été sélectionnée. La propagation des erreurs produites par la spatialisation des variables climatiques au pas de temps quotidien dans les modèles agroclimatiques a ensuite été évaluée. Cette propagation est non négligeable dans le calcul des sommes de températures et des bilans hydriques. La cartographie des variables climatiques a permis de caractériser la variabilité spatiale du climat en Gironde viticole et de bien quantifier des différences entre aires d'appellation qui n'étaient connues que de manière très empirique. Les résultats de cette étude permettront de mieux adapter les techniques viticoles et le choix du matériel végétal aux possibilités offertes par le milieu.

Les Hohokam et leurs descendants les Akimel O'Odham ont exploité et irrigué la basse vallée de la Salt et la moyenne vallée de la Gila dans le bassin semi-désertique de Phoenix en Arizona depuis presque deux millénaires. Leur histoire culturelle repose sur une interaction constante de ses membres avec une ressource rare, l'eau. Pour comprendre les dynamiques socio-environnementales, résultats de cette interaction sur la longue durée, nous avons adopté une approche géoarchéologique, chronologique et paléoenvironnementale des systèmes hydrauliques et des formations alluviales, approche affinée par les méthodes géophysiques et micromorphologiques. La reconstruction de l'agro et de l'hydrosystème met en relief un développement de l'irrigation autour de 300 apr. J.-C. lors de conditions environnementales stables mais sèches. De 300 à 1050 apr. J.-C. (période pré-Classique), l'agrosystème Hohokam est caractérisé par une irrigation efficace de la plaine alluviale et des basses terrasses, qui s'exhaussent puis se stabilisent entre 850 et 1000 apr. J.-C. (Petit Optimum Climatique Médiéval) Un épisode d'élargissement puis d'incision est enregistré entre 1050-1150 apr. J.-C. Malgré un entretien poussé des structures hydrauliques, l'organisation du territoire évolue. Les basses terres sont abandonnées, de nouveaux systèmes d'irrigation sont construits et les pratiques agraires se diversifient. L'exhaussement du lit est à nouveau attesté à partir du 13ème s. et le fonctionnement de l'irrigation est optimal entre 1150 et 1450 apr. J.-C. (période Classique). Le bassin de Phoenix est toutefois abandonné jusqu'au 17ème s. Cette déprise agraire est associée à une phase de stabilité du paysage, entre 1450 et 1600 apr. J.-C, puis par une reprise rapide de l'aggradation associée à une forte mobilité fluviale jusqu'en 1870 (Petit Age Glaciaire), date après laquelle le système s'incise à nouveau. L'agrosystème Akimel O'Odham fonctionne de façon optimale du 17ème jusqu'à l'arrivée massive des pionniers (circa 1870), après laquelle il évolue de façon presque irréversible (réduction de la superficie irrigable, coupe du bois, pratique de l'agriculture sèche). Ces résultats permettent d'aborder les modalités de la morphogénèse en contexte semi-aride mais également les concepts de rupture et de stabilité socio-environnementale. Nous réfutons l'hypothèse d'un déclin d'origine environnementale autour de 1450 apr. J.-C. Par contre, une crise environnementale autour de 1000-1150 apr. J.-C., associée à des conditions climatiques contraignantes (changements climatiques rapides avec épisodes El Niño) conduisant à des migrations massives et une surexploitation du territoire dans un milieu déjà fragilisé car trop spécialisé, pourrait être responsable du lent déclin de la communauté d'irrigation Hohokam, 200 à 300 ans plus tard. Le système socio-environnemental des Akimel O'Odham au 19ème s. semble reproduire le même schéma sur une échelle spatiale et temporelle plus réduite.

Les musées et centres de sciences se sont historiquement constitués comme des institutions scientifiques et culturelles détentrices d'un savoir savant qui leur confère une certaine autorité. Actuellement, des problèmes socioscientifiques (controverses sociotechniques ou questions socialement vives) et de nouveaux rapports entre sciences et société interrogent les modes de médiations de ces institutions. Dès lors, comment traitent-elles ces sujets ? Comment les professionnels du secteur se positionnent-ils ? Afin de répondre à ces questions, cette thèse prend l'exemple du changement climatique et mobilise deux cadres d'étude : les courants sur la médiation des sciences inspirés du champ STS (Sciences and Technology Studies) qui interrogent le deficit model et la théorie des arènes dans le cadre des études sur les problèmes publics. Quatre musées et centres de sciences sont étudiés : Science Animation à Toulouse, Cap Science à Bordeaux, la Cité des Sciences et de l'Industrie de Paris et le Science Museum de Londres. Le changement climatique, du moins en France jusqu'en 2009, fait l'objet d'une construction consensuelle dans les arènes scientifiques, politiques ou encore médiatiques. En effet, divers opérateurs convergent autour d'une même définition du problème. Les institutions muséales étudiées s'en détachent peu : relais du consensus incarné par les conclusions du GIEC, dépolitisation du problème, alerte et appel à l'action mais absence de focalisation sur la dimension individuelle des enjeux. Quatre modes de médiation muséale du changement climatique sont identifiés : un mode de rupture, un mode informatif, un mode réflexif et critique et un mode résolutique. Les professionnels rencontrés lors de l'enquête adoptent des postures diverses. Néanmoins, la plupart s'attachent à présenter des connaissances validées dans une posture d'impartialité et refusent les approches interventionnistes. Cependant, certains éléments des productions étudiées relèvent d'un tel mode de médiation en articulation avec des discours du type alerte et appel à l'action. Cette contradiction pourrait témoigner du poids de la définition dominante du problème climatique institué comme cause sans adversaire et plus largement de la prégnance du développement durable comme nouvelle norme sociopolitique.