Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Lettres et Sciences humaines. Géographie : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 502. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 118-133. Bibliogr. p. 169-174.

Thèse de doctorat : Géographie : Metz : 1997. / 1997METZ004L. 133 ref.

Le Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) fait partie d'une grande variété de modèles climatiques développés à travers le monde. Basé sur les lois fondamentales de la physique et sur les techniques numériques les plus modernes et les plus performantes, il génère des variables avec une bonne résolution spatiale qui sont physiquement cohérentes entre elles. Dans le cadre de cette thèse, le MRCC est utilisé pour étudier une large gamme de processus liés au cycle de l'eau. Une approche intégrée d'analyse et de validation du cycle hydrologique du modèle a été développée. Cette approche comprend une analyse à l'échelle multi-annuelle pour l'ensemble d'un bassin versant et intègre les deux branches du cycle hydrologique : atmosphérique et terrestre. Cette façon de procéder nous a permis d'évaluer la capacité de trois versions du MRCC à simuler correctement chacune des composantes du bilan hydrologique. Parallèlement, la sensibilité de ces composantes aux différents paramétrages physiques a été examinée. Dans un premier temps, les comosantes du cycles hydrologiques sur le bassin versant du Mississippi simulées par les versions 3.6 et 4.0 du MRCC ont été comparées et évaluées par les observations et quasi-observations (estimations basées sur les observations et sur une analyse du bilan de l'eau). Les changements entre la version 3.6 et 4.0 portent sur plusieurs éléments: le schéma de radiation solaire à deux bandes a été remplacé par un schéma à quatre bandes; le schéma de surface de la première génération a été changé par un schéma beaucoup plus sophistiqué de la deuxième génération ; les traitements de couverture des nuages et du transfert turbulent dans la couche limite ont été également améliorés. L'effet net de tous ces changements dans les paramétrages physiques du MRCC est une réduction importante des biais moyens annuels d'évapotranspiration (de 42% à 10%) et de précipitation (de 17% à -6%) ainsi qu'une meilleure représentation de la distribution spatiale de ces variables. Les cycles annuels de précipitation, d'évapotranspiration, de convergence de flux d'humidité et de tendance dans le stockage de l'eau terrestre ont également montré une amélioration importante. Cependant, le biais annuel du ruissellement a légèrement augmenté (de -41 % a -45%). Dans un deuxième temps, une paire de simulations se distinguant seulement par le paramétrage de processus de surface a été analysée afin de mieux comprendre le rôle de ces processus dans le cycle hydrologique du modèle. Les résultats de l'analyse, effectuée sur trois grands bassins versants (Mississippi, Saint-Laurent et Mackenzie), montrent que le schéma simple de la première génération a d'importantes limitations dans la simulation des processus associés à l'évapotranspiration. Si les biais dans les moyennes annuelles des composantes principales du cycle de l'eau pour les simulations basées sur les deux schémas de surface sont plutôt similaires, les cycles annuels basés sur le schéma de la première génération montrent des biais très grands. L'analyse d'une autre paire de simulations, générées avec la même version du modèle, mais pilotées avec des réanalyses atmosphériques différentes, a mis en évidence la sensibilité du cycle hydrologique aux données utilisées pour piloter le modèle régional à ses frontières. La sensibilité aux données du pilote est en général plus faible que la sensibilité au schéma de surface et s'est montrée plus grande pour les bassins nordiques (Mackenzie et Saint-Laurent). L'analyse d'une troisième paire de simulations avec des conditions initiales différentes a montré que la variabilité interne du modèle à l'échelle multi-annuelle sur l'ensemble d'un bassin versant est négligeable par rapport aux modifications introduites par le changement du schéma de surface et du pilote. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle hydrologique, Bassin versant, Modèle climatique, Paramétrages physiques.

Originally presented as the author's Thesis (doctoral)--Universität Bonn, 1998. / Includes bibliographical references (p. 91-99).

Thèse (M.A.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [142]-150. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Originally presented as the author's thesis (doctoral)--Universität Bonn, 1998. / Includes bibliographical references (p. 91-99).

Thèse (M.Sc.Géogr.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 23 février 2006). Bibliogr.

Texte remanié de: Th. Ph. D.--Nijmegen--Katholieke Universiteit, 1998. Titre de soutenance : The political influence of global NGOs' was finalized in the period 1993-1997. / Bibliogr. p. 329-340.

La chaîne himalayenne est influencée par le climat global et régional et joue un rôle de barrière orographique pour les circulations atmosphériques. Son évolution tectonique et la mousson asiatique qui l’affecte en font un laboratoire idéal pour les études du lien entre la tectonique, le climat et l’érosion et leurs implications pour l’altération. Des variations latérales de taux d’exhumation ont été documentées et des études paléoclimatiques ont été réalisées dans les parties centrale et occidentale de la chaîne, mais l’initiation, l’évolution et les caractéristiques de la mousson sont encore débattues. Les intensités et les taux d’altération engendrés ont été peu étudiés, surtout dans la partie orientale de l’Himalaya.Cette thèse se focalise sur les variations latérales d’Ouest en Est de l’altération, de la végétation (évolution C3/C4) et du climat, le long de l’Himalaya depuis le Miocène à partir de l’enregistrement sédimentaire du bassin d‘avant-pays. Les données apportent des nouvelles avancées pour la compréhension de l’évolution de la mousson asiatique. Pour ce travail, j’ai étudié trois coupes pré-Siwalik et Siwalik dans l’ouest de la chaîne (les coupes Joginder Nagar, Jawalamukhi et Haripur Kolar à Himachal Pradesh, Inde), qui documentent un enregistrement sédimentaire de 20 Ma, et une coupe dans l’est (la coupe de la Kameng à Arunachal Pradesh), qui quant à elle documente 13 Ma.Les isotopes stable du carbone de la matière organique ont été utilisés pour reconstruire des changements de la végétation C3 à C4 et montrent des variations importantes entre l’ouest et l’est de la chaîne, avec une augmentation brutale des valeurs dans l’ouest à ~7 Ma, ce qui indique un changement de végétation des plantes C3 à C4. Au contraire, aucune variation n’est notée dans l’est, ce qui indique que la partie orientale caractérisée par une végétation C3 ne subit pas de changement majeur de végétation. Les variations indiquent un « asséchement » du climat et notamment une plus grande saisonnalité dans la partie occidentale de la paléoplaine. La partie orientale reste trop humide pour une évolution vers une végétation en C4, sans doute à cause de la proximité de source d’humidité du Golfe du Bengale.Le long de la coupe orientale de la Kameng, il a été nécessaire d’étudier les changements de provenance et la diagenèse, pour les éliminer, avant de reconstruire les paléo-régimes d’altération. L’analyse des minéraux lourds a permis de repérer les changements de source et de montrer que seule la partie basse de la coupe a été influencée par la diagenèse. L’évolution de la minéralogie des argiles et des éléments majeurs montre que l’altération augmente avec le temps avec une période remarquable à ~8 Ma.La compilation des trois coupes occidentales représente l’enregistrement le plus long du bassin d’avant-pays himalayen avec une durée de 20 Ma. L’évolution des argiles montre une tendance similaire entre les parties occidentale et l’orientale du bassin d’avant-pays, impliquant l’évolution vers un climat plus saisonnier à partir de ~8 Ma. Les éléments majeurs indiquent une augmentation du taux d’altération avec le temps, la partie occidentale étant généralement plus altérée que la partie orientale. Les résultats des éléments majeurs et des argiles sont cohérents avec les interprétations des isotopes stables du carbone, qui indiquent un climat plus saisonnier dans l’ouest.Enfin, une nouvelle approche permettant de reconstruire les taux d’altération à partir de la composition isotopique du lithium a été testée pour la première fois dans les sédiments miocènes du bassin d’avant-pays. Les résultats montrent à nouveau un changement dans l’ouest de la chaîne, où les valeurs isotopiques deviennent plus positives avec le temps, alors que les valeurs dans l’est restent stables. Dans l’ouest, le facteur limitant du système limitant devient l’altération, alors que dans l’est le facteur limitant est l’apport. / The Himalaya orogen has major impact on global and regional climate and acts as an orographic barrier for atmospheric circulations. The interplay of the Asian monsoon system and the tectonic evolution of the mountain belt make it an ideal laboratory to study interactions between tectonics, climate and erosion, and its implications on weathering and atmospheric CO2 drawdown. Lateral variations in exhumation rates have been observed and studies on paleoclimate have been conducted in the central and western Himalaya, but the onset, the evolution and the characteristics of the monsoonal climate are still debated. Paleo weathering rates and intensities are challenging to reconstruct and remain poorly studied, especially in the eastern part of the orogen.This thesis focuses on lateral variations in climate, weathering and vegetation along the Himalayan mountain range, on weathering regimes in the eastern Himalaya since Miocene times, and on the implications for the evolution of the Asian monsoon. The foreland basin sediments of the pre-Siwalik and Siwalik Groups contain a record of tectonics and paleoclimate. The approach focuses on a direct west-east comparison; we therefore sampled three previously dated sedimentary sections in the western Himalaya, namely the Joginder Nagar, Jawalamukhi and Haripur Kolar, which combine into a timespan of 20 Ma, and the Kameng river section in the east, which spans over the last 13 Ma.Stable carbon isotopes on organic matter are used to reconstruct changes in vegetation. Stable carbon isotopes show important lateral variations, with a change toward more positive values in the west at ~7 Ma and in contrast no change in the east, indicating a change in vegetation from C3 to C4 plant in the west but not in the east. These variations implicate a change towards a dryer and more seasonal climate in the western Himalaya, whereas the climate in the eastern part remained too humid for C4 plants to evolve, due to its proximity to moisture source (Bay of Bengal).In order to reconstruct paleo weathering regimes by analyzing foreland basin sediments, it is important to take into account changes in provenance and possible influences of burial diagenesis. Results of heavy-mineral and petrographic analyses of the Kameng section provide better insight into diagenesis and provenance, showing that the older part of the Kameng section is influenced by diagenesis. Changes in provenance do not correlate with changes in clay mineralogy and major elements, which are therefore indicating an overall increase in weathering over time, with a remarkable change at ~8 Ma.The compilation of the three sections in the west represent one of the longest sedimentary records in the Himalayas, spanning over 20 Ma. Clay minerals show similar trends in the west and the east, indicating the development of a more seasonal climate starting at ~8 Ma. Major elements show a trend toward stronger weathering over time in the west and the east, but the western Himalaya are generally more weathered than in the east, which is consistent with the interpretation of the stable carbon isotope data, suggesting the climate to be more humid in the east. More runoff and erosion inhibit extensive weathering of the sediments, whereas dry sea sons with little runoff allow sediments to weather.Lithium isotopic compositions were measured on bulk sediments as a new approach to reconstruct chemical weathering rates, applied for the first time on Siwalik sediments. Results show a change in weathering intensity in the west, where lithium isotopic values become more positive over time, whereas, they stay relatively constant in the east. More positive values in the west, suggest that the system becomes more weathering-limited and more incongruent.

L’étude de la phénologie des plantes est primordiale pour comprendre leur réponse aux changements globaux. Alors que de nombreuses études ont été consacrées à la phénologie aérienne, les difficultés d’observations de la phénologie des parties sou terraines d’une plante, font que leurs déterminants sont encore trop peu connu. La dynamique racinaire est considérée comme jouant un rôle clef dans le cycle et la séquestration du carbone dans le sol, et il est aujourd’hui important de surmonter les difficultés méthodologiques afin de mener des études sur la dynamique racinaire sur plusieurs années en conditions non-contrôlées. Notre premier objectif ici était donc de mettre au point et d’évaluer différentes techniques d’observation de la croissance racinaire sur le terrain. Le modèle choisi pour cela est le noyer hybride (Juglans L.), en système agroforestiers. L’utilisation du scan incorporé au smartphone s’est avéré être le meilleur compromis pour l’acquisition d’image à partir de rhizotrons, excepté en cas d’automatisation de la prise d’images, où la caméra automatique constitue la meilleur alternative (jusqu’à 4 mois d’autonomie). Notre deuxième objectif était de déterminer en milieu naturel les facteurs prédominants de la dynamique racinaire. Nous avons en particulier (i) testé l’hypothèse de la synchronicité des phénologies aériennes et racinaires de la plante, (ii) évalué l’effet de fluctuations climatiques sur la dynamique racinaire dans des environnements contrastés (climats méditerranéen, océanique, continental), (iii) et cherché à comprendre si cette réponse aux facteurs externes était conditionnée par la typologie racinaire. Les résultats ont permis de montrer l’indépendance des phénologies aériennes et racinaires, mais la synchronisation des croissances racinaires et radiale du tronc. Le principal facteur influençant la dynamique racinaire est la température du sol, et à moindre mesure l’humidité du sol avec des effets contrastés selon le climat. Les réponses des dynamiques racinaires aux variables environnementales sont propres à chaque site, avec un fort impact de l’ordre topologique sur les taux d’initiation et de survie. Ces résultats permettront non seulement une meilleur compréhension du jouait par les systèmes racinaires sur le cycle du carbone, mais aussi l’amélioration des modèles écophysiologiques. De futurs études sont néanmoins nécessaires d’autres études sont attendues pour renforcer les connaissances acquises dans ce projet, sur la compréhension des déterminants de l’initiation, de la croissance, et de la longévité racinaire des arbres, notamment via la création de bases de données et l’utilisation de méta-analyses / The study of phenology is primordial to understand tree response to climate change. Although many studies have examined shoot phenology, the difficulties in observing root system growth have resulted in a poor understanding of root phenology. As root system dynamics are considered as playing a major role in carbon cycling and sequestration, it is necessary to overcome methodological difficulties, so that root demography can be studied in the field and over several years. Our first objective was therefore to develop and evaluate methods for studying root system growth in the field. Studying mature hybrid walnut (Juglans L.), growing in agroforests, We showed that smartphone scanners are the best adapted tool for acquiring high quality images of tree roots growing in field rhizotrons. However, time-lapse cameras were good alternatives when a fully automated method was required (up to 4 months autonomy). Our second objective was to determine the main drivers of walnut hybrid root growth in field conditions. In particular, (i) We hypothesized that shoot and root phenologies were asynchronous, (ii) We evaluated the effect of environmental factors on root growth along a latitudinal gradient comprising three climates (Mediterranean, oceanic and continental) and (iii) We determined how phenology and environmental factors influenced root dynamics depending on root morphology and topology. Results show that flushes of fine root growth are not synchronized with budburst and leaf expansion, but are synchronized with stem and coarse root radial growth. Soil temperature was on the whole the main driver of root growth, and to a lesser extent, soil humidity, but which had contrasting effects on root growth. Root topological order had a major influence on root response to environmental variables, reflected in root elongation, production and longevity. Results will be highly useful not only for a better understanding of the role that root systems play in the carbon cycle, but also for tree ecophysiological models. Future studies should expand the knowledge gained here into a global understanding of the drivers of tree root initiation, growth and longevity, through the creation of databases and the use of meta-analyses.