Les phanérogames marines constituent un compartiment biologique fondamental et fournissent de nombreux services écosystémiques. Comprendre leur évolution et les interactions avec leur environnement physique est un enjeu scientifique majeur à l’échelle mondiale. Dans le bassin d’Arcachon, des herbiers de Zostera noltei (le plus grand d’Europe) et de Zostera marina ont vu leur surfaces régresser fortement ces deux dernières décennies. La régression s’est accompagnée d’une augmentation des concentrations en sédiments en suspension et de modifications morphologiques significatives. Dans ce contexte, et à travers cet exemple régional, les objectifs de la thèse sont de mieux comprendre les causes physiques de la régression des herbiers de zostères et de démêler et de quantifier les conséquences physiques de la régression et les effets de rétrocontrôle.Un monitoring exhaustif des herbiers (suivi des paramètres biologiques, chimiques et physiques sur neuf sites durant une année) a montré d’une part l’extrême variabilité des conditions environnementales auxquelles sont soumis les herbiers de zostères naines du Bassin et d’autre part d’importantes différences démographiques, morphologiques et biochimiques entre les plantes des différents sites. Certaines de ces différences reflètent leur capacité d’adaptation à l’intensité d’un forçage. Un modèle logistique croissance a montré qu’outre la lumière, les paramètres principaux qui contrôlent le développement de Z. noltei à l’échelle du Bassin sont les forçages hydrodynamiques. Toutefois à l’échelle locale, d’autres facteurs tels que la teneur en matière organique ou la microtopographie s’avèrent prépondérants.Dans un second temps, une analyse associant des données historiques et des scénarios de modélisation hydrodynamique a montré que la profondeur maximale colonisée par les deux espèces de zostères avait fortement diminué entre 1989 et 2016, suggérant un effet du manque de lumière sur l’évolution de la distribution des deux espèces. Par ailleurs, il s’est avéré que la régression des zostères naines avait débuté au niveau des zones les plus pentues des estrans, qui correspondent aux rebords des chenaux et sont donc soumises aux courants les plus intenses, suggérant là encore un effet de l’intensité des courants sur la distribution de Z. noltei.Les résultats des simulations numériques ont montré que la régression des deux espèces induit une augmentation importante de l’énergie hydrodynamique, non seulement localement dans les zones où les herbiers ont régressé, mais également à distance, au niveau des chenaux principaux et jusqu’à près de l’embouchure.De plus, les effets hydrodynamiques induits par la régression initiale de Z. marina (1989-2007) ont contribué à la première phase du déclin des herbiers de Z. noltei. Ces résultats confirment en partie l’hypothèse que des processus de rétrocontrôle entre hydrodynamique et régression des herbiers de zostères sont intervenus au cours de la première phase du déclin des zostères. Par ailleurs, les conséquences hydrodynamiques directes de la première phase de régression des deux espèces (1989-2007) expliquent plus de 75 % de la seconde phase de régression de Z. noltei (2007-2012). Ces résultats confirment pleinement l’existence des processus de rétrocontrôle et met en évidence leur rôle prépondérant sur la dynamique des herbiers de Z. noltei.En ce qui concerne Z. marina, il apparaît enfin que les conditions actuelles ne permettent pas sa reconquête des zones d’où elle a disparu. Au contraire, du fait de sa position intertidale la rendant moins sensible aux fortes turbidités, Z. noltei pourrait recoloniser un certain nombre d’estrans qui leur sont favorables sur le plan hydrodynamique. Ce processus de recolonisation, conduisant à une réduction de l’énergie hydrodynamique et à l’amélioration locale des conditions lumineuses, pourrait s’auto-amplifier de proche en proche et favoriser la reprise de Z. marina dans les chenaux. / Seagrass meadows are a fundamental biological component and provide many ecosystem services in coastal areas. Understanding their evolution and interactions with their physical environment is a major scientific issue. In Arcachon Bay, seagrass meadows of Zostera notlei (the largest in Europe) and Zostera marina have sharply regressed over the last two decades. In the meantime, an increase in suspended sediment concentrations and significant morphological changes were observed. Based on this regional case study, the objectives of this thesis are to better underestand the physical causes of seagrass bed regression, and also to quantify the physical consequences of the egression and possible feedback processes.An extensive monitoring of biological, chemical and physical parameters at nine sites during one year showed the extreme variability of the environmental conditions to which the Z. noltei beds are subject in Arcachon Bay, the important demographic, morphological and biochemical differences between plants of different sites. Some of these differences reflect their ability to adapt to the intensity of a forcing. A logistic growth model has shown that in addition to light, the main parameters that control the development of Z. noltei at the scale of the bay are hydrodynamic forcing. However, at the local scale, other factors such as organic matter content or microtopography may be predominant.In a second step, an analysis combining historical data and hydrodynamic modelling scenarios showed that the maximum depth colonized by the two species of seagrass strongly declined between 1989 and 2016. This analysis suggests that lack of light had an effect on the evolution of the distribution of the two species. In addition, it was found that the regression of Z. noltei began on the steepest areas of the tidal flat, which correspond to the edges of the channels and were therefore subject to the most intense currents, suggesting again an effect of intensity of currents on the distribution of Z. noltei.The results of numerical simulations showed that the regression of both species induces a significant increase in hydrodynamic energy, not only locally in areas where the seagrass have declined, but also remotely, at the level of main channels and up to near the mouth.In addition, the hydrodynamic effects induced by the initial regression of Z. Marina (1989-2007) contributed to the first phase of the decline of Z. noltei meadows. These results partially confirm the hypothesis that feedback processes between hydrodynamics and regression of seagrass beds occurred during the first stage of seagrass decline. Furthermore, the direct hydrodynamic consequences of the first regression phase of the two species (1989-2007) accounted for more than 75% of the second regression phase of Z. noltei (2007-2012). These results fully confirm the existence of feedback processes and highlight their predominant role in the dynamics of Z. noltei meadows.As far as Z. marina is concerned, it finally appears that the current conditions do not allow colonization of the areas from which it disappeared. On the contrary, due to its intertidal position making it less susceptible to high turbidity, Z. noltei could recolonize some tidal flats that present favourable hydrodynamic conditions. This process of recolonization, leading to a reduction of the hydrodynamic energy and to the local improvement of the light conditions, could self-amplify by adjaceting to each other and then promote the recovery of Z. marina in the channels.

La dynamique sédimentaire estuarienne joue un rôle très important pour la qualité de l'eau, les écosystèmes et la navigation. Les estuaires macrotidaux comme la Gironde se caractérisent par la formation de régions très chargées en matière en suspension (MES), appelées zones de turbidité maximale (ZTM), qui influencent le transport et le dépôt des sédiments fins, l'envasement des chenaux, la consommation d'oxygène dissous et le devenir des polluants. L'objectif de ce travail est de comprendre la dynamique hydro-sédimentaire, particulièrement de la ZTM, dans la section fluviale, encore peu étudié, de l'estuaire de la Gironde en lien avec les facteurs de forçage environnementaux et les perturbations du système (changements hydrologiques et morphologiques naturels et anthropiques). La méthodologie de ce travail est basée sur l'analyse de 10 années de données continues de turbidité enregistrées par le réseau de surveillance MAGEST. L'exploitation de telles séries de données, assez novatrice dans les estuaires, a notamment impliqué le développement d'une méthode d'analyse basée sur la combinaison de plusieurs méthodes spectrales. Cette approche est complétée par l'analyse des profils de turbidité et de vitesse de courant lors de cycles de marée, l'analyse de séries temporelles historiques de marée et l'exploitation d'un modèle semi-analytique 2DV. La dynamique sédimentaire de l'estuaire fluvial est d'abord détaillée à toutes les échelles de temps représentatives. A l'échelle de temps intratidale, la distribution verticale des MES et des courants, en deux points d'une même section transversale, a permis de détailler les mécanismes de transport sédimentaire. Les flux particulaires résiduels (totaux, advection, pompage tidal) ainsi estimés pour plusieurs conditions hydrologiques, démontrent le contrôle du pompage tidal sur les flux de MES lors de l'étiage. A l'échelle de temps subtidale, la réponse de la ZTM aux fluctuations hydrologiques (crues, périodes d'augmentation ou diminution continue du débit, variabilité inter-anuelle) est analysée. Ceci a permis de définir plusieurs indicateurs hydrologiques des caractéristiques de la ZTM, qui suggèrent l'intensification de la ZTM au cours des dernières décennies en lien avec la diminution des débit. La contribution relative des facteurs de forçage à la variabilité de la turbidité a été quantifiée pour différentes régions estuariennes et échelles de temps (saisonnière et plurianuelle). L'application de la méthodologique développée à l'estuaire de la Loire, qui dispose de séries de données similaires (réseau SYVEL), a permis de généraliser ces résultats. Enfin, l'effet des changements pluri-décennaux hydrologiques et morphologiques sur la propagation de la marée et la dynamique sédimentaire est détaillé dans la Garonne tidale. Il ressort une amplification du marnage et de la asymétrie de la marée au cours des six dernières décennies, principalement liée aux changements morphologiques naturels dans la Gironde en aval, les extractions de granulat et le changement de régime hydrologique. L'implémentation d'un modèle semi-analytique a permis de vérifier ces résultats et d'analyser leurs implications sur les concentrations de MES et la limite amont de la ZTM. / Estuarine suspended sediment dynamics play an important role in water quality, ecosystems and navigation. The formation of regions of high suspended sediments (SS) concentrations, called turbidity maximum zones (TMZ), is a characteristic feature of macrotidal estuaries, such as the Gironde. The TMZ influences the transport and deposition of fine sediments, channel siltation, oxygen conditions and the particulate transport of pollutants. This work aims to understand the hydro-sedimentary dynamics of the fluvial Gironde estuary, still poorly studied, in relation with environmental forcings and system perturbations (natural and anthropic hydrological and morphological changes). The methodology of this work is based on the analysis of the 10-years continuous time series of turbidity recorded by the MAGEST monitoring network. The exploitation of such time series, quite innovative in estuaries, required the development of an analysis method based on the combination of spectral techniques. This approach is completed by the analysis of turbidity and current velocity profiles over tidal cycles, the analysis of historical tide time series, and the exploitation of a 2DV semi-analytical model. First, SS dynamics of the fluvial Gironde is detailed at all representative time scales. At the intratidal time scale, the mechanisms of SS transport were described from the vertical depth of SSC and current velocities at two points of the same section. Residual fluxes (total, advective and tidal pumping), estimated for different hydrological conditions, demonstrated the control of tidal pumping on SS fluxes during periods of low river flow. At the subtidal time scale, the TMZ response to hydrological fluctuations (floods, periods of continuous river flow increase and decrease, interannual changes) was analyzed. Hydrological indicators of the TMZ features were thus defined, which suggest the TMZ intensification over the last decades in relation to the river flow decrease. The relative contributions of environmental forcings to the turbidity variability were quantified for different estuarine regions and time scales (seasonal and multiannual). The application of the same methodology to the Loire estuary, which counts on equivalent time series (SYVEL network), allowed the generalization of these results. Finally, the impact of pluri-decades hydrological and morphological changes on tidal propagation and suspended sediments dynamics is detailed in the tidal Garonne. Both tidal range and asymmetry appear to be amplified over the last six decades, mainly due to natural changes of the down Gironde, gravel extraction in the tidal Garonne and hydrological regime shifts. The implementation of an idealized model allowed verifying such results and analyzing their implications for SS concentrations and the upper TMZ limit.

Dans le contexte du réchauffement et du changement climatique, il est important d’étudier les distributions, les cycles saisonniers et les tendances des gaz à l’état de trace dans l’atmosphère tels que la vapeur d’eau. L'Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand a en charge plusieurs dispositifs d’observation dont le site instrumenté Cézeaux, Opme et Puy de Dôme (CO-PDD) situés dans le centre de la France (45◦ N, 3◦ E). Le site des Cézeaux dispose d’un LIDAR Rayleigh – Mie - Raman fournissant en routine des profils verticaux de vapeur d’eau et de paramètres optiques caractérisant les cirrus. Le site du puy de Dôme est équipé d’un spectroscope à cavité optique (CRDS-Picarro). Des mesures de colonnes totales de vapeur d’eau sont disponibles sur tous ces sites par GPS. Le site d’Opme est équipé d’un pluviomètre. Enfin Météo-France effectue le travail de contrôle qualité des données météorologiques sur les stations de mesure en France et ces données ont été utilisées dans cette thèse. La validation des données sur le site du puy de Dôme a été la première la première exploitation dans cette thèse. Des comparaisons des données sur le puy de Dôme ont montré un très bon accord entre les données de vapeur d’eau extraites de la station météorologique du puy de Dôme, de Météo France et les donnes CRDS du puy de Dôme, avec une corrélation de 0.94 et 0.98 respectivement. Les profils verticaux obtenus par LIDAR ont permis de sélectionner une anomalie de vapeur d’eau et d’identifier une intrusion stratosphère-troposphère en analysant les processus dynamique associés à cette anomalie. Les données OLR ont montré que cette intrusion est accompagnée de convection profonde et enfin LACYTRAJ confirme l'origine stratosphérique d’une partie de la masse d'air présente au-dessus de Clermont-Ferrand au cours de l’anomalie. Les longues séries d’observations (ex : Puy de Dôme 1995-2015) et des ré-analyse ECMWF ERA-Interim (1979-2017) et la diversité des sources de données (ex : satellites AIRS et COSMIC), nous permettent de documenter, analyser et comparer la variabilité, les cycles et la tendance de la vapeur d'eau à la surface et dans la troposphère, à différentes échelles de temps et déterminer les processus géophysiques responsables des distributions de vapeur d'eau sur le site CO-PDD. Le cycle annuel de la vapeur d'eau est clairement établi pour les deux sites de différentes altitudes et pour tous les types de mesure. Les sites de Cézeaux et du puy de Dôme ne présentent presque aucun cycle diurne, suggérant que la variabilité de la vapeur d'eau à la surface sur ces deux sites est plus influencée par les systèmes météorologique sporadiques que par les variations diurnes régulières. Les données LIDAR montrent une plus grande variabilité mensuelle de la distribution verticale que les produits satellites COSMIC et AIRS. La colonne totale de vapeur d'eau GPS sur le site des Cézeaux présente une tendance positive (0,42 ± 0,45 g/kg*décade entre 2006-2017). L'analyse par régressions multi-linéaires montre que les forçages continentaux (East Atlantic, East Atlantic-West Russia) ont une plus grande influence que le forçage océanique (Nord Atlantic Oscillation) sur les variations de vapeur d'eau. / In the context of global warming and climate change, it is important to study the distributions, seasonal cycles and trends of trace gases in the atmosphere such as water vapor. of the Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand is in charge of several observation devices including the instrumented site Cézeaux, Opme and Puy de Dôme (CO-PDD) located near the center of France (45◦ N, 3◦ E). The site of Cézeaux is instrumented by a Rayleigh - Mie–LIDAR Raman providing routine vertical profiles of water vapor mixing ratio and optical parameters characterizing cirrus clouds. The puy de Dôme site is equipped with an optical cavity spectroscope (CRDS-Picarro). Measurements of total water vapor columns are available on all these sites by GPS. The Opme site is equipped with rain gauges. Finally, Météo-France performs the quality control work and of data on meteorological stations in France and these data were used in this thesis. The validation of the puy de Dôme data was the first the first task in this thesis. Comparisons between the puy de Dôme data sets showed a very good agreement between the water vapor datafrom the OPGC meteorological station of Puy de Dôme, Météo France and CRDS data with a correlation of 0.94 and 0.98 respectively. The vertical profiles deduced from the LIDAR allowed to identify a water vapor anomaly and a stratosphere-troposphere intrusion associated with this anomaly. OLR data showed that this intrusion could be linked with deep convection and LACYTRAJ confirms the stratospheric origin of a part of the air mass present above Clermont-Ferrand. Long series of observations (eg Puy de Dôme 1995-2015) and ECMWF ERA-Interim re-analysis (1979-2017) and the diversity of data sources (eg AIRS and COSMIC satellites), allowed us to document, analyze and compare the variability, cycles and trend of surface and tropospheric water vapor at different time scales and determine the geophysical processes responsible for water vapor distributions at the site of CO-PDD. The annual cycle of water vapor is clearly established for the two sites of different altitudes and for all types of measurement. Cézeaux and puy de Dôme present almost no diurnal cycle, suggesting that the variability of surface water vapor at this site is more influenced by a sporadic meteorological system than by regular diurnal variations. The LIDAR dataset shows a greater monthly variability of the vertical distribution than the COSMIC and AIRS satellite products. The Cézeaux site presents a positive trend for the GPS water vapor total column (0.42 ± 0.45 g/kg*decade during 2006–2017) and a significant negative trend for the surface water vapor mixing ratio (−0.16 ± 0.09 mm/decade during 2002–2017). The multi-linear regression analysis shows that continental forcings (East Atlantic Pattern and East Atlantic-West Russia Pattern) have a larger influence than oceanic forcing (North Atlantic Oscillation) on the water vapor variations.

Dans l'optique d'une meilleure compréhension du fonctionnement des flèches de galets en Bretagne, la morphodynamique de ces formes d'accumulation a été étudiée à différentes échelles spatiales et temporelles. <br /><br />Sur le long terme, l'évolution des flèches au cours de l'Holocène a été reconstituée à partir d'une analyse stratigraphique des dépôts préservés au sein de trois marais maritimes situés en rade de Brest. En parallèle, les variations holocènes du niveau marin ont été reconstituées afin d'appréhender le rôle des mouvements eustatique dans l'évolution à long terme des flèches de galets. Quatre grandes phases dans les courbes des variations eustatiques peuvent toutefois être identifiées. Ainsi, un stationnement relatif du niveau marin à environ 5 m sous son niveau actuel est enregistré entre 5 500 et 4 800 BP. Cette phase de ralentissement important de la transgression holocène aurait favorisé la mise en place de tourbières au niveau de la ligne de rivage actuelle à la fin de l'Atlantique et au début du Subboréal. Un mouvement transgressif important semble s'opérer entre 4 800 et 3 000 BP, amenant la mer a un niveau proche, quoique légèrement inférieur à l'actuel à la fin du Subboréal. En rade de Brest, cette phase de remontée relativement rapide du niveau marin a vraisemblablement entraîné l'inondation des tourbières littorales ou dulçaquicoles par la mer et leur remplacement par des marais maritimes protégés de l'agitation des vagues par la présence de cordons littoraux. Ces cordons auraient progressivement reculé jusqu'à une position assez voisine de l'actuelle vers 3 000 BP. Ensuite, une petite régression marine se serait traduite par une baisse du niveau marin relatif de 2 à 3 m entre 3 000 et 2 700 BP, entraînant l'abandon temporaire des systèmes littoraux (marais maritimes/cordons littoraux) par la mer. Dans le nord du Finistère, cette régression aurait favorisé l'exondation de vastes surfaces sableuses sur lesquelles la déflation éolienne aurait favorisé la construction des grands massifs dunaires de la région (Guilcher et Hallégouët, 1991). Il convient toutefois de préciser que cet épisode régressif datant de la fin de l'âge du Bronze pose question dans la mesure où il n'est enregistré par aucune courbe construite sur les différentes façades maritimes françaises (Lambeck, 1997, Vella et Provansal, 2000), ni même sur les côtes de Belgique (Denys et Beateman, 1995) ou du sud de l'Angleterre (Long et al., 1999). Cette baisse du niveau marin, ne reposant que sur deux points, pourrait simplement être attribuée à un manque de précision des données (mauvaises datations, erreur de positionnement altitudinal). De toute évidence, il apparaît nécessaire de multiplier les études de cas afin de proposer une courbe beaucoup plus fiable des variations eustatiques holocènes dans le nord-ouest de la Bretagne. A partir de 2 700 BP, le mouvement transgressif reprend à un rythme décroissant jusqu'à nos jours. La mer réinvestit peu à peu les milieux littoraux et édifie, en rade de Brest, les principaux cordons et flèches de galets actuels, qui apparaissent comme de véritables héritages morpho-sédimentaires.<br /><br />Sur le moyen terme, la mobilité des flèches de galets de Bretagne a été retracée à partir d'un traitement numérique de cartes anciennes et de photographies aériennes. Une tendance au recul des flèches se dessine à l'échelle régionale au cours des trois derniers siècles. Près de 80% des flèches étudiées montrent des signes de cannibalisation, de recul relativement rapide par rollover, d'ouverture de brèches et de démantèlement. Ces évolutions traduisent un contexte d'érosion liée à une sous-alimentation sédimentaire résultant d'apports insuffisants en matériaux grossiers provenant du recul des falaises meubles quaternaires. Les flèches de galets constituent donc actuellement des héritages en cours de dilapidation. Par ailleurs, l'analyse des forçages météo-marins sur la période récente fait apparaître une différence de fonctionnement morphodynamique opposant les flèches de type SAB (swash-aligned barriers) orientées perpendiculairement aux houles incidentes et dont l'évolution récente est fortement contrôlée par les épisodes de submersion marine, et les flèches de type DAB (drift-aligned barrier) alignées dans le sens des vagues incidentes, peu influencées par les événements météo-marins. <br /><br />Sur le court terme, la mobilité des flèches de galets a été retracée à partir d'un suivi topo-morphologique réalisé entre 2002 et 2008, couplé à une analyse des conditions météo-marines. La mobilité des flèches présente un caractère spasmodique, marquée par des phases de stabilité permettant la consolidation des cordons et de brusques épisodes érosifs liés à l'intervention d'épisodes de submersion marine très morphogènes. Les méthodes d'analyse prévisionnelle utilisées (méthode historique, cartographie de la submersion, modèle de Sallenger (2000)) permettent de prévoir une poursuite du recul de ces édifices sédimentaires et, par endroits, l'exagération des phénomènes d'érosion. Dans ce contexte, se pose la question d'une éventuelle gestion de ces formes d'accumulation puisque ces flèches participent à la protection de marais maritimes à forte valeur écologique. En outre, ces flèches constituent des objets géomorphologiques à forte valeur patrimoniale, comme en témoigne le classement récent du Sillon de Talbert en Espace Remarquable de Bretagne.