Le lien entre la variabilité spatiale de la pluie et la réponse hydrologique des bassins versants devient un sujet important au moment où l'usage des images radar météorologique se développe. Ce développement soulève la question suivante : quel niveau de détails faut-il prendre en compte pour la distribution spatiale des précipitations en modélisation pluie-débit ? Cette question a été abordée par de nombreuses études mais aucune conclusion claire n'a encore été établie. L'objectif de cette thèse est d'évaluer dans quel contexte une connaissance détaillée des précipitations est pertinente pour la modélisation des débits à l'exutoire de bassins versants de quelques dizaines à quelques centaines de km² et, ceci, en procédant par simulation. Afin de limiter les erreurs de modélisation et de mesure de pluie, de contrôler la variabilité spatiale des précipitations ainsi que les caractéristiques et le fonctionnement hydrologique des bassins versants, une chaîne de simulation, comprenant un simulateur de pluie, un simulateur de bassins versants et un modèle pluie-débit distribué, a été utilisée. Deux niveaux de connaissance des champs pluvieux ont été considérés : une connaissance détaillée et une moyennée. Les résultats des tests réalisés indiquent que la prise en compte de la variabilité spatiale des champs pluvieux peut représenter une plus-value pour estimer les débits, plus-value qui est cependant dépendante des caractéristiques des champs pluvieux et des bassins versants. Une étude de cas, effectuée sur un vrai bassin versant et en utilisant des champs pluvieux mesurés par radar, nous a permis d'aborder la vérification de la pertinence des résultats obtenus par simulation.

Au vu de l'ampleur et de la diversité des rôles que joue le système nuageux dans l'ensemble des processus atmosphériques, le mode de formation des gouttelettes de nuage à partir de particules d'aérosols, ainsi que les mécanismes de croissance et d'interaction de ces dernières avec les composés gazeux environnants suscitent un grand intérêt au sein de la communauté scientifique. C'est dans ce cadre que cette étude s'est attachée à compléter notre connaissance des propriétés physico-chimiques des noyaux de condensation des nuages (CCN) et de leur influence sur la microphysique des gouttelettes. Une détermination expérimentale des propriétés des aérosols est en premier lieu à la base d'une classification simple des masses d'air rencontrées sur le site du puy de Dôme. Les masses d'air rencontrées sur ce site montrent une anthropisation principalement associée à une augmentation de sels inorganiques. La discrimination des familles de composés inorganiques et carbonées en diverses classes de tailles permet d'observer une répartition des espèces particulaires en mélange externe. Cette observation a des conséquences sur le comportement de ces particules lors de la formation d'un nuage. Un montage expérimental complexe (Counterflow Virtual Impactor, Round Jet Impacteur, Whole Air Inlet) permet d'observer, pour une même classe de taille, une incorporation des composés inorganiques solubles significativement plus élevée que l'incorporation des composés organiques carbonés. Une altération des aérosols à leur surface modifie plus en avant leur comportement hygroscopique. L'utilisation d'un modèle microphysique d'activation de CCN montre que l'accord entre les taux simulés et les taux mesurés sont grandement améliorés si l'hypothèse de mélange externe de particules modifiées à leur surface est prise en compte. Enfin, l'échantillonnage de la phase liquide du nuage associé aux mesures précédentes nous permet de conclure qu'aucune des phases (particulaire ou gazeuse) ne peut être négligée pour rendre compte de la composition finale des gouttelettes de nuage. Après évaporation de la gouttelette, le résidu solide est plus enrichi en nitrate qu'en sulfate par son passage dans le cycle nuageux.

L'altération hydrothermale d'une péridotite océanique conduit à une profonde transformation minéralogique qui correspond au " processus de serpentinisation ". Durant ce processus, le Fe2+ initialement contenu dans les olivines et/ou les pyroxènes peut s'oxyder en Fe3+ en incorporant des phases nouvellement formées comme la serpentine et la magnétite. L'hydrolyse de l'eau associée à cette réaction entraine la production de grandes quantités d'hydrogène. Au niveau des dorsales océaniques, de fortes concentrations en hydrogène et hydrocarbures ont été récemment mises en évidence sur quelques sites hydrothermaux d'un genre nouveau, tous situés dans un contexte ultrabasique. Dans le but de comprendre les processus contrôlant l'altération hydrothermale des péridotites, et en particulier la production d'hydrogène dans ce type de contexte, nous avons couplé des expériences de serpentinisation insitu à des simulations thermodynamiques. Les produits de synthèse obtenus dans nos expériences ont été caractérisés à l'aide de différents outils spectroscopiques, principalement par absorption des rayons X en synchrotron. Nous avons ainsi développé plusieurs protocoles expérimentaux permettant d'une part de quantifier les proportions des phases minérales, mais aussi de déterminer la distribution et la spéciation du fer dans nos échantillons altérés. Nos expériences montrent que la cinétique de serpentinisation est fortement dépendante des conditions physicochimiques (température, rapport eau/roche, état structurel et composition chimique de protolithe) présentes dans le milieu naturel. Parallèlement, ces travaux indiquent que les rôles joués par la serpentine et la magnétite dans la production d'hydrogène évoluent suivant la température mais changent également fortement au cours de la réaction. Ces résultats, affinés par des modélisations numériques, ont été replacés dans un cadre naturel, dans le but de déterminer les différents processus se produisant le long d'un trajet P-T hydrothermal. Il apparait ainsi que l'essentiel de la réaction de serpentinisation s'effectue sur le trajet " prograde " avec une production maximale d'hydrogène située autour de 325°C. Enfin, et grâce aux gradients de température estimés dans ce type de contexte, nous avons pu estimer la taille et la géométrie probable d'un site hydrothermal comme celui de " Rainbow ".

La modélisation expérimentale permettant une observation facile en 3 dimensions apparaît comme étant l'outil idéal pouvant arder à la compréhension de la genèse, du fonctionnement et de la géométrie des zones décrochantes sur le terrain. L'application à la modélisation expérimentale de la tomographie aux Rayons X a permis de mettre en évidence que dans une couverture sédimentaire purement fragile les failles s'initialisent sur la faille de socle et se propagent vers le sommet. A l'opposé, en présence d'un niveau ductile, les failles s'initialisent à la surface de la pile sédimentaire et se propagent vers la base. Dans une étude sur le décrochement oblique, différentes co nfigurations i) de faille de socle (normale, verticale ou inverse), ii) de déplacement imposé sur le plan de faille et iii) composition rhéologique (couverture purement fragile ou fragileductile) ont été tèstées. Une étude sur la réactivation en contexte décrochant a ég alement été envisagée. Dans un premier stade de déformation, un champ de failles est créé au dessus d'une faille de socle inverse, verticale ou normale, pour différentes rhéologies. Puis ces champs de failles sont déformés en contexte purement décrochant. Les failles sont communément réactivées en profondeur. En surface, la réactivation est moins évidente, mais les structures antérieures controlent la localisation et la géométrie des décrochements. L'analyse des zones décrochantes compressives est ensuite abordée. Le travail de modélisation met en évidence la séparation des déplacemen familles de failles dans des systèmes fragile-ductiles. Une étude de terra été réalisée en Colombie, mettant en évidence le jeu décrochant et décrochevauchant d'une faille active (la faille de Bucaramanga). Enfin la formation et le fonctionnement simultanés de plis et de failles au dessùs d'un décrochement de socle sont envisagés, à la fois sur des exemples naturels dans le domaine Sud-Caraïbes, et par une approche expérimentale.

L'objectif principal de la thèse a été d'identifié expérimentalement les comportements mécaniques et rhéologiques de milieux granulaires dans un environnement à complexité croissante. En particulier, je me suis intéressé aux phénomènes de fluage sous contrainte en essayant de mieux comprendre l'impact des vibrations et la présence d'une faible quantité d'eau piégée entre les pores. J'ai monté un système cissométrique permettant de réaliser des tests mécaniques de fluage. Une originalité de mon montage a été de mettre au point un système de lit fluidisé qui, en alliant flux d'air et vibration, m'a permis de fabriquer des empilements à compacité initiale contrôlée. J'ai étudié les propriétés fondamentales de fluage sous contrainte d'un empilement granulaire de billes de verre de taille d = 200μm sous le seuil de Coulomb. Cette étude a mis en évidence que les seuils de Coulomb varient fortement avec la compacité, mais en plus, on a mis en évidence une contrainte appelée " contrainte de première rupture " qui traduit des réorganisation internes dans l'empilement et qui est d'environ 1/3 de la contrainte seuil maximale. En outre, grâce à la précision de la mesure de déformation, on a obtenu les réponses élastiques à de petits cycles en contrainte et on a établi que le module cisaillement élastique G augmente linéairement en fonction de la compacité, en accord avec le modèle d'élasticité non-linéaire de Hertz (modèle de champ moyen). Nous avons réalisé aussi une étude paramétrique complète du fluage en variant systématiquement la compacité et la contrainte de cisaillement. Notre étude sur les seuils de contrainte, l'élasticité effective et la dynamique de fluage, a été prolongée pour des empilements sous vibration générés par des transducteurs piézo-électriques enfouis sous la surface. Ce montage permet en outre par injection dans le granulaire d'un gaz saturé en vapeur d'eau, d'imposer sous un faible gradient thermique une condensation et d'obtenir une quantité contrôlée d'eau piégée dans l'empilement. Cette méthode permettra par la suite d'aborder le cas de granulaires cohésifs.

L'objectif de cette thèse est de déterminer des caractéristiques générales du comportement de la sensibilité dans la modélisation hydrodynamique des écoulements en milieu karstique. Nous étudions l'influence des spécificités du milieu karstique (forte hétérogénéité de structure, dualité de l'écoulement, forte non-linéarité de fonctionnement) sur la propagation de la sensibilité en vue de déterminer des règles générales pour la calibration. En particulier, nous essayons de répondre aux questions suivantes: (i) la calibration est-elle possible ? (ii) la calibration est-elle robuste ? (iii) est-il possible de réduire l'équifinalité via une calibration multi-objectif ou multi-variable ? L'analyse est menée pour le cas d'une modélisation conceptuelle globale et pour celui d'une modélisation hybride distribuée. Cette contribution met en évidence le potentiel des méthodes locales d'analyse de sensibilité. En dépit des limitations inhérentes à cette approche (approximation locale), l'analyse locale permet une compréhension fine du fonctionnement du modèle, pour un coût de calcul réduit. Par ailleurs, cet travail souligne l'intérêt d'une calibration multi-variable par rapport à une calibration multi-objectif, dans une optique de réduction de l'équifinalité.

Quel est le défi des sciences de la terre et de l'environnement aujourd'hui? Depuis la révolution de la théorie de la tectonique des plaques, l'évolution des surfaces continentales a été associée aux interactions des plaques lithosphériques. Plus récemment, la révolution de la modélisation numérique a bousculé le paradigme de la tectonique en montrant l'importance des interactions entre processus externes (ex. climat, érosion, altération) et processus internes (ex. géodynamique, topographie dynamique). D'une part, les modèles climatiques montrent que les changements régionaux (moussons, aridification...) ainsi que globaux (refroidissement, pCO2...) peuvent être attribués à des phénomènes d'origine interne par le biais de variations dans la distribution des reliefs, des mers et des continents. D'autre part, les modèles géomorphologiques montrent que ces processus internes peuvent être influencés en retour par les variations climatiques par le biais de l'érosion de la surface des continents. Ce qui est nécessaire aujourd'hui, pour tester et calibrer les modèles, c'est une méthodologie qui permette de différencier et de quantifier les contributions respectives des processus internes et externes sur les variations paleoenvironnementales observées pendant les changements régionaux et globaux. En utilisant les outils et l'expérience acquis pendant mes travaux antérieurs, je développe cette méthodologie dans le cadre des travaux de recherche présenté dans cette thèse. La clef de la méthodologie préconisée est basée sur la chronologie fine par datation haute-résolution des enregistrements sédimentaires dans les bassins en utilisant les techniques de magnéto- et cyclostratigraphiques. En effet, une résolution en âge suffisante permet de corréler (ou pas) des variations paleoenvironnementales locales aux cycles astronomiques modulés par la géométrie orbitale de la terre, aux archives marines du climat global ou aux évènements géodynamiques et tectoniques. Cette approche ne prend sa réelle mesure que dans le cadre d'une intégration stratigraphique multidisciplinaire. Je présenterai mon projet principal portant sur les forçages internes et externes des variations paleoenvironnementales dans le contexte de la collision Inde-Asie pendant les évènements climatiques globaux paléogènes. De plus, je décrirai deux autres applications chrono-stratigraphique sur les couplages tectonique-érosion-sédimentation dans l'Himalaya et les interactions climat-évolution dans les bassins à hominidés du rift Est Africain.

Ce travail comporte une étude stratigraphique , une étude structurale et pétrographique des constructions volcaniques de cette vallée aux pieds de l'Etna.

La région étudiée fait partie de la grande zone structurale d ' Iran Central. Ce domaine, défini par J. Stocklin (1968), est formé d ' une mosaïque de blocs faillés entre les zones plissées , du Zagros au Sud-Ouest et du Kopet Dagh au Nord-Est. Ce socle fut fracturé et "rehomogénéisé" plusieurs fois au cours de ,son histoire géologique (M. Sabzehi, 1974 ; M. Bolourchi, 1975). Il en ressort une disposition en grandes bandes parallèles aux structures régionales (fig. l ) : zone métamorphique de Sanandaj-Sirjan, sutures ophiolitiques du Crétacé sup. (zones à "coloured melange"), ceintures de volcanites éocènes ..* L' orogenèse "alpine" a de nouveau ,fracturé ce socle en lui donnant sa configuration actuelle: suite régulière de blocs soulevés et de bassins intramontagneux parallèlement aux trois directions structurales majeures de l'Iran (NW-SE en arrière du Zagros, E-W avec le mégaanticlinal de l 'Elbourz et N-S dans le "bloc du Lut"). La tectonique cassante est donc le caractère principal de toute l'histoire géologique du Plateau iranien. Ce contrôle structural permanent permet d ' expliquer aussi bien la paléogéographie que les événements magmatiques et métamorphiques qui affectent périodiquement ce domaine particulièrement instable. La zone de volcanisme tertiaire d'Azerbaijan, dont fait partie la reglon étudiée, se situe dans la prolongation de deux des trois grandes bandes volcaniques qui traversent tout l'Iran. Elle se raccorde au Nord-Ouest avec les zones volcaniques du Petit-Caucase et de l 'Anatolie. L' Azerbaijan joue ainsi un rôle de charnière dans l' immense chaîne volcanique qui s ' étend depuis la mer Egée jusqu 'en Afghanistan. A son niveau, le système plissé de l ' Elbourz est relayé par celui du Petit-Caucase tandis que la chaîne volcanique subit une nette inflexion vers le Nord (fig. 2). Les grands accidents méridiens qui interrompent ici les directions structurales NW-SE de l 'Elbourz et E-W de l ' Azerbaijan tiennent une place importante dans l'histoire géologique de la région de Mianeh

La premlere partie de ce travail est consacrée à l'étude régionale de l' ensemble des formations cantaliennes au niveau de la cuvette de Murat et de la vallée de la Chevade . La deuxième partie, entreprise à la suite des travaux d'A. de GOER sur la planèze de Saint-Flour , consiste en une étude purement pétrologique des basaltes planéziens et miocènes de ce secteur. L'étude générale de la région de Murat va nous permettre dans un premier temps de replacer dans leur cadre structural les principaux épisodes basaltiques de la planèze de Saint - Flour et de ses marges.