Les karsts sont l'une des formations aquifères les plus présentes au monde. Exploités, ils fournissent de l'eau potable pour près de 25% de la population mondiale. Cependant la forte hétérogénéité de leur structure implique un comportement non-linéaire particulièrement difficile à simuler et à prévoir. Les réseaux de neurones formels sont des modèles d'apprentissage statistique qui ont été largement utilisés en hydrologie de surface depuis les années 1990, grâce à leurs propriétés de parcimonie et d'approximation universelle. Dans cette thèse, il est proposé d'utiliser les réseaux de neurones pour étudier le comportement des aquifères karstiques. L'aquifère du Lez est choisi pour appliquer le modèle par réseaux de neurones. Cet aquifère, situé près de l'agglomération de Montpellier (400 000 habitants), est exploité pour fournir de l'eau potable à une grande partie de l'agglomération. Dans un premier temps, un réseau de neurones " classique ", de type boîte noire, est appliqué à la simulation et à la prévision des débits de la source du Lez. Une méthode de sélection des entrées de pluie est proposée, couplant analyse par corrélations croisées et méthode de validation croisée. Les résultats montrent l'adéquation du modèle neuronal pour la simulation et la prévision du débit de la source d'un aquifère karstique complexe. Le test du modèle est effectué sur les deux cycles hydrologiques comportant les crues les plus intenses de la base de données. Les hydrogrammes montrent que le modèle neuronal a été capable de correctement prévoir les débits des crues majeures en test, qui sont supérieurs aux débits présents dans la base d'apprentissage du modèle. La prévision est acceptable jusqu'à un horizon de prévision de un jour. Dans un second temps, une méthode d'extraction des données contenues dans la boîte noire est proposée. Afin de contraindre le modèle neuronal à donner des valeurs physiquement interprétables, des connaissances a priori sur la géologie de l'aquifère sont incluses dans l'architecture du réseau de neurones. La méthode KnoX (Knowledge eXtraction) proposée dans cette étude permet d'extraire du modèle les contributions des différentes zones géologiques à la source du Lez ainsi que les temps de réponse correspondants. L'application de la méthode KnoX à un hydrosystème fictif dont on contrôle en particulier les temps de réponse et contributions des différents sous-hydrosystèmes fictifs a permis de valider cette méthode. Les résultats obtenus sur le bassin du Lez sont très satisfaisants et en adéquation avec les connaissances actuelles que l'on a sur ce système. De plus la méthode a permis d'affiner ces connaissances, notamment l'infiltration retardée par des aquifères perchés et les limites du bassin d'alimentation de la source du Lez. Enfin, la méthode KnoX est générique et applicable à tout hydrosystème pour lequel on dispose de mesures de pluie et de débit.

L' étude comparée des structures des massifs cristallins externes et celles de la couverture dauphinoise, à la jonction Mont Blanc, Aiguilles Rouges, Belledonne permet de conclure à une déformation alpine, commune pour les deux grands ensembles lithologiques, qui combine respectivement déplacements gravitaires superficiels dans les nappes de couverture avec raccourcissement, chevauchements et décrochements crustaux profonds. Ces différents processus ont abouti au développement d'un champ régional de déformation finie (trajectoires de schistosité et d'étirement + gradients régionaux de la déformation) qui apparaît comme le résultat d'étapes successives, matérialisées à l'échelle du terrain, par une superposition de déformations. L'ordre d'apparition de ces déformations est vérifié par l'étude de la déformation incrémentale. Celle-ci permet de mettre en évidence une rotation antihoraire de l'étirement principal., générale pour l'ensemble du secteur étudié. L'ensemble des résultats de cette étude a été intégré dans un modèle de déformation progressive, ductile et hétérogène, où la direction du déplacement gravitaire superficiel de la couverture et celle du raccourcissement crustal profond sont d'abord dirigées vers le NNW puis vers l'W.

La prévision des crues de l'Isère en amont de Grenoble est une préoccupation majeure du SPC AN qui souhaite faire évoluer son système en intégrant une prévision hydrométéorologique, afin de pouvoir étendre les délais d'anticipation. Ce bassin, de régime à dominante nivale intégre un important dispositif hydroélectrique modifiant le régime naturel des écoulements. Le sous-bassin de l'Isère à Moûtiers, d'une surface proche du millier de km2, comportant les caractéristiques typiques de l'ensemble du bassin, constitue une zone test idéale qui permettra d'appréhender judicieusement la modélisation hydrologique complète à terme du bassin de l'Isère à Grenoble. Dans le cadre du projet ALCOTRA - RiskNat, le modèle RS2 (Dubois et al.,2000) développé au LCH-EPFL et adapté au contexte Alpin constitue un bon compromis entre une approche qui permet d'intégrer les spécificités de la zone d'étude et une souplesse de mise en oeuvre, qui sur le plan opérationnel, est un atout capital. La complexité du réseau hydraulique en présence a impliquée une modélisation en deux étapes : calibration du modèle en conditions naturelles puis intégration des ouvrages. A partir de la représentation des aménagements dans le modèle, plusieurs discrétisations spatiales du bassin plus ou moins détaillées ont été imaginées et testées dans un premier temps. Cela a permis d'analyser l'impact de ces différentes représentations des forçages météorologiques sur les termes du bilan hydrologique simulé. Ce contexte de montagne rend particulièrement délicat l'estimation du forçage des précipitations. L'impact de 3 champs de précipitation testés en entrée du modèle sur les simulations de débit a été analysé et s'est révélé bien plus important que celui lié à la discrétisation des forçages météorologiques. Le modèle capable de représenter le mieux possible la météorologie du bassin a été conservé afin d'y représenter les aménagements dans un second temps. Une méthode simple pour les considérer peut s'avérer suffisante, et une relation d'équivalence pour la représentation des prises d'eau permet de favoriser la souplesse du modèle. Néanmoins, à terme, cet outil doit permettre au SPC de se baser sur une estimation plus juste et plus précise du débit de crue, ce qui exige d'intégrer un pas de temps plus fin, i.e. l'horaire, adapté au temps de réponse du bassin. La mise en œuvre de cette prévision horaire est alors plus complexe et requiert une représentation plus détaillée des processus hydrométéorologiques et hydrauliques. Une méthode de désagrégation temporelle pour estimer le forçage des précipitations a été employée. Des premiers résultats encourageants de modélisation horaire sont présentés.

L'intérêt du cadre de cette étude, la Côte Basque, réside en trois points essentiels : - le contexte géologique général est connu, de même que la géométrie précise des structures, plis et fractures. - Les affleurements, sans cesse rafraîchis par l'action de la mer , permettent une bonne observation des structures, tant dans la verticale par les falaises, que dans l'horizontale sur le platier découvert à marée basse. - Le matériau est un flysch régulièrement stratifié et assez homogène sur tout le secteur. Un tel cadre est donc tout à fait favorable pour tenter de retrouver les mécanismes de plissement d'une série stratifiée, ce qui peut conduire à des règles utilisables dans un cadre beaucoup plus général . Ainsi, les affleurements de la Côte Basque seront-ils utilisés comme un modèle de dimensions assez réduites pour décrire l'évolution cinématique d'une déformation. On cherchera d'abord de façon théorique à définir les divers aspects possibles de ces mécanismes, pour voir ensuite lesquels peuvent se retrouver à l'affleurement dans la zone étudiée, 'est-à-dire la Côte Basque entre Bidart au Nord, et Hendaye au Sud. Des comparaisons seront faites entre différentes zones, selon des méthodes que nous avons jugé nécessaire de rappeler. Ces comparaisons permettront de définir les divers aspects de naissance, développement, évolution des plis . Enfin, il sera intéressant de replacer cette zone plissée basque dans un cadre plus général, et de voir ce que le mécanisme de déformation déduit de cette étude implique pour la tectonique régionale.

La source karstique du Lez, localisée dans le bassin Méditerranéen (sud-est de la France), fournit de l'eau potable pour la ville de Montpellier et son agglomération depuis le XIXe siècle. Depuis 1981, un pompage intensif est effectué directement dans le conduit principal au moyen d'une station souterraine de pompage, avec un débit maximal autorisé de 1,700 l/s. Afin de mieux caractériser la dynamique et l'origine des eaux souterraines, mais également d'évaluer l'impact de trois décennies d'un pompage intensif de l'aquifère, des prélèvements ont été réalisés dans différentes conditions hydrologiques depuis mars 2006. La source du Lez ainsi que d'autres sources et forages appartenant à ce système et aux systèmes karstiques voisins ont été régulièrement échantillonnées pour le suivi en continu des paramètres physico-chimiques, des éléments majeurs et en trace, du Carbone Organique Total (COT), des coliformes fécaux et totaux ainsi que des d18O, d2H, d13CTDIC et 87Sr/86Sr. Au moment des crues de reprise qui surviennent après l'étiage, des eaux fortement minéralisées sont identifiées à la source du Lez. Ce comportement singulier a été étudié à un pas de temps fin. L'utilisation d'analyses statistiques multivariées a permis de caractériser les différents types d'eau s'écoulant à la source du Lez. Une approche couplée intégrant les données hydrochimiques et isotopiques a permis de définir les différents types d'eau et les lithologies associées, ainsi que les principales réactions qui contrôlent la chimie des eaux souterraines. Parmi les cinq types d'eau identifiés, deux correspondant à des pôles géochimiques très contrastés, et sont à mentionner : le premier pôle correspond à des eaux géochimiquement plus évoluées, caractérisées par une forte minéralisation, un enrichissement marqué en Cl, Na, Mg, Li, B et Br, des rapports Sr/Ca, Mg/Ca et Cl/Br élevés ainsi que des valeurs en d13CTDIC et 87Sr/86Sr enrichies. Ces eaux, qui correspondent à une signature évaporitique, sont vraisemblablement issues d'un réservoir profond, et associées à un temps moyen de résidence important. Parmi toutes les sources et forages étudiés, cette signature chimique a été uniquement observée pour les eaux de la source du Lez. Le second pôle correspond à des eaux faiblement minéralisées, contenant de fortes concentrations en NO3, bactéries et COT, représentant le flux d'infiltration rapide. Elles soulignent la vulnérabilité du système à l'infiltration rapide et à la contamination anthropique via des systèmes de pertes et de réseaux de fractures bien développé. Des déconvolutions d'hydrogramme à l'aide de multiples traceurs ont été réalisées pour estimer les proportions de participation des deux ou trois pôles d'eau précédemment définis dans les multiples événements de crue survenus entre 2008 et 2010. En considérant les chlorures comme traceur, la participation moyenne des différents types d'eau à l'écoulement à la source est la suivante : 12% pour les eaux profondes, 5% pour les eaux nouvellement infiltrées et 83% pour les eaux de l'aquifère principal. La comparaison entre les données obtenues dans cette étude et les données obtenues avant l'installation de la station souterraine de pompage (données de 1973-1974) montre des changements notables dans la composition chimique des eaux de la source du Lez, en indiquant une diminution de la proportion de participation du réservoir profond aux écoulements à cette source. Cette modification de la composition chimique des eaux peut être attribuée au pompage intensif du système karstique et, en l'absence de changement climatique perceptible, traduit les conséquences directes de ce forçage anthropique sur le fonctionnement général de l'aquifère. L'approche multi-traceurs combinée à l'hydrodynamique apparaît comme un outil très efficace pour caractériser les écoulements souterrains et leurs origines, et semble être potentiellement applicable à d'autres systèmes karstiques complexes similaires comprenant des compartiments profonds qui contribuent à l'écoulement de la source, notamment sur le pourtour méditerranéen où la crise messinienne à permis la mise en place d'une karstification profonde.

L'objet de cette thèse est d'appliquer l'apprentissage statistique à la prévision des crues éclair cévenoles qui ont occasionné des pertes humaines et des dégâts considérables durant ces 20 dernières années. Les travaux s'inscrivent dans le cadre du projet Bassin Versant Numérique Expérimental Gardons. Dans ce contexte, ce mémoire se propose de présenter les travaux effectués pour réaliser la prévision des crues du Gardon d'Anduze à Anduze, jusqu'à un horizon de prévision de l'ordre de grandeur du temps de concentration, en l'absence de prévision de pluie, par des méthodes d'apprentissage statistique. La première partie de ce mémoire s'attache donc à présenter la famille de fonctions choisies pour réaliser cette tâche - les réseaux de neurones utilisés pour la prévision du comportement d'un processus dynamique non linéaire -, les propriétés fondamentales qui justifient leur utilisation de ces réseaux de neurones (l'approximation universelle et la parcimonie), ainsi que les méthodes connues pour éviter le surajustement. La deuxième partie de ce mémoire présente le cours d'eau qui constitue l'objet de l'étude : le Gardon d'Anduze et ses Gardonnades ainsi que les études hydrologiques qui y sont consacrées. La troisième partie s'intéresse à la mise en œuvre de méthodes de régularisation connues : la modération des poids et l'arrêt précoce. L'efficacité de ces méthodes est connue, mais il a fallu les adapter dans ce travail pour parvenir à estimer le comportement très intense d'un événement extrême. Le mémoire montre comment éviter les phénomènes de spécialisation observés en fonction de l'ensemble d'arrêt, et il introduit la validation croisée partielle, qui est en fait spécialisée sur les événements intenses. C'est grâce à l'établissement d'une typologie des événements, et grâce à une distribution judicieuse de ceux-ci dans les différents sous-ensembles d'apprentissage, de validation, d'arrêt et de test, qu'une procédure générale a pu être établie pour définir ces sous-ensembles et concevoir le modèle de prévision. Les performances du modèle obtenu en prévision permettent d'envisager qu'une alerte fiable soit disponible sur Internet par l'intermédiaire du SCHAPI et de son site vigicrues, rendant ainsi une aide précieuse aux populations. Ainsi, ce mémoire établit que, contrairement à ce que l'on peut lire dans de nombreuses publications sur les réseaux de neurones appliqués à la prévision des crues, il n'est pas impossible de généraliser à un événement plus intense que ceux de l'ensemble d'apprentissage et il n'est pas non plus impossible d'éviter le surajustement au bruit dans les mesures. C'est également pour cela que les perspectives ouvertes par ce travail sont particulièrement importantes, tant pour intégrer de l'adaptativité dans le modèle que pour généraliser leur application à des bassins versants non jaugés.

pas de résumé

L'objet de cette étude, les Préalpes médianes, comprend les deux lobes montagneux situés de part et d'autre de la vallée du Rhône, au nord des Alpes. Les roches sédimentaires qui les composent sont pour la plupart des calcaires associés à des marnes et des argiles. Elles proviennent de la marge nord d'un océan disparu appelé Téthys et se sont déposées sur un microcontinent - le "Briançonnais" - depuis la période du Trias, il y a 245 millions d'années, jusqu'à l'ère tertiaire, il y a quelque 40 millions d'années. Ces terrains ont été pris, au début du Tertiaire, dans la collision entre la plaque apulo-adriatique et la plaque européenne. De cette collision entre continents est sortie la chaîne des Alpes. Cette étude a permis de préciser la répartition dans le temps et dans l'espace des unités lithostratigraphiques du Jurassique inférieur. L'approche multidisciplinaire (sédimentologie, stratigraphie et géologie structurale) donne la possibilité de faire la distinction entre déformations paléotectoniques lors du dépôt des sédiments et structures dues à la collision alpine. Elle a permis d' établir les faits suivants: [i] La zone de lacunes des Préalpes médianes plastiques, si elle existe effectivement dans l'espace, est déplacée dans le temps. Elle est le résultat d'une érosion au Callovo-Oxfordien. [ii] Les lignes isopiques sont parallèles les unes aux autres d'une extrêmité à l'autre de la nappe. [iii] Le domaine de sédimentation des Préalpes médianes est une mer épicontinentale dont la physiographie du fond est plane. [iv] La "brèche dolomitique" (auct.) du Sinémurien n'est pas une brèche, mais le résultat de la dolomitisation et de l'altération d'entroques; de même les Quartzites décrites sont des entroques silicifiées . [v] De nouvelles coupes géologiques sont proposées. Elle tiennent compte des longueurs déterminées sur un nouveau profil palinspastique. [vi] L'analyse de l'histoire de la subsidence montre un lien direct entre l'enregistrement sédimentaire dans le bassin des Préalpes médianes et des phénomènes tectoniques dans son soubassement. Ces phénomènes sont les conséquences d'événements thermiques dans la lithosphère qui préludent à l'ouverture de la Téthys alpine . Dès lors, l'aire de sédimentation des Préalpes médianes devient le bassin frangeant de cet océan. L'étude géodynamique intègre les données préalpines, en les comparant à d'autres séries briançonnaises, dans les modèles les plus récents de la tectonique des plaques.

Le phénomène de dégazage permanent observé sur le volcan Erebus s'accompagne d'une variation cyclique de la composition des gaz et du niveau de son lac de cratère que nous nous sommes proposé de modéliser en partant de l'hypothèse que ces fluctuations sont causées par l'arrivée de batch de magma naissant à faible profondeur, ascendant dans un conduit à travers duquel percole un flux continu de gaz dont l'origine est plus profonde. Nous avons tout d'abord montré par simulation numérique que la vigueur de la convection observée en surface ne pouvait être expliquée par la seule convection thermique d'un mélange liquide-cristaux. Si une alimentation continue en magma et gaz dans un système ouvert permet de simuler un comportement pulsatif de la surface, cet apport doit être suffisamment important pour que les changements de vitesse de surface ainsi générés puissent être appréciés. Le conduit doit avoir un diamètre suffisant large pour assurer la pérennité de la convection et maintenir le magma au-dessus de sa température de transition vitreuse. La présence de cristaux accélère la convection et améliore l'efficacité du transfert de chaleur entre les régions inférieures et supérieures du système magmatique ; ces cristaux se déposent dans le fond de la chambre pour former une couche de forte concentration d'une dizaine de mètres d'épaisseur. L'introduction de deux batch de magma d'origines différentes a permis de mettre en évidence combien leur composition et le comportement du lac de lave étaient sensibles à la température à laquelle ces batch sont générés. D'autre part, un batch ne contribuera au budget de dégazage dans des proportions consistantes avec les observations que si un seuil de flottabilité suffisant a été atteint. Dans le cas contraire, la migration d'une quantité de magma nécessaire à ce dégazage ne pourrait se faire que dans un conduit de très grand diamètre. Les paramètres physiques de la croute qui se forme lors du refroidissement de la surface du lac de lave, tels que son épaisseur et sa perméabilité, influent sur sa capacité à se déformer sous la pression qu'elle piège et à permettre un dégazage de type effusif. Cette pression conditionne à son tour la porosité du magma en surface et éventuellement le degré de dégazage du magma qui redescend vers la chambre magmatique. Cette étude nous a permis de mieux appréhender les mécanismes associés à une éruption de régime effusif et constitue une étape dans la compréhension de la transition à un régime explosif, préoccupation majeure des centres de surveillance volcaniques.

Ce mémoire précise la stratigraphie et analyse l'évolution tectonique de la partie méridionale du bassin néogène à quaternaire du Guercif ( Maroc oriental )