Ce travail présente une analyse des systèmes turbiditiques actuels du Golfe d’Oman et de la marge est-africaine (océan Indien occidental), auparavant méconnus. Il se base sur une base de données acoustique (bathymétrie, imagerie multifaisceaux, sismique THR et multitraces) et sédimentologique (carottes küllenberg et calypso) issues de campagnes successives réalisées par le SHOM et l’IFP. L’architecture des systèmes de dépôts profonds et les processus associés ont révélé une grande diversité selon le contexte géodynamique et physiographique des marges étudiées (marge passive, marge transformante, marge active). Les différents systèmes étudiés illustrent notamment le rôle du contexte tectonique régional sur la répartition et la morphologie des dépocentres à plusieurs échelles d’observation. L'analyse détaillée des faciès et séquences sédimentaires a permis de mettre en évidence le fonctionnement sédimentaire des différents systèmes en lien avec les conditions physiographiques et environnementales régionales (influence des crues liées à la mousson sur le transfert sédimentaire). A travers la reconstruction des transferts sédimentaires dans ces systèmes turbiditiques, nous discutons de l’impact relatif des différents facteurs forçant la sédimentation gravitaire sous-marine à haute-fréquence (eustatisme, climat, et tectonique). Pour cela, une étude stratigraphique détaillée a été réalisée sur la base de différents outils (datation radiocarbone, géochimie élémentaire, biostratigraphie) permettant de contraindre dans le temps les séries sédimentaires gravitaires. L’évolution des apports sédimentaires et des processus de dépôt au cours du Quaternaire terminal, en relation avec les modifications paléo-environnementales continentales, a permis d’identifier l’impact, l’importance relative et les interactions entre les forçages externes sur le développement à haute-fréquence (103-104ans) de systèmes de dépôt gravitaires, dans divers contextes géodynamiques. Les connaissances acquises sur la sédimentation du Golfe d’Oman ont finalement permis d’alimenter une base de données sédimentologique conséquente. L’intégration de cette base dans un modèle numérique géoacoustique (« simulateur ») développé par le SHOM a permis d’évaluer quantitativement l’impact des variations sédimentaires à différentes échelles (distribution spatiale, lithologie, stratification, processus de dépôt) sur la propagation du signal acoustique pour différentes gammes de fréquence (de 300 Hz jusqu’à 3 kHz) et angles d’émission (de 0 à 90°). Ces travaux constituent une base pour la réalisation d’un modèle géoacoustique régional robuste. / This study focuses on the Late Quaternary turbidite systems of the Gulf of Oman and the East-African margin (western Indian Ocean), previously poorly studied. It is based upon a compilation of acoustic data (bathymetry, multibeam imagery, 3.5 kHz and multi-channel seismic) and sedimentological data (küllenberg and calypso piston cores) recovered during several cruises leaded by the SHOM and IFP institutes. Turbidite system architecture and sedimentary processes revealed a strong variability primarily related to the physiographic, hydro-climatic and geodynamic context of each margin. High-resolution stratigraphy has been achieved using a combination of radiocarbon dating, XRF geochemistry, biostratigraphy). This allowed to investigate the impact, the interaction and the relative importance of the external forcings on deep water sedimentation (i.e. tectonics, climate and eustasy) at high- frequency (103 -104 yrs) in different tectonic setting (active & passive margins). Finally, integration of the sedimentological data set in a geoacoustic numerical modelling leaded to a first quantitative estimation of the regional relationship between sea-floor properties (lithology, depositional environment, stratification) and propagation of acoustic signal at 300 Hz- 3kHz frequencies and 0-90°. This work constitutes a basis for future geoacoustic modelling in the area.

Cette thèse a deux objectifs principaux: (i) la reconstruction de l'évolution des plaines côtières autour des baies de Chabahar et de Pozm et (ii) L'évaluation des risques côtiers (tsunamis et tempêtes extrêmes) par l'étude des dépôts de haute énergie. Vastes plaines côtières et paleo-rivages protégées par des terrasses marines soulevées sont présents autour des baies de Chabahar et Pozm. Nous avons mise en évidence des changements du niveau marin relatif le long de quatre profils. L'architecture interne des paleo-rivages a été imagée en utilisant le géoradar (GPR). Des analyses sédimentologiques et stratigraphiques des séquences côtières ont été examinées par carottages et tranchées. Les paleo-rivages sont datées entre 4800 et 270 ans BP à des distances respectives de 5 km et de 670 m du rivage actuel. La position spatiale des paléo-rivages montre une chute du niveau relatif de la mer de 15 m au cours des 4800 derniers années. Nous insistons aussi sur le rôle de contrôle des structures géologiques. Les dépôts d'événements (tsunami et tempêtes) ont été étudiés en contexte de côte meuble par Les sédiments sableux et coquilliers d'origine marine, et sur les côtes rocheuses par les dépôt des blocs déplacés. Nous avons appliqué des modèles hydrologiques pour évaluer et comparer la hauteur des vagues et la distance d'inondation. Nos résultats montrent qu'aucun événement de tempête, connu ou potentiel, n'est capable de transporter les blocs observés. Des vagues de tsunamis de l'ordre de 4 m de hauteur sont suffisantes pour transporter les blocs. La côte de Makran a enregistré des indices de paléo-tsunamis probablement générés par de grands séismes dans la zone de subduction. / In this thesis we have two main goals: (i) to reconstruct the Holocene coastal evolution and relative sea-level changes using strandplains around the Chabahar and Pozm bays; and (ii) to evaluate coastal hazards (tsunami and extreme storms) along the Iranian coast of Makran using high-energy deposits. Since the mid-Holocene, the shoreline rimming the bays of Chabahar and Pozm has prograded ~5 km and formed extensive strandplains. We documented relative sea-level changes along four coast-normal profiles. Internal architecture of strandplain imaged using Ground Penetrating Radar (GPR). The sedimentology and stratigraphy of the coastal sequence were studied by coring and trenching. The highest paleo-coastline is located about 5 km inland and stands approximately 15 m above present sea level. Paleo-shorelines date back between 4800 and 270 years BP at respective distances of 5 km to 670 m from the active shoreline. The spatial position of the palaeo-coastlines demonstrates a fall in local sea level of around 15 m during the last ~4800 years. Event deposits attesting to high-energy waves have been studied in low-lying coast by study of Over-washed sandy and shelly marine sediment and on the rocky shore by study of displaced boulder deposits. We applied hydrologic models to estimate the height and inundation distance of exceptional waves. Our results demonstrate that no known or probable storm is capable of detaching and transporting the boulders. Tsunami waves 4 m in height are enough to transport the boulders. We conclude the Makran coast has archived evidence of palaeo-tsunami events generated in the Makran subduction zone.

Le but de cette thèse est d'analyser plusieurs phénomènes de bord ouest de la Mer d'Arabie : (i) le cycle de vie d'un tourbillon de mésoéchelle persistant, le Great Whirl; (ii) la dynamique d'un écoulement d'eau dense (outflow) formée dans une mer adjacente, l'outflow du Golfe Persique; et (iii) une remontée d'eau profonde (upwelling) saisonnière dans la zone côtière d'Oman. Le point commun entre ces phénomènes est leur localisation sur un bord ouest océanique. Ils sont donc influencés par des forçages locaux (notamment les vents de mousson) et les forçages à distance (ondes de Rossby et tourbillons dérivant vers l'ouest). En particulier, ces derniers vont jouer un rôle particulier car la Mer d'Arabie est située à basses latitudes, ce qui implique une propagation rapide des ondes longues et tourbillons. De plus, des ondes sont continuellement excitées par le régime saisonnier des moussons. Nous avons mis au point des expériences numériques de différentes complexités en utilisant un modèle aux équations primitives. Ces expériences permettent soit de simuler de manière réaliste la dynamique complexe de la Mer d'Arabie, soit d'isoler un processus en particulier. Les résultats principaux peuvent se résumer comme suit : (i) le cycle de vie du Great Whirl est significativement impacté par les ondes de Rossby annuelles. Le rotationnel de la tension de vent joue un rôle important dans le maintien, le renforcement et la barotropisation du tourbillon. (ii) La dispersion de l'Eau du Golfe Persique (Persian Gulf Water, PGW) est déterminée par le mélange induit par les tourbillons de mésoéchelle. Précisément, ces tourbillons entrent dans le Golfe d'Oman (où se déverse la PGW), et interagissent avec la topographie. Ces interactions frictionnelles produisent des bandes de vorticité très intenses dans la couche limite de fond. Celles-ci sont arrachées et forment des tourbillons de sous-mésoéchelle. Ces tourbillons capturent de la PGW initialement située sur la pente continentale et la redistribuent dans le golfe d'Oman. Ce mécanisme donne finalement lieu à du mélange, permettant d'expliquer le gradient de salinité climatologique observé en profondeur. (iii) La dynamique de l'upwelling saisonnier au large d'Oman contraste fortement avec la dynamique des upwelling de bord est (Eastern Boundary Upwelling Systems, EBUS). En effet, les ondes de Rossby se propagent vers le large dans les EBUS et vers la côte dans l'upwelling de bord ouest d'Oman. Ces ondes modulent la réponse en température de l'upwelling forcé par le vent.Dans l'ensemble, ces résultats sont relativement spécifiques à la Mer d'Arabie. La faible extension zonale et la basse latitude de la Mer d'Arabie, ainsi que le régime de mousson des vents saisonniers en font une région particulière. La propagation rapide des ondes et tourbillons et leurs interactions avec le bord ouest façonnent les régimes de turbulence de la Mer d'Arabie. / This PhD aims to investigate some western boundary processes in the Arabian Sea : (i) the life cycle of the socalled Great Whirl, a persistent mesoscale eddy; (ii) the dynamics of the Persian Gulf outflow, a marginal sea dense outflow; and (iii) the seasonal Oman upwelling, a coastal upwelling forced by summermonsoonal winds. The cornerstone of all these phenomena is their locationat a western boundary, which makes then being influenced by both localforcing (e.g., monsoonal winds) and remote forcing (Rossby waves and wesward drifting eddies). Specifically, the later are expected to impact the western boundary dynamics since the low latitude of the Arabian Sea implies a fast westward propagation of long Rossby waves and eddies. Moreover, waves are continously excited by the reversing monsoonal winds. Based on a primitive equation model, we designed numerical experiments of different complexity that allowed to either realistically simulate the dynamics in the Arabian Sea or to isolate some processes.Major findings can be summarized as follows : (i) The Great Whirl life cycle is found to be significantly paced by annual Rossby waves, although the strong monsoonal wind stress curl is of major importance to sustain the structure. (ii) The Persian Gulf Water (PGW) spreading in the Gulf of Oman and the northern Arabian Sea can be explained by the stirring done by eddies entering the Gulf. These remotely formed surface intensifed mesoscale eddies propagate into the Gulf and interact with the topography. Frictional interactions produce intense vorticity strips at the boundary that detach and roll up in the interior, forming submesoscale coherent vortices (SCV). These SCV trap PGW initially located on the slope and redistribute it in the interior. This mechanism of transport ultimately produces mixing that explains the large-scale gradient of salinity in the gulf. (iii) We find that the dynamics of the seasonal upwelling of Oman contrasts with the more deeply studied Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS). In particular, Rossby waves, propagating offshore in EBUS vs. onshore in this western boudary upwelling, are found to modulate the wind driven upwelling and its sea surface temperature response.Overall, these results appear to be rather specific to the Arabian Sea. The short zonal extent and the low-latitude of the Arabian Sea, as well as the seasonally reversing wind forcing are the distinguishing features of this region. Fast waves and drifting eddies and their interactions with the western boundary significantly shape the turbulent regimes of the western Arabian Sea.