La grande extension méridienne et la faible profondeur du plateau de Kerguelen en font un obstacle majeur à l'écoulement zonal du Courant Circumpolaire Antarctique (CCA) dans le secteur indien de l'océan austral. Tandis que la majorité du transport du CCA est dévié au nord des îles Kerguelen, le reste (50 x 10 m3 s-1) doit passer plus au sud, probablement par les passages profonds du Fawn Trough (56°S, 77°E, 2650 m) et du Princess Elizabeth Trough (64°S, 82°E, 3650 m). Pourtant, le détail de la circulation autour du plateau est longtemps resté méconnu, en raison des difficultés à récolter des données dans cette région éloignée de toute route commerciale, d'un climat particulièrement rude et de la présence de la banquise recouvrant la moitié du plateau en hiver. L'objectif de cette thèse est d'améliorer notre connaissance de la circulation moyenne autour du plateau de Kerguelen. Pour cela, un large éventail d'outils allant de l'analyse d'observations récentes à l'utilisation de modèles numériques de circulation a été utilisé. Les données obtenues à l'aide d'éléphants de mer instrumentés sont présentées en détail. Une procédure de calibration et de validation de ces profils hydrologiques est proposée. Ce jeu de données, constitué d'un grand nombre de sections à haute résolution spatiale, est ensuite combiné avec d'autres observations plus conventionnelles (in situ et satellites) pour construire un nouveau schéma de circulation dans la région. L'existence d'un courant intense traversant le passage du Fawn Trough est alors mise en évidence. Les observations directes du courant du Fawn Trough pendant la campagne récente TRACK (resp.: Y.-H. Park) confirment l'importance de ce courant, qui concentre plus de 40 x 10 m3 s-1, soit 30 % du transport total du CCA. La connaissance de la circulation développée à partir des observations est ensuite utilisée pour valider une simulation au 1/4° de résolution. A l'aide de tests de sensibilité sur une configuration régionale de l'Océan Indien Sud, l'importance de la bonne représentation des caractéristiques des masses d'eau profonde et de la bathymétrie pour obtenir une simulation réaliste est mise en évidence. Finalement, une analyse dynamique de la simulation est menée, montrant comment la circulation résulte d'une combinaison des effets de la bathymétrie et du vent au travers de la balance de Sverdrup topographique. L'extension méridienne du CCA est maximale dans la région du plateau de Kerguelen, augmentant régionalement le forçage du vent. En permettant le passage de la partie sud du CCA près de la divergence antarctique (entre 60°S et 65°S), où le pompage d'Ekman est très intense, le plateau de Kerguelen pourrait favoriser indirectement l'accélération du CCA.

Espace marin d'interface singularisé à petite échelle par des effets de lisière perceptibles sous les angles croisés de la nature et de la société, la mer côtière est un objet géographique en construction qui pénètre depuis peu les problématiques littorales et marines en raison des pressions croissantes s'y exerçant. La genèse territoriale qui s'opère à l'interface terre/mer implique de prendre en compte les hétérogénéités structurelle et dynamique induites et d'aborder ainsi la mer côtière comme une somme d'ensembles territoriaux composites animés par des dynamiques et des formes d'expression propres, articulant et supportant des projets et des représentations variables. Un appareil théorique élaboré à partir de différentes notions et approches disciplinaires permet alors de mettre en place une démarche visant à dégager les contours et le fonctionnement de la mer côtière. Cette démarche est appliquée et testée à deux échelles qui se complètent : d'abord, au sein d'un vaste ensemble spatial franco-espagnol riche en éléments de comparaison, ensuite, par l'intermédiaire de trois zones-ateliers déterminées à partir de configurations-types articulant « pleins » et « vides » et fournissant un triple éclairage idiographique. Cette démarche permet ainsi de faire émerger une gamme de processus de construction territoriale à l'oeuvre en mer côtière, alimentant une grille de lecture des rapports nature/société et des relations entre l'endogène et l'exogène à l'interface terre/mer. À la manière des franges pionnières, la construction d'ensembles territoriaux en mer côtière apparaît dès lors comme un laboratoire privilégié d'analyse des dynamiques territoriales.

Ces travaux constituent la première étude fondamentale traitant de l'influence des forçages hydrodynamiques sur l'évolution morpho-sédimentaire des plages sableuses du littoral de la mer d'Iroise. Ils s'insèrent dans la démarche de l'Observatoire du Domaine Côtier (Observatoire des Sciences de l'Univers) qui supporte l'observation de la variabilité biologique, chimique et physique de ce littoral à long terme. Dans cette perspective, quatre sites ont été choisis pour illustrer la pluralité des morphologies et des conditions hydrodynamiques dans ce contexte macrotidal soumis à l'agitation des houles océaniques. La diversité des échelles spatiales et temporelles impliquées dans le fonctionnement hydro-sédimentaire des plages a nécessité la mise en œuvre de méthodes d'observation in situ adaptées : un suivi topométrique des plages à l'échelle pluri-annuelle et des campagnes ponctuelles de mesures hydrodynamiques et morphologiques à haute fréquence.<br /><br />Par l'analyse statistique et volumétrique des séries de profils topographiques, la variabilité morpho-sédimentaire en zone intertidale et la dynamique des corps et figures sableuses est décrite à l'échelle événementielle, saisonnière et pluri-annuelle. Les résultats mettent en évidence une tendance actuelle au recul/progradation du profil sur les plages dominées par une dynamique transversale et à l'inverse, une relative stabilité sur les plages dominées par une dynamique longitudinale. Toutefois, l'observation d'une fermeture du profil autour de - 3 m C.M. associée à des bilans sédimentaires non nuls (neuf mois de suivi sur un site test) soulèvent la question de l'influence du transport longitudinal dans la disponibilité sédimentaire de certaines plages à l'échelle pluri-annuelle.<br /><br />A une échelle de temps plus courte (du cycle de marée à la semaine), les campagnes de mesures intensives ont permis de caractériser l'agitation en zone intertidale lors de conditions d'énergie variables et d'analyser l'influence de la marée sur la variabilité spatio-temporelle des processus hydrodynamiques. En effet, la transformation des vagues dans les petits fonds est à la fois impliquée dans la spatialisation des courants induits par les vagues (et donc dans l'orientation du transport sédimentaire) et dans la formation des corps sédimentaires (barres de swash, systèmes de croissants de plage) par la génération d'ondes secondaires.

Cette étude porte sur les données de la campagne de mesure ESCOMPTE. Son but est d'analyser la structure verticale de la basse troposphère en liaison avec le transport et la diffusion des polluants. Cette analyse montre en particulier la difficulté à définir une couche limite comme on le fait classiquement. Elle permet de mettre en évidence la superposition complexe de couches limites internes, surtout près des côtes. L'étude de l'épaisseur de la couche dans laquelle la pollution est soit diluée, soit accumulée, montre que le mélange reste bloqué près de la surface, près des côtes par régime de brise de mer, alors qu'il est advecté et réparti sur une épaisseur plus conséquente sur les montagnes. Paradoxalement, la concentration en ozone sera, en régime de brise, plus faible en bordure de mer, près des sources (titration) alors que sur les montagnes, les forts développements de couche limite vont contribuer à intégrer de l'ozone de la basse troposphère, issu de couches limites lointaines, ce qui augmentera les concentrations locales.

La prévision des phénomènes de pollution atmosphérique est l'objectif central de la campagne ESCOMPTE-2001, qui s'est déroulée durant l'été 2001 dans la région très hétérogène de Marseille/Fos/Berre. Cet objectif nécessite une bonne compréhension et prise en compte, par les modèles numériques de physico-chimie, des processus physiques intervenant dans la Couche Limite Atmosphérique (CLA), au sein de laquelle s'effectuent le transport et la diffusion des polluants émis en surface.<br />Dans le cadre de la campagne ESCOMPTE-2001, ce travail de thèse est consacré à l'étude de la basse troposphère en période de brise de mer, situation météorologique défavorable à la qualité de l'air des zones côtières. Il a permis notamment de mettre en évidence une oscillation de l'intensité de la brise de mer et des compétitions de brises de mer locales et régionales, qui modifient le temps d'advection de l'air marin sur la surface terrestre et ont donc des répercussions importantes sur le développement de la CLA et sa concentration en polluants. Ces travaux s'appuient principalement sur le réseau de quatre radars profileurs de vent UHF mis en place sur la zone côtière de Marseille/Fos/Berre, permettant une description en trois dimensions et en continu dans le temps des écoulements de brises de mer et de la CLA.<br />Pour les besoins de cette étude phénoménologique, des développements méthodologiques sont apportés sur la mesure des propriétés turbulentes de la CLA par les radars UHF (termes du bilan de l'énergie cinétique turbulente) et sur leur utilisation en réseau pour l'étude de la trajectographie de panaches de polluants.

La mer côtière est le siège d'activités anthropiques multiples, parfois concurrentes, interagissant avec l'environnement naturel. La compréhension des interactions entre ces activités et le milieu est un objectif majeur de la recherche pour l'aide au développement durable des sociétés humaines. Dans ce contexte, il est notamment indispensable de se focaliser sur les modalités d'utilisation et d'exploitation du milieu par l'Homme. Cela répond à un fort besoin des scientifiques, qui cherchent à évaluer la part de l'activité humaine dans l'évolution des écosystèmes, et des gestionnaires en quête d'informations permettant une vision globale et interdisciplinaire du territoire. Dans ce cadre, le milieu marin pose des problèmes spécifiques. Sur cet espace ouvert, la lisibilité des phénomènes liés aux activités humaines est d'autant plus complexe. Une méthodologie visant à analyser le système est donc proposée. Elle consiste à réaliser une description du déroulement des activités humaines dans l'espace et dans le temps grâce à l'utilisation de filtres spatio-temporels. Cette approche fournit les bases d'une modélisation conceptuelle et logique des usages anthropiques intégrable au sein d'un simulateur de la Dynamique des Activités HUmaines (DAHU). L'exploitation des résultats via un SIG permet la restitution de représentations spatio-temporelles pertinentes et constitue ainsi une information synthétique utile à une gestion concertée de la mer côtière.

Cette étude permet une approche de la gestion et de la protection du milieu marin de la mer d'Iroise à partir des connaissances biologiques et écologiques acquises pour l'ensemble de la zone. Ce travail s'insère dans les préoccupations nationales et internationales de conservation de la biodiversité par l'acquisition et la synthèse de connaissances scientifiques et leur restitution aux autres acteurs de la conservation. La richesse biologique de cette région marine est attestée par la présence d'espèces-phares mais le milieu benthique restait largement méconnu. Cette étude apporte des données qui complètent les connaissances sur la sédimentologie des fonds de l'Iroise et permettent d'en préciser la couverture sédimentaire et la variabilité spatiale et saisonnière. Une large gamme de types sédimentaires est représentée, avec une importance originale pour les cailloutis et les graviers et l'organisation des sédiments en couches superposées, induisant une complexité d'habitats ; de plus, la variabilité spatiale masque la variabilité saisonnière. L'étude de la faune benthique des fonds meubles permet de définir les habitats et les communautés du milieu marin de l'Iroise, avec six grandes unités de peuplement comportant chacune plusieurs faciès, dont certains à grande valeur écologique et patrimoniale. L'importance de la zone frontale du large et son influence sur les communautés benthiques sont mises en évidence. Une analyse de l'utilisation de l'espace et des ressources en mer d'Iroise est proposée, ainsi qu'un bilan concernant la biodiversité et l'état actuel des réflexions internationales sur les aires marines protégées. La synthèse finale dégage les enjeux des habitats et des peuplements de l'Iroise puis les pressions anthropiques potentielles à court et moyen termes. Les priorités et les solutions pour la conservation de ce milieu marin sont discutées et un plan de zonage multi-usages est proposé dans le cadre du futur Parc National Marin de la mer d'Iroise.

La représentation que la société se fait de l'espace maritime a évolué au cours des siècles passant de l'idée de " solitudes océaniques " à celle de " mers pleines ". En effet, aux activités " traditionnelles " déjà existantes (pêche professionnelle, navigation, etc.), se superposent l'intensification de certaines pratiques (extraction de granulats marins, navigation de plaisance, etc.), mais aussi de nouvelles activités, jusque là purement terrestres ou côtières, amenées à se développer vers le large (énergies marines renouvelables, aquaculture offshore, etc.). Face à ces enjeux de développement, la nécessité de conserver le milieu marin favorise également la multiplication d'aires marines protégées (parc naturels marins, sites Natura 2000 en mer, etc.). On assiste donc à une augmentation des demandes d'espaces en mer à laquelle les disponibilités réelles ne peuvent répondre sans une gestion intégrée permettant la cohabitation entre l'ensemble des activités maritimes. Mais les particularités de l'espace maritime nécessitent une approche spécifique. La Gestion Intégrée des Zones Côtière (GIZC) est aujourd'hui une démarche reconnue à l'échelle internationale en réponse à ces enjeux. Mais ses applications sont trop souvent encore au stade expérimental et les retours d'expériences montrent qu'elles se sont limitées à la frange littoral terrestre ou à des espaces maritimes fermés. C'est dans ce contexte qu'apparaît utile la Planification Spatiale Maritime (PSM), permettant d'étendre en mer les principes de la GIZC. Après avoir étudié le sens de la PSM notamment au travers l'analyse d'expériences à l'échelle internationale, cette thèse s'attache à évaluer la position française vis-à-vis de la PSM dans le contexte de construction de sa stratégie de Gestion Intégrée de la Mer et du Littoral (GIML). Les aspects théoriques de la PSM sont confrontés avec les réalités du terrain à différentes échelles et plus particulièrement à celle du bassin maritime de Lorient. Cette démarche permet d'identifier les éléments clés et les enjeux de la mise en œuvre de la PSM dans le contexte français métropolitain.

La dynamique de la circulation marine en région côtière peut être appréhendée par des moyens d'observation et de modélisation. Si le domaine côtier bénéficie de réseaux de mesure adaptés en résolution et en couverture, la mise en oeuvre d'un outil de modélisation s'avère délicate, particulièrement dans la spécification de conditions initiales et de conditions aux frontières ouvertes appropriées. Cette question de l'estimation des conditions aux limites peut être considérée comme relevant d'une problématique plus générale de détermination des paramètres de fonctionnement d'un modèle à partir de l'information apportée par les observations. Ainsi posé, le problème est abordé par l'outil mathématique du contrôle optimal qui conduit à une opération d'assimilation de données par méthode d'adjoint. L'adaptation et l'application de cette formulation inverse à un problème de modélisation océanographique contrôlé par ses conditions frontières font l'objet de ce travail de thèse. Une approche 4D-variationnelle d'assimilation pour le contrôle des conditions frontières est ainsi développée et implémentée sur la base du modèle aux équations primitives OPA (version 'toit rigide') et de son adjoint existant. L'algorithme d'inversion est validé sur trois expériences d'identification: (i) les perturbations du forçage barotrope sur la frontière ouverte d'un modèle non stratifié sont détectées par l'assimilation de courants de surface pris à l'intérieur du domaine; (ii) le développement d'un courant de densité dans un canal semi infini et homogène est retrouvé à partir de profils hydrologiques distribués en aval; (iii) l'observation du " spin up " d'une circulation de plateau induit par un courant côtier permet d'identifier les conditions amonts prévues par le mécanisme de séparation d'un front de Kelvin barocline en incidence sur un talus. Cette méthode d'assimilation est alors proposée pour des applications s'inscrivant dans la problématique scientifique des échanges côte - large sur la zone du Golfe du Lion. Riche en observations et largement ouverte sur le bassin méditerranéen occidental, cette région est soumise à l'influence du courant Liguro-Provençal qui s'écoule en bord de plateau. L'algorithme d'inversion permet de contrôler cette influence régionale sur la circulation de plateau; il est donc évalué à travers des expériences réalistes menées dans le mode diagnostique. En particulier, la faculté de réseaux d'observation à détecter des épisodes d'intrusion du courant côtier sur le golfe est traitée suivant leur couverture spatiale et temporelle.

L'hydrodynamique du Golfe du Lion, situé en Méditerranée Nord Occidentale, fait intervenir de nombreux processus physiques, présentant des échelles de variabilité spatiale et temporelle très hétérogènes. La plupart de ces processus sont générés en réponse aux conditions atmosphériques et en particulier au forçage du vent. Ce travail de thèse contribue à la compréhension de cet impact sur les processus de petit échelle et met en évidence l'intérêt de la haute-résolution de ces forçages. Dans un premier temps, une étude de processus a permis de mettre en évidence l'influence du vent sur la génération d'un tourbillon méso-échelle situé à l'Est du golfe, pécédemment observé par radars HF. Les influences respectives de la bathymétrie, des effets de flottabilité et de la circulation générale ont également été évaluées à l'aide de configurations idéalisées du modèle hydrodynamique MARS3D. Dans un deuxième temps, différents modèles atmosphériques, de résolutions différentes, ont été comparés en tant que forçage d'un modèle hydrodynamique réaliste du Golfe du Lion. D'un point de vue énergétique, les mouvements inertiels de la couche de surface, les oscillations de la thermocline et la variabilité méso-échelle de l'océan sont amplifiés avec le modèle atmosphérique haute- résolution AROME. Cette étude également permis de mettre en évidence l'importance de la variabilité spatiale du vent pour la génération de l'upwelling au Nord du plateau et les intrusions le long de la côte Ouest.