L'imagerie a récemment émergée comme outil de mesure de la dynamique du zooplancton en donnant des informations à la fois taxonomiques et de structure en taille de la communauté — nécessaires à la bonne compréhension de la dynamique du zooplancton au sein de l'écosystème pélagique. Ce travail est cependant davantage centré sur l'étude de la structure en taille du zooplancton dont différents aspects seront examinés au cours de trois chapitres: méthodes, analyse et description écologique d'une série temporelle de 11 ans, modélisation. Le chapitre méthodologique évalue la validité de l'imagerie en examinant l'effet de nouveaux biais, directement issus de l'imagerie, sur ledit spectre de taille (objets en contact au cours de l'acquisition d'image, efficacité de la classification automatique, modèle utilisé pour le calcul des biovolumes et biomasses). Il s'agit d'une discussion sur ce que le scientifique veut mesurer et sur ce qu'il analyse finalement compte tenu des contraintes méthodologiques. Le second chapitre est consacré à l'évolution temporelle (1995-2005) de l'écosystème pélagique de la mer Ligure — plus spécifiquement de la station d'observation côtière de la rade de Villefranche-sur-Mer. Par l'étude combinée des données disponibles (taxonomie, structure en taille, climat, météorologie locale, hydrologie et biologie), les facteurs physiques, chimiques et biologiques déterminant pour l'écosystème sont extraits. Il s'agit principalement du climat hivernal, précipitations et températures, ainsi que de l'irradiation solaire reçu au printemps et en été. Les interactions entre ces facteurs déterminent différents états de la communauté zooplanctonique. Enfin, le dernier chapitre propose un modèle du zooplancton basé sur sa structuration en taille. Puisque les modèles classiques, en boîte, représentent difficilement la dynamique du zooplancton, l'approche par la taille fut proposée comme alternative. Le modèle présenté est exploratoire, incluant la croissance du zooplancton selon une modélisation de type “budget énergétique dynamique” et la prédation selon des rapports de taille proies/prédateurs. Le but étant de comprendre ce qui détermine la structure en taille du zooplancton dans l'environnement. Les simulations effectuées sont ainsi comparées à la dynamique observée dans les phases majeures identifiées au chapitre précédent. C'est un premier pas vers l'intégration de ce type de modèles au sein de modèles plus généraux en vue d'améliorer la qualité de représentation du zooplancton. Le présent travail enrichit la connaissance du concept plus vaste de l'observation et de l'analyse théorique de la structuration en taille du zooplancton, mais il enrichit aussi la compréhension des liens entre le zooplancton et son environnement.

La modélisation a été utilisée comme outil pour améliorer la compréhension des processus physiques et biologiques observés pendant la campagne pluridisciplinaire DYNAPROC 2 (DYNamique des PROCessus rapides dans la colonne d'eau) qui a eu lieu dans la zone centrale de la mer Ligure en septembre-octobre 2004. Cette campagne avait pour objectif l'étude des phénomènes physiques et biologiques qui agissent à courte échelle de temps lors de la transition saisonnière entre l'oligotrophie estivale et la mésotrophie automnale. L'un des éléments les plus marquants de la campagne est le passage de deux lentilles d'eau dessalée dans la zone de mesure que l'on pensait être isolée des apports latéraux. Dans ce travail, nous avons dans un premier temps appliqué un modèle 1D couplé physique-biologie aux données de la campagne. Le réseau trophique simulé comporte dix variables d'états : trois sels nutritifs, trois classes de phytoplancton, deux classes de zooplancton et deux types de détritus. Les résultats ont montré que les principales différences entre ce modèle et les mesures avaient lieu pendant les intrusions d'eau dessalée. Dans un deuxième temps, nous avons testé deux méthodes d'assimilation de données : une méthode classique de relaxation aux données de température et une méthode que nous avons développée, qui est basée sur l'assimilation des variations de profondeur des isopycnes (méthode IDA, Isopycnal Depth Adjustment). L'évaluation des performances relatives des trois modèles a été effectuée avec des diagrammes de Taylor et a montré que le modèle IDA était le plus performant dans la représentation des évènements observés. Cette étude a permis de caractériser les propriétés de la masse d'eau dessalée, de calculer les flux de matière journaliers et de définir les contributions relatives de la physique et de la biologie à l'évolution de la zone productive au large de la mer Ligure.

Le but de ce travail est l'étude de processus à mésoéchelle de la mer Ligure. L'étude concerne les tourbillons et leur effet sur les variables biogéochimiques liées au plancton. Le modèle implémenté pour les simulations est ROMS, Regional Ocean Modeling System (Shchepetkin and McWilliams, 2005). La simulation à haute résolution du courant Ligure-Provençal-Catalan dans la Mer Ligure a révélé la présence d'instabilités qui induit la formation de structures tourbillonnaires. Ces tourbillons sont particulièrement intenses lorsque le forçage du vent provient d'un modèle météorologique à haute résolution spatiale et temporelle. Au contraire, l'utilisation de vents climatologiques à basse résolution comme forçage, induit des structures à mésoéchelle moins intenses et moins nombreuses. Les simulations forcées avec des vents réels permettent la formation d'intenses tourbillons anticycloniques entre le courant Ligure-Provençal et la côte. Ces tourbillons se déplacent lentement avec le courant. L'augmentation de la résolution permet de faire apparaître de petites structures tourbillonnaires autour du vortex principal. Les tourbillons observés sont associés à des structures de vitesse verticale complexes. La simulation montre d'importantes vitesses verticales positives (upwelling) près de la côte qui peuvent induire la remontée de masses d'eaux riches en nutriments, et des vitesses verticales négatives au centre du tourbillon. Les vitesses verticales augmentent avec la résolution de la simulation et peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de la dizaine de mètres par jour. L'augmentation de la résolution permet de résoudre plus en détail la distribution du champ de vitesse et on observe ainsi des structures complexes de vitesses positives et négatives que s'alternent en correspondance d'un tourbillon. Pour ce qui concerne les vitesses horizontales, la résolution n'a pas un effet significatif sur leur intensité et distribution. Cela signifie que le processus est suffisamment bien résolu dans la simulation à plus basse résolution. Les vitesses verticales associées V au tourbillon peuvent avoir un rôle significatif pour la dynamique de l'écosystème marin de la Mer Ligure. Ces structures peuvent apporter en surface des masses d'eaux riches en nutriments qui peuvent mettre en route la chaîne trophique liée à la production primaire. Tous les vivants sont liés directement ou indirectement à cette production. Pour étudier l'impact des structures à mésoéchelle sur les variables biologiques nous avons appliqué un module biogéochimique couplé au modèle hydrodynamique. Les résultats mettent en évidence la complexité du comportement des variables biogéochimiques en présence des structures dynamiques, ainsi que leur variabilité en fonction du type de tourbillons (cyclonique ou anticyclonique). Les tourbillonnes cycloniques représentent essentiellement des zones de croissance de biomasse. Les tourbillonnes anticycloniques représentent aussi des zones d'accumulation de biomasse mais aussi des zones de croissance de biomasse due à la remontée d'eaux riches en nutriment au bord du tourbillon. Les résultats du travail de thèse et décrits dans ce document, montrent l'importance des processus à la mesoéchelle, l'impact de tourbillons sur la production biologique et la nécessité d'adopter une résolution spatiotemporelle suffisamment haute pour le modèle océanique et pour les forçages atmosphériques.

Le but de cette thèse est de montrer quels peuvent être les apports à l'étude de la dynamique océanique des données de télédétection spatiale dans l'infrarouge proche (1000 nm) et moyen 10000 nm). On présente tout d'abord le rayonnement observé (réflexion, émission). On examine les influences de l'état de la mer et de la présence de l'atmosphère entre l'océan et le capteur ou le soleil sur ce rayonnement. Le chapitre 3 aborde les relations entre les distributions spatiales et superficielles de température et de courant. Le courant peut être estimé à l'aide d'un couple de thermographies, soit par suivi de structures particulières, soit par résolution de l'équation de conservation de la chaleur. Des exemples sont donnés pour le courant Ligure, les tourbillons anticycloniques issus du Gulf Stream et les eaux au large de la côte est des Etats-Unis. Enfin, les densités de variance de température calculées en fonction de l'échelle à partir des thermographies, sont comparées aux spectres d'énergie cinétique résultants de théories de turbulence bidimensionnelle. Le chapitre 4 traite des images d'énergie réfléchie par la surface de la mer à partir desquelles sont dérivés l'état d'agitation de la mer et le champ de vitesse du vent. Grâce à un modèle de distribution statistique des pentes des facettes de vague, on examine le signal parvenant au radiomètre en fonction de l'état de surface et des géométries d'éclairement et d'observation, en s'attachant aux cas des satellites SPOT et Landsat. Par ailleurs, on montre que le champ du module de la vitesse du vent à la surface de la mer peut être calculé, à partir des images AVHRR à 1000 nm et qu'il se compare favorablement au champ obtenu d'après une carte d'isobares de surface. Le chapitre 5 est une application des résultats des chapitres précédents, à la connaissance de la dynamique de la couche superficielle de la mer Ligure. La circulation générale dans ce bassin et ses causes présumées y sont discutées. Les variations, les instabilités *du courant et les dissymétries saisonnières nord-sud de la répartition spatiale de ces instabilités et de leur amplitude sont mises en relief. La conclusion est consacrée à la synthèse des apports de la télédétection à la connaissance du milieu marin mis en évidence par les travaux présentés, synthèse particulièrement illustrée par l'exemple de la mer Ligure.

" ... Notre objectif n'est pas le satellite, mais ce que nous pouvons atteindre à travers lui. Ce qui nous importe est de savoir en quoi, comment et sous quelles conditions, il peut nous aider dans notre tâche. ... " (Mr PIKETTY, Allocution d'ouverture des journées nationales d'études : Utilisation pour l'océanographie des satellites d'observation de la Terre. Brest, 6-8 février 1978). Cette thèse constitue une réponse partielle à cette question. En effet, ce travail a toujours été guidé par le problème de l'utilisation des données VHRR des satellites NOAA4 et NOAAS, qui permettent de tracer des cartes de températures de surface, à des fins d'océanographie dynamique. De la lecture de cette thèse, peut résulter une certaine impression de dispersion et d'inachèvement. Ayant développé deux axes de recherche (variations saisonnières, variations spatiales) et ne les ayant traités qu'à l'aide des données satellite, il était fatal que les spécialistes de chaque sujet n'y trouvent pas leur compte. Si, pour les variations saisonnières, j'ai pu élaborer minutieusement une méthode d'étude, il n'en est pas de même pour le second axe de recherche. Il n'est pas habituel en océanographie de traiter des champs bi-dimensionnels. J'ai donc utilisé plus ou moins les méthodes usuelles d'étude des séries temporelles, en les alliant avec celles issues de la géostatique minière que j'ai apprises à l'Ecole des Mines. J'ai conscience des imperfections et des problèmes statistiques attachés à mon étude, mais, étant d'abord un océanographe, j'ai préféré ne pas m'y attarder et continuer, afin de pouvoir évaluer la richesse potentielle de cette étude spatiale. J'ai également essayé de calculer numériquement les courants d'advection thermique à partir des thermographies, à l'aide de l'équation de continuité de la quantité de chaleur. Mais un calcul d'incertitude m'a vite montré que le bruit du VHRR était trop important pour que les résultats aient une quelconque signification. L'utilisation prochaine des mesures moins bruitées du satellite TIROS-N autorisera une telle étude. L'utilisation de ces mesures de température par satellite pour l'océanographie dynamique s'avère très fructueuse. Elle a permis de compléter notre connaissance des phénomènes de surface dans le bassin liguro-provençal. Elle peut également apporter des éléments de solution à l'heure où la communauté océanographique se pose des questions sur la turbulence océanique à moyenne et grande échelle. Elle devrait aussi autoriser le calcul en routine des courants d'advection thermique. En conclusion, je pense que les satellites fournissent actuellement des mesures fiables, qui sont souvent des bons traceurs de mouvement, et que l'avènement des satellites plus performants du type TIROS-N va autoriser des analyses très fines, qui vont considérablement augmenter notre compréhension des phénomènes marins.

La propagation régionale de deux types d'ondes sismiques guidées, l'onde Lg et le mode fondamental de l'onde de Rayleigh, est étudiée expérimentalement. Dans la première partie, nous traitons les données de l'expérience SISBALIG II pour étudier le phénomène de blocage des ondes Lg dans la Mer Ligure (sud-est de la France). En utilisant les diagrammes énergétiques, nous montrons que l'extinction de l'onde Lg se produit dans une zone d'une largeur d'environ 20 km près de la marge Provençale. En comparant lesobservations avec des simulations numériques, nous montrons que le facteur qui contribue le plus à ce blocage de l'onde Lg est la diffraction de l'énergie dans les sédiments océaniques. Dans la deuxième partie, nous étudions la propagation de l'onde de Rayleigh et la structure de la croûte au Sud du Mexique. Nous utilisons une approche classique d'étude de structure lithosphérique à partir de l'inversion des courbes de dispersion. Pour la mesure des courbes de dispersion de la vitesse de groupe, nous développons une méthode de sommation logarithmique dans le domaine période-temps ou période-vitesse de groupe. Nous utilisons une méthode d'inversion de la courbe de dispersion composée de deux étapes : (1) l'inversion linéarisée et (2) l'inversion de Monte-Carlo. Après avoir mesuré les courbes de dispersion dans les différentes régions et les avoir inversées pour des modèles locaux ID, nous construisons un modèle hétérogène de la croûte du Mexique. Ce modèle permet de simuler les caractéristiques majeures de la propagation des ondes émises par des séismes dans la zone de subduction Centraméricaine. Ainsi, nous montrons que l'amplification régionale aux périodes comprises entre 8 et 10 s dans la région de la Vallée de Mexico s'explique par la présence d'une couche superficielle à moindre vitesse sous la partie sud de la Chaîne Volcanique Transmexicaine.