Cette étude présente le premier jeu de données complet en éléments majeurs, traces et en isotopes Sr-Nd-Pb sur les laves du point chaud de Crozet (île de la Possession). La pétrologie et les variations en éléments majeurs de ces laves révèlent une suite magmatique alcaline saturée en silice. Les compositions chimiques des magmas primaires sont estimées à partir d'une sélection de laves peu affectées par les processus d'accumulation et de mélanges magmatiques et corrigées des effets de la cristallisation fractionnée. Deux estimations extrêmes de magmas primaires sont proposées. La première possède une composition chimique comparable à celles de liquides de fusion partielle expérimentaux d'une lherzolite à grenat. La seconde estimation est similaire aux liquides de fusion expérimentaux issus d'une éclogite carbonatée. La correction de cristallisation fractionnée est donc une étape critique pour relier la composition en éléments majeurs des laves de points chauds à la présence d'hétérogénéités lithologiques dans leur source. A l'opposé, les éléments traces terres rares sont moins sensibles à ces incertitudes de correction, et leur inversion révèle dans les deux cas une source péridotitique enrichie en éléments incompatibles par rapport aux chondrites (LaN/SmN=3). Les compositions isotopiques Sr-Nd-Pb ne montrent aucune corrélation avec les éléments majeurs ou terres rares et révèlent une source homogène et enrichie par rapport au réservoir chondritique ( Nd=+4,3). Les isotopes du Pb indiquent la présence de 2 composants mantelliques, l'un peu radiogénique de type EM-1 ou DUPAL et l'autre plus radiogénique. Leur mélange confère aux laves de Crozet une composition isotopique semblable au type EM-2.

L'objectif scientifique de cette thèse est de caractériser l'influence du mascaret sur l'écoulement, sur les sédiments en suspension et sur les dépôts sédimentaires. Une double approche a été menée couplant une étude du mascaret dans la baie du Mont-Saint-Michel (MSM) et des modélisations en canal. Les résultats mettent en évidence des variations de contraintes turbulentes et visqueuses associées à des phases de décélérations importantes après le passage du mascaret. Grâce à des développements méthodologiques et instrumentaux (calibrations, prélèvements), notre étude a pallié au problème de mesures dans des écoulements chargés et turbulents. Des mesures directes dans la colonne d'eau ont permis de quantifier le transport sédimentaire au passage du mascaret et de proposer un nouveau modèle d'évolution des concentrations en matières en suspension (MES) dans un estuaire soumis à un mascaret (à court et long terme). Ce modèle met en évidence un pic de MES au passage du front et une zone de turbidité maximum encore jamais décrite dans la baie du MSM. La capacité de transport de cet écoulement est confirmée par la gamme étendue de la granulométrie des MES (jusqu'à des sables fins). Les processus impliqués dans l'érosion et la déformation des dépôts sédimentaires sont décrits (liquéfaction et tassement) et expliqués à l'aide des résultats acquis sur l'hydrodynamique du phénomène.

Le bassin versant de la Durance assure 10% de la production hydroélectrique française, et alimente en eau potable de nombreuses villes du pourtour méditerranéen. Sa partie alpine contribue à près de la moitié des débits à sa confluence avec le Rhône. Connaître les impacts du changement climatique sur l'hydrologie de la Durance présente donc un enjeu de taille pour l'avenir de la population provençale. A cette fin, les modèles hydrologiques sont devenus des outils indispensables. Cependant, le manteau neigeux, de par sa forte variabilité spatiale, est particulièrement difficile à modéliser. Une attention particulière a été portée à la compréhension des processus nivaux, dominants dans la partie amont du bassin, et à leur représentation dans le modèle de surface continentale CLSM. L'analyse de mesures d'extension et de hauteur du manteau neigeux nous a amenés à modifier le schéma de neige de CLSM, en introduisant une hystérésis dans la relation entre ces deux variables. Nous avons ensuite évalué le potentiel devenir sous changement climatique de l'hydrosystème. Les résultats des simulations de CLSM, réalisées à l'aide de 330 scénarios climatiques, ont été confrontés à ceux de cinq autres modèles hydrologiques. Tous s'accordent sur une baisse significative des débits annuels, avec des modifications du régime hydrologique différentes selon les zones. L'incertitude reste importante sur la magnitude des changements de débits, principalement due aux scénarios climatiques. La part d'incertitude associée aux modèles hydrologiques varie selon les saisons, mettant en évidence une plus grande difficulté à représenter les processus nivaux et ceux liés à l'évapotranspiration.

Le principe de notre étude a été d'analyser comparativement les roches d'origine métasomatique du gisement de Costabonne et leurs supports. Suivant la nature de ces derniers, on distingue différentes évolutions géochimiques : (*) skarns dérivant de roches carbonatées : La transformation des marbres se solde globalement par un apport important de Si, Al, Fe, Mn, W, Zn, et moindre (non exprimé minéralogiquement) de U, Cr, Co, Ni, TR, et un départ de Mg (dolomies), CO₂, Sr. Des apports très faibles en Th, Ta, Sc apparaissent sporadiquement dans les zones les plus internes des skarns. Du Cs peut également apparaître dans les zones où le développement secondaire d'amphibole et de phlogopite est important. Ces caractères géochimiques se retrouvent dans tous les types de skarns dérivant de roches carbonatées, quelles que soient la nature dolomitique ou purement calcaire du support et les variations de la colonne métasomatique. (*) skarnoïdes dérivant de micaschistes : Le bilan de la transformation des micaschistes en grenatite se marque par un apport de Fe, Mn, Ca, et un départ important des éléments alcalins (Na, K, Rb, Cs), et de Th, Zr, Hf, Ta, Sr, Ba, Sc, TR. Cette transformation extrême n'apparaît que dans la zone à grenat ; dans les zones plus externes les seules variations notables concernent Mg, Ca, K, P, Sb, Rb (apports) et Fe, Na (départ). (*) endoskarns et granites : La transformation métasomatique des granites revient à un départ de Si, Na, K, Rb, Cs, Sr, Ba ; les éléments de transition Ni et Co restent constants. Tous les autres éléments analysés augmentent en proportions importantes. Les trois types de transformations décrits diffèrent notablement. Ces différences sont le reflet de l'influence des roches initiales et/ou des fluides responsables des transformations. L'influence de la roche initiale se traduit par l'existence de minéraux dits accessoires concentrant un certain nombre d'éléments-traces (U, Th, Zr, Hf, Ta, TR, etc, ...) qui peuvent servir de germes, permettant ainsi à un fluide relativement pauvre en ces éléments de les déposer, alors que l'absence de tels minéraux empêcherait le même fluide de cristalliser ces phases, à cause de l'énergie nécessaire à la naissance de germes. Pour cette raison, les skarns dérivant de roches carbonatées sont pauvres en ces éléments, sans que l'on puisse présumer des teneurs absolues dans les fluides. Au contraire, les fluides sont suffisamment riches en W et Zn pour que ces éléments précipitent sous forme de minéraux propres (scheelite, blende) quand les conditions physico-chimiques s'y prêtent (ainsi skarnoïdes et skarns à wollastonite ne sont pas minéralisés en scheelite). Cette influence de la roche initiale n'est cependant pas suffisante pour expliquer les différences entre skarnoïde et endoskarn développés tous deux sur des roches présentant les mêmes minéraux accessoires : En effet, alors que le contenu géochimique des skarnoïdes reste constant (dans les zones externes), on note un apport considérable en certains éléments-traces dans l'endoskarn. Les fluides responsables de la formation des skarnoïdes et des skarns présentent en commun une pauvreté en Th, Zr, Hf, Ta, TR, alors que la transformation des granites nécessite des fluides relativement plus riches en ces éléments. Ces résultats s'accordent bien avec les données fournies par les analyses de scheelites. De ces diverses considérations il ressort que le développement des roches métasomatiques dans le gisement de Costabonne est dû à la circulation de solutions de natures variables : Au moins deux types ont été reconnus d'après leur contenu en éléments-traces ; ils présentent toutefois des caractères constants : Ce sont des fluides riches en fer et calcium, en tungstène, et présentant une anomalie positive en europium, ce qui tendrait à prouver qu'ils ont une origine commune dont les relations avec le granite de Costabonne restent à étudier : Il faudrait plus particulièrement chercher à savoir si les variations de composition des fluides percolant peuvent être expliqués par l'évolution dans le temps et dans l'espace d'un même fluide initial, ou si elles sont dues à l'évolution du système magmatique producteur de fluides.

La saison des pluies en Afrique de l'Ouest est primordiale pour les populations locales. La mise en place de la mousson (MAO) se produit fin juin et correspond à un affaiblissement global de la convection sur la région puis une transition brutale des précipitations de la côte de Guinée vers le Sahel. C'est le mécanisme responsable de ce " saut " qui est étudié ici à partir d'expériences numériques. La capacité du modèle à aire limitée WRF à reproduire la circulation de la MAO en 2006 a d'abord été évaluée. Différentes paramétrisations de la convection et de la couche limite ont été testées et leur impact sur les simulations analysé. Des tests de sensibilité ont ensuite été effectués pour évaluer le rôle de la dépression thermique saharienne et de la SST (mécanismes proposés dans d'autres études) sur la mise en place de la MAO. Les résultats montrent que la phase de transition dépend plus fortement de la dynamique de grande échelle que des éléments régionaux. Plus précisément, la mise en place de la mousson Indienne libère une onde de Rossby qui se propage vers l'ouest, arrive au dessus de l'Afrique du Nord en favorisant les intrusions de masses d'air sec au dessus de l'Afrique de l'Ouest qui inhibent la convection. En parallèle, le gradient méridien de pression de surface est renforcé et la MAO s'intensifie en advectant de l'humidité au dessus du Sahel. Une fois l'onde évacuée, la convection se réorganise au dessus du Sahel où les conditions thermodynamiques sont favorables. L'utilisation de simulations globales avec LMDz a confirmé le rôle de la mousson indienne sur toute la période 1989-2008 avec cependant des années plus ou moins marquées.

Le nord-ouest des Alpes est un domaine intraplaque présentant de très faibles déformations. C'est pourquoi il paraît délicat de déduire la probabilité d'occurrence d'un séisme de taille lithosphérique (magnitude supérieure à 7) à partir des observations de microsismicité. De telles observations sont en effet des processus superficiels et présentent peu ou pas de lien avec des processus profonds de plus grande ampleur. L'objectif est de déterminer le potentiel sismique d'un secteur au nord-ouest des Alpes en étudiant le champ de contrainte résultant d'un chargement gravitaire. Seuls les objets de taille lithosphérique, i.e. de l'ordre de la centaine de kilomètres sont pris en compte. Un modèle de contraintes à l'échelle 360 km par 400 km par 230 km d'épaisseur, centré sur la subduction fossile des Alpes de l'ouest et s'étendant jusqu'au nord de Strasbourg, est établi. L'étude des structures du nord-ouest alpin montre l'importance de l'orogène alpin qui se retrouve, enparticulier, dans les variations de profondeur des interfaces de la lithosphère. Une étude du champ de contrainte dans le socle a permis d'identifier une rotation des contraintes principales horizontales avec l'axe des Alpes. Bien que la valeur absolue des contraintes principales n'ait pas pu être déterminée, un rapport de valeur relative est calculé. Le résultat de la modélisation montre l'importance de la rhéologie dans le cas d'un chargement gravitaire. Si une rhéologie élastique est prise en compte, les directions de contrainte calculées sont totalement différentes des observations. Par contre, l'utilisation d'une rhéologie élasto-plastique combinée à l'utilisation d'une géométrie réaliste des interfaces lithosphériques permet d'obtenir des directions de contraintes cohérentes avec les données.

Afin de mieux prévoir le type d'éruption (effusif ou explosif) des volcans d'arc, il est primordial d'étudier les vitesses d'ascension du magma dans le conduit volcanique. Un moyen d'appréhender ces modalités d'ascension est de déterminer les cinétiques des processus intervenant lors de la remontée magmatique. Ainsi, nous avons choisi d'étudier les cinétiques de cristallisation (vitesses de nucléation et de croissance) des microlites de plagioclase par une approche expérimentale, puis théorique, à partir de compositions synthétiques reproduisant le verre rhyolitique interstitiel du magma de la Montagne Pelée et son analogue simplifié (haplotonalite). Nos résultats révèlent que le magma décomprimé à partir de 200 MPa selon différentes vitesses de décompression (ΔP/Δt = 1200, 150 et 30 MPa/hr) jusqu'à une pression finale donnée entre 160 et 25 MPa, montre différentes modalités de cristallisation des plagioclases. En particulier, plus la vitesse de décompression est lente, plus la densité numérique de cristaux est élevée. Les vitesses de nucléation des plagioclases varient de 3.8E-03 à 1.5E-02 mm-2, tandis que celles de croissance variant peu, sont de l'ordre de 10-6 mm.s-1. La modélisation de la cristallisation nous a permis de i) mieux contraindre l'énergie d'interface plagioclase/haplotonalite, en déterminant des paramètres de forme et de rugosité du nucleus à appliquer à la théorie classique de la nucléation ii) démontrer que la vitesse de croissance des plagioclases est limitée soit par la diffusion, soit par les mécanismes à l'interface iii) et qu'une croissance des plagioclases par diffusion n'est pas systématiquement contrôlée par l'élément diffusant le plus lentement, et qu'elle dépend étroitement de la nucléation. Aussi, nous avons révélé l'importance de la composition du liquide silicaté sur les cinétiques de cristallisation, en particulier l'effet inhibiteur sur la nucléation de l'ajout de quelques ppm d'arsenic dans le liquide silicaté.

Ces 10 dernières années ont été marquée à l'Office du Niger par une augmentation spectaculaire des superficies aménagées et cultivées en contre-saison qui ont engendré un accroissement de la demande en eau en période d'étiage du fleuve. Du fait des caractéristiques structurelles du réseau et de pratiques de gestion peu performantes induisant des pertes substantielles d'eau par infiltration, la nappe phréatique est aujourd'hui quasi sub-affleurante avec toutes ses conséquences néfastes sur les facteurs de productions. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre et de quantifier les dynamiques engendrées par les cultures de contre-saison, auxquelles il est communément reproché d'être surconsommatrices de la ressource en eau et de favoriser des conditions favorables à la dégradation de sols par alcalinisation. Traduit en termes scientifiques, l'objectif est de développer un modèle permettant d'évaluer l'impact des modes de gestion des cultures de contre-saison sur les performances de l'irrigation et sur la dynamique de la nappe phréatique. La démarche a consisté à collecter et analyser les données secondaires disponibles, mettre en place un dispositif d'enquête et de suivis de terrain sur la base desquels a été développée une modélisation des performances de l'irrigation et de la dynamique d'évolution des caractéristiques la nappe phréatique. L'analyse des données secondaires descriptives de l'évolution des systèmes de culture de contre saison à l'Office du Niger montre un accroissement notoire des superficies cultivées en contre-saison induisant une disparition du schéma de mise en valeur initialement prévu lors de la conception des aménagements. La recherche d'amélioration de leur autosuffisance alimentaire et de leurs revenus, sont les principaux déterminants de cette évolution des pratiques. Les données secondaires descriptives de la gestion de l'eau montrent que si cette dynamique a eu pour conséquence une augmentation importante du taux de prélèvement des eaux du fleuve Niger, elle a induit une réduction de moitié des vii apports par hectare cultivés en contre saison sous l'effet d'une amélioration de l'efficience de transport qui structurellement tend à s'améliorer en fonction de l'accroissement des superficies irriguées. Les résultats des études de terrain montrent qu'à l'échelle d'un arroseur cultivé en riz, le type de sol est le principal facteur explicatif de la variabilité des apports d'eau (en moyenne 15 000 m3/ha). L'efficience moyenne de l'irrigation de l'arroseur à la parcelle, bien que meilleure qu'en hivernage, reste faible (65%) ; elle croit au cours du cycle de 20 à 85% avec le taux de repiquage. Si les pertes dans le réseau de drainage restent généralement faibles (12%), les épandages systématiques d'eau sur les surfaces non encore repiquées en début de campagne sont la principale cause explicative de la valeur de l'efficience de l'irrigation et représentent de l'ordre 25% de la lame d'eau contribuant à la recharge de la nappe phréatique par hectare rizicultivé (200 mm). Leur réduction par une meilleure maîtrise de l'irrigation diminuerait d'autant contribution de la riziculture de contre-saison au soutien de la nappe. La situation du maraîchage est beaucoup plus critique : les apports par hectares en tête de partiteur (14 500 m3/ha) ne sont pas statistiquement différents de ceux du riz alors que les besoins en eau sont deux fois plus faibles. L'analyse des données du suivi de la nappe entre 1995 et 2006 à l'échelle du Kala inférieur confirme la continuité entre nappe de surface, alluviale et continentale et montre que le niveau moyen piézométrique de la nappe à l'aplomb des périmètres du Kala inférieur, augmentation de son volume et sommes des surfaces cultivées en saison des pluies et saison sèche sont significativement corrélés malgré la décroissance graduelle du niveau piézométrique de la nappe à mesure qu'on s'éloigne des périmètres. Ces constatations ont permis de modéliser, sur la base d'un bilan en eau, l'impact combiné des cultures de contre-saison et d'hivernage sur la dynamique de la nappe phréatique. Cette modélisation tend à montrer que les cultures de contre saison n'expliqueraient que de l'ordre de 25% de l'augmentation du volume de la nappe entre 2001 et 2006; le reste est à attribuer à l'irrigation des cultures d'hivernage. Cette remontée de la nappe et la continuité entre nappe de surface et nappe régionale confirmée tendent à diminuer la drainabilité naturelle des zones cultivées particulièrement en contre saison et contribuent à expliquer le faible battement de la nappe dans ces zones entrainant un engorgement pratiquement continu des sols qui contraint les conditions d'exploitation et augmente les risques d'apparition de phénomène d'alcalinisation. Compte tenu des approches utilisées basées sur des bilans d'eau et des hypothèses de représentativité supposées, les processus biophysiques des tendances que cette étude a permis d'identifier, mériteraient d'être confirmés. La poursuite de campagnes périodiques de suivi de la nappe, une caractérisation de ses propriétés hydrodynamiques ainsi que le développement de la modélisation hydrogéologique de son fonctionnement devraient être envisagés face aux enjeux qu'elle représente en termes de contraintes à la mise en valeur agricole et de risques environnementaux mais aussi de possible exploitation des ressources en eau souterraines pour la double culture.

Le rôle joué par la stratosphère sur le climat est aujourd'hui avéré. Le couplage du système troposphère-stratosphère implique que les processus dynamiques de grande amplitude de la moyenne atmosphère perturbent l'équilibre atmosphérique et l'écoulement dans les plus basses couches. Parmi ces phénomènes dynamiques, les échauffements stratosphériques soudains sont les plus emblématiques. Cette étude s'intéresse à l'impact de ces événements sur la variabilité de la moyenne atmosphère et sur l'estimation des tendances de température. Nous cherchons également à mieux caractériser l'évolution spatio-temporelle des échauffements stratosphériques, depuis leurs causes jusqu'à leurs conséquences. Tout d'abord, une méthodologie novatrice d'analyse statistique de séries temporelles est développée et testée sur des mesures lidar de l'Observatoire de Haute-Provence. L'impact des événements dynamiques les plus importants peut ainsi être efficacement isolé de la contribution radiative de fond, ce qui explique les différences observées entre l'été et l'hiver. Ensuite, une simulation du Canadian Middle Atmosphere Model nous permet de valider la méthodologie et d'étendre notre étude à l'ensemble du globe. On montre que les variations spatiales sont elles aussi majoritairement causées par l'activité dynamique. Les conditions de formation d'un échauffement stratosphérique sont également étudiées, à l'aide de tests de sensibilité du modèle RACCORD. On prouve l'importance du rappel vers la météorologie pour produire un échauffement majeur, particulièrement dans le cas d'une rupture du vortex. Enfin, la méthode et nos résultats sont mis à profit dans une analyse de l'hiver 2012-2013.

Cette thèse a permis de mieux comprendre les mécanismes de complexation des terres rares par les acides humiques afin d'expliquer la variabilité des spectres de terres rares observée dans les eaux riches en matière organique. Cette étude montre que l'hétérogénéité des groupements fonctionnels complexants des acides humiques peut induire différents types de spectres de complexation des terres rares en fonction des conditions physico-chimiques. En effet, à pH acide, lorsque le rapport terres rares/acides humiques augmente, les terres rares se lient majoritairement à des sites carboxyliques multidentates puis monodentates qui ont, respectivement, une plus forte affinité pour les terres rares lourdes et intermédiaires. Lorsque le pH augmente, la participation de sites phénoliques devient plus importante pour les terres rares lourdes tandis que les légères restent liées à des sites carboxyliques. Des expériences de compétition entre les terres rares et le fer ou l'aluminium pour la complexation par les acides humiques ont également été réalisées. A pH neutre, Al est un plus fort compétiteur pour les terres rares légères, et se lie donc préférentiellement à des sites carboxyliques, tandis que Fe est un compétiteur pour toutes les terres rares, et se lie donc aussi bien aux sites carboxyliques que phénoliques. Ainsi, le rapport cation dissous/acides humiques, le pH et la natures des cations compétiteurs peuvent expliquer la variabilité des spectres de terres rares observée dans les eaux naturelles. De plus, les terres rares peuvent être utilisées comme sonde des mécanismes de complexation des cations par les acides humiques, comme ici pour Al et Fe.