Les régions de socle cristallin, pourtant largement représentées à l'échelle mondiale, sont réputées pour leurs modestes ressources en eaux souterraines. La valorisation des eaux souterraines dans les régions de socle est majoritairement limitée aux formations altérées et fissurées de sub-surface. Cependant, ces ressources sont souvent négligées au profit des eaux de surface en raison de leurs faibles débits d'exploitation et de leurs vulnérabilités aux polluants anthropiques. De récentes études de prospection et de recherche ont révélé la présence de ressources souterraines importantes, au delà des horizons superficiels classiquement exploités. Cependant peu d'informations spécifiques à ces ressources profondes sont disponibles, notamment concernant la structure des systèmes aquifères et leurs particularités hydrogéologiques. Par cette étude nous mettons clairement en évidence la présence de ressources en eau conséquentes dans le socle cristallin profond du Massif Armoricain. Ces ressources sont associées à des systèmes de failles assurant des capacités de drainage des réservoirs de stockage connectés. Les réservoirs de stockage superficiels et bordiers assurent l'alimentation en eau du réseau de fracture principal. Cette capacité de drainage est dépendante de la géométrie du plan de faille perméable. Les failles sub-horizontales sont les structures les plus efficaces dans cette fonction. Le stockage dans les formations bordières au système de faille apparaît déterminant pour assurer un débit d'exploitation conséquent. Cette étude permet d'établir une conceptualisation générale de ces systèmes de faille, tant d'un point de vue hydrodynamique que géochimique, et apporte des pistes de réflexions pour la gestion et la protection de telles ressources en eau.

Les moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère nord sont caractérisées par une forte variabilité climatique en hiver, incluant l'occurrence d'évènements extrêmes tels que les vagues de froid ou les tempêtes, et présentent une faible prévisibilité aux échéances mensuelle à saisonnière dans les systèmes opérationnels. Un nombre croissant d'études montre qu'au delà du couplage océan-atmosphère, le couplage troposphère-stratosphère contribue également à la variabilité climatique à ces échelles de temps. Cette thèse vise à mieux comprendre l'influence de la stratosphère sur la variabilité climatique hivernale à nos latitudes, et à quantifier sa contribution potentielle à la prévisibilité climatique saisonnière en comparaison de la contribution océanique. Dans un premier temps, un état des lieux des connaissances sur le couplage troposphère-stratosphère est dressé et la variabilité inter-annuelle du vortex stratosphérique polaire est revisitée par le biais d'analyses composites sur la base des réanalyses atmosphériques du CEPMMT. Ensuite, les principaux outils de cette thèse sont présentés et validés, à savoir le modèle ARPEGE-Climat et la technique de " nudging " permettant de relaxer (guider) le modèle vers les réanalyses. Comme beaucoup de modèles, les versions 4 et 5 d'ARPEGE-Climat en configuration T63L31 simulent un vortex stratosphérique polaire nettement décalé vers le sud, ce qui peut avoir des conséquences négatives sur la variabilité simulée via la modification des interactions ondes-écoulement moyen. Si la faible résolution verticale dans la stratosphère est souvent mise en avant pour expliquer le manque de prévisibilité dans les modèles, nos travaux sur la version 5 d'ARPEGE-Climat montrent que l'augmentation de la résolution verticale et l'élévation du toit du modèle à 0.1 hPa ne suffisent pas pour obtenir un climat plus réaliste, que ce soit en termes d'état moyen, de variabilité ou de prévisibilité à l'échelle saisonnière. C'est pourquoi, tout au long de cette thèse, la technique de la relaxation de la stratosphère vers les réanalyses issues du CEPMMT a été exploitée afin de montrer, de manière idéalisée, sa forte influence sur la variabilité climatique hivernale aux extra-tropiques de l'hémisphère nord, par rapport au seul forçage par les températures de surface de la mer observées. L'étude des hivers 1976-1977 et 2009-2010 via la réalisation de simulations d'ensemble avec et sans nudging a permis de confirmer la contribution de la stratosphère à la phase négative de la NAO et aux fortes anomalies négatives de température observées sur l'Europe du nord. La généralisation des ensembles à la période 1958-2007 (avec initialisation au 1er Novembre) confirme l'impact positif du nudging extra-tropical mais montre un effet très limité du nudging équatorial qu'il conviendrait d'évaluer de manière plus précise en augmentant la taille des ensembles. Ainsi, si elle confirme l'importance de la stratosphère pour la prévision saisonnière hivernale à nos latitudes, cette thèse ouvre de nombreuses perspectives concernant les mécanismes qui sous tendent le couplage troposphère-stratosphère et l'intérêt d'une prévision statistico-dynamique consistant à relaxer le modèle ARPEGE-Climat vers une stratosphère prévue de manière statistique.

Cette étude régionale traite largement la géologie structurale de l'île de Levkas en Grèce Nord-occidentale. Dans un premier temps il est fait rappel des données stratigraphiques qui concernent les deux domaines isopiques qui constituent file (zone de Paxos et zone ionienne), puis les datations de foraminifères planctoniques viennent compléter les attributions stratigraphiques de son Néogène. La stratigraphie des formations continentales pléistocènes à actuelles est aussi traitée. Une étude détaillée essentiellement basée sur la cartographie permet de préciser la nature et l'âge de la formation des structures plissées ou charriées affectant la série sédimentaire ionienne dans le niveau structural supérieur. On y montre notamment l'importance des phases tectoniques du Miocène moyen (Langhien inférieur) et du Pliocène inférieur, et la présence de plis ou chevauchements déversés vers 1/Est se surimposant aux structures à vergence Est-Ouest classiquement décrites en Grèce de l'Ouest. Une troisième partie montre l'importance des déformations plio-quaternaires dans la région. A Levkas, un important bombement NNE-SSW décakilométrique se forme au cours de la phase compressive du Pléistocène ancien. Celui-ci est assimilable à une voussure anticlinale sur laquelle se forment des failles extensives parfois kilométriques. Cependant des failles décrochantes plurikilométriques dextres normales (10km) fonctionnent du Pléistocène ancien(?) jusqu'à l'Actuel dans la partie occidentale de l'île, laissant supposer l'existence d'un accident décrochant dextre longeant la côte Ouest. Une quatrième partie est consacrée à l'analyse géométrique ou numérique des déformations cassantes ou souples afin de déterminer les modalités de l'application des contraintes au cours de l'histoire tectonique de l'île. Les deux derniers chapitres intègrent les données obtenues à Levkas et régionalement (géologie, géophysique, paléomagnétisme) afin de retracer l'évolution géodynamique de la partie NW de l'arc ionien-lycien puis égéen depuis le Miocène inférieur et jusqu'à l'Actuel. En annexe, de nombreuses données ont été consignées ainsi que l'architecture d'un programme de traitement des données de tectonique cassante fonctionnant sur micro-ordinateur.

Un des buts de ce travail est la mise au point et l'application de procédés de mesures in situ permettant de déterminer les caractéristiques dynamiques à introduire dans les codes numériques. Dans les méthodes spectrales, principalement utilisées dans cet ouvrage, les milieux géologiques sont caractérisés par un modèle de comportement de type viscoélastique linéaire qui, outre la densité, est défini par la vitesse de propagation sismique et le facteur de qualité. Le deuxième objectif principal de ce travail est de tester les capacités actuelles de prévision des effets de site à partir de cas réels. Plusieurs sites de contexte géologique différent ont été choisis en Belgique et en France ; des mouvements du sol dus à diverses sollicitations sismiques (tremblements de terre, tirs de carrière, chutes de poids) ont été enregistrés. Après une première phase de reconnaissance permettant de déterminer la structure géologique et les caractéristiques dynamiques en chaque site, la concordance entre les mouvements mesurés et calculés sera évaluée.

pas de résumé

Les Modèles de Circulation Générale (MCG) sont des outils permettant l'étude du climat à grande échelle et de ses principales tendances. Les bilans d'eau et d'énergie à la surface des continents y sont calculés à l'aide de modèle de surface continentale (Land Surface Model, LSM). Ces dernières années, l'intérêt d'utiliser un LSM sophistiqué pour modéliser le climat terrestre s'est affirmé, notamment au niveau des régions tempérées qui abritent des zones de transition où l'évapotranspiration est limitée d'une part par l'énergie d'autre part par l'eau disponible. Le site instrumenté du SIRTA mesure de nombreuses variables atmosphériques permettant de valider un modèle climatique en un point. Le SIRTA dispose également de données d'humidité du sol utilisées pour la première fois dans cette thèse. Ces données révèlent la présence d'une nappe perchée, en accord avec une campagne de mesures géophysiques réalisée durant cette thèse. Les données du SIRTA sont confrontées à des simulations régionales qui sont réalisées à l'aide du LSM ORCHIDEE couplé à un modèle atmosphérique. Nous développons la possibilité d'imposer une nappe au sein du sol modélisé par ORCHIDEE, ce qui permet de soutenir l'évaporation en été au SIRTA, en accord avec les observations. Nous explorons différentes hypothèses hydrologiques qui entrainent une augmentation de l'évaporation à l'échelle de l'Europe de l'Ouest et impliquent une augmentation des précipitations ainsi qu'un refroidissement de l'air. Ces hypothèses sont également testées lors de simulations globales afin d'en étudier l'influence sur les caractéristiques du climat et du changement climatique causé par une augmentation de gaz à effet de serre.

La ville du Havre et son agglomération sont implantées entre l'estuaire de la Seine et le plateau crayeux du Pays de Caux. Ce territoire côtier est soumis à des risques naturels typiques des zones littorales que sont les submersions marines et l'érosion des falaises. L'étude a été réalisée à partir de photographies aériennes et de relevés topographiques aériens LiDAR (laser altimétrique). La ville basse du Havre, construite autour de bassins portuaires, est particulièrement sensible à l'aléa submersion marine. Des inondations urbaines ont déjà eu lieu en 1981, 1983 et 1984. Elles résultent d'une conjonction entre des hautes mers de vives-eaux et des surcotes marines produites par des dépressions et/ou des vents forts. L'étude a visé à cartographier les zones de débordement et d'inondation potentielle de la ville basse du Havre en superposant divers scenarii de niveaux d'eaux statiques et la topographie haute précision de la zone urbaine. Les falaises littorales de la pointe de Caux, situées entre le Cap de La Hève et le Cap d'Antifer subissent une dynamique gravitaire à mouvements de terrain récurrents. L'étude de la zone entre 1985 et 2008 (23 ans) montre un taux d'érosion moyen du haut de falaise de 18 cm/an. L'accumulation de dépôts d'éboulis a formé un talus continu en pied de falaise qui atteint un volume de 36,7 millions de m3. Les dépôts d'éboulis sont localement très variables en taille, volume et composition, du nord au sud du secteur d'étude. Bien que seul 10 % du linéaire du pied de talus soit atteint par les hautes mers en conditions de vives-eaux, le pied de talus peut localement être rogné par la mer et entraîner une déstabilisation de la falaise littorale. L'impact d'une augmentation du niveau marin au Havre est susceptible d'amplifier à long terme l'intensité de ces deux aléas côtiers, mais il apparaît cependant comme faible par rapport à l'influence des facteurs météorologiques.

L'évolution tectonique de l'avant-pays de la chaîne alpine de Tunisie comporte une étude paléotectonique et néotectonique qui utilise la Méthode de l'Inversion des données sur les systèmes de failles (Carey & Brunier 1974; Carey 1976) afin de définir les champs de contraintes régionaux à différentes époques. L'étude microtectonique des failles contemporaines de la sédimentation (failles synsédimentaires) a permis de mettre en évidence la succession des états de paléo-contraintes au cours du Mésozoïque et du Cénozoïque. Ainsi, ont été reconnu avec une bonne cohérence : -Au Permo-carbonifère, une extension NE-SW (failles normales E-W et NS et les grabens NW-SE) -Au Trias, une extension NE-SW (Horsts, grabens et demi-grabens NW-SE) -Au Jurassique, une extension N-S (Failles normales proches de E-W) -Au Néocomien-Barrémien, extension NE-SW (Horsts et des grabens NW-SE) -Au cours de l'Albo-Aptien, une compression proche de E-W (paléo-anticlinaux N20E) -Au Vraconien-Cénomanien inférieur, une extension NE-SW (failles normales NE-SW) -Au Cénomanien supérieur, une compression locale proche de E-W (Failles inverses subméridiens) -Au Coniacien-Santonien, une compression locale proche de N-S (décrochements conjugués) -Au Campanien, une distension NE-SW (failles normales NW-SE) -Au Paléocène supérieur-Eocène, une compression NW-SE (paléo-plis et failles inverses NE-SW) -A l'Oligocène, une extension proche de NE-SW (failles normales et grabens NW-SE ) -Au Langhien-Serravallien, une extension ENE-WSW (failles normales et grabens N120 à N140 E). Ces épisodes paléo-tectoniques sont associés à des montées diapiriques et/ou volcaniques. Au cours du plissement tortonien (" phase atlasique "), les failles normales anciennes proches de E-W et N-S sont réactivées en décrochements E-W dextres et N-S sénestres. Ce système de décrochements engendrent des plis en échelon et découpe l'Atlas tunisien selon les réseaux de décrochements de Riedel de Types D, R, R'. Un essai de zonation tectonique néogène a permis de dégager les variations spatiales du régime tectonique à différentes époques du Langhien-Serravallien, Tortonien et Messinien-Pliocène. L'étude néotectonique et sismotectonique a permis de mettre en évidence une succession des états de contraintes du Pléistocène à l'Actuel, avec : -Au Villafranchien (Pléistocène inférieur) une phase de plissement (NW-SE à NNW-SSE) donne des plis dans les bassins molassiques, le Sahel et sur les bordures des décrochements majeurs E-W et N-S. -Au Pléistocène supérieur, la compression NW-SE à N-S se poursuit avec des failles inverses dans le Nord et un système de décrochements E-W dextres et N-S sénestres dans l'Atlas et le Sahel. A partir des données de la sismicité et de l'archéosismicité, une zonation sismotectonique a été proposée. Elle permet de distinguer deux (2) grandes provinces de déformations actuelles : une province à déformation compressive à décrochante-compressive, localisée dans la zone de collision du Nord du pays et une province à déformation distensive à décrochante distensive, située dans le domaine de l'intra-plaque de l'avant-pays (Atlas central et méridional).

La télédétection de la végétation continentale repose classiquement sur des indices de réflectance qui renseignent sur l'état des couverts (indice foliaire, fraction de trou, biomasse). L'émission de fluorescence qui accompagne l'activité photosynthétique porte une information sur le fonctionnement de la végétation. Les récentes évolutions instrumentales permettent de suivre la fluorescence des couverts, néanmoins l'interprétation de ce signal en termes physiologiques nécessite de prendre en compte l'influence de la structure du couvert sur le signal de fluorescence. Le défi actuel est de passer du niveau de la feuille (2D) au niveau des couverts végétaux (3D). Un premier travail a été le développement d'un dispositif pour la mesure quantitative de la déformation spectrale de l'émission de fluorescence lors du changement d'échelle. Ce dispositif appliqué sur différents couverts, a permis d'identifier les paramètres prépondérants de la déformation spectrale. La simulation à l'aide du modèle FluoSAIL confirme ces observations. Un couvert de blé sénescent (3D, non fluorescent) a également été suivi pour quantifier l'impact de la géométrie du couvert sur la mesure de fluorescence. Une simulation réalisée à l'aide des modèles SAIL et MODTRAN a permis de dégager les configurations de mesures pour lesquelles cet effet peut être négligé. Les campagnes de mesures ont également permis d'approfondir la signification de la fluorescence mesurée au niveau du couvert. En particulier, la mesure simultanée de fluorescence et d'échanges gazeux d'un couvert agricole a permis l'étude de la relation entre les indices de fluorescence et l'assimilation de CO2 du couvert.

Cette étude a été motivée par un constat : malgré sa capacité à reconnaître les sites, la géophysique est absente des méthodes couramment utilisées en archéologie préventive. Nous avons donc essayé de déterminer si son apport aux différentes phases de l'étude des sites, de leur détection à leur caractérisation, est substantiel. L'Alsace fournit un cadre d'étude adéquat : grande diversité de sols, contextes environnementaux variés et forte pression démographique. 12 sites s'échelonnant du Néolithique au Second Moyen-âge ont été étudiés à travers le diagnostic, la fouille et les prospections hors emprise. Pour celles-ci, l'utilisation de la géophysique est évidente: elle renseigne l'extension des occupations par des méthodes non-intrusives en apportant des informations spatiales clés à l'échelle du site et du territoire. En association avec la fouille, sur la surface décapée, la géophysique s'avère complémentaire des observations car elle reconnaît des structures fantômes en plan et en stratigraphie. Cela entraîne une réflexion sur la nature des vestiges et la façon dont ils sont appréhendés. Sur le diagnostic, la géophysique apporte une information spatiale nécessaire à l'identification du site : elle ignore les limitations des sondages mécaniques systématiques en remettant en contexte les structures isolées, en fournissant une vue générale du site et en reconnaissant des structures entre et dans le prolongement des tranchées. Au final, la géophysique devrait être intégrée à la carte archéologique, à l'instar des autres méthodes de prospections qui, pondérées par leur efficacité, permettraient de repenser la gestion et la conservation du patrimoine archéologique insitu.