Dans le sud-ouest mauritanien, la fragilité du milieu naturel, liée aux phénomènes de désertification, est perçue comme une contrainte majeure. L'intensité de la grande sécheresse sahélienne des décennies 70 et 80, conjuguée à une exploitation humaine excessive du milieu, a entrainé l'exacerbation des phénomènes d'érosion qui ont provoqué une dégradation continue, voire irréversible du potentiel biologique productif. Malgré une amélioration des conditions pluviométriques depuis le début des années 90, ce problème écologique reste préoccupant et constitue une entrave à la conservation des ressources naturelles et un frein au développement durable. Cette étude s'intéresse à la caractérisation de la désertification dans le sud-ouest de la Mauritanie par lanalyse des processus morphodynamiques, qui traduisent mieux la réponse environnementale aux changements climatiques et aux pressions anthropiques. Pour ce faire, nous nous sommes basés sur une approche méthodologique multisource et une analyse spatio-temporelle intégrant plusieurs indicateurs, qui nous ont permis dévaluer létat de ce phénomène. Cela suppose lexploitation des données climatiques et de télédétection, en modes synchronique et diachronique, pour l'individualisation des zones à risque et le monitoring de lévolution des processus en cours. L'analyse des données hydroclimatiques montre une grande variabilité saisonnière et interannuelle des précipitations et des débits. On note également que, malgré une amélioration récente de la pluviométrie, lérosion éolienne est devenue un élément essentiel de la dynamique morphogénétique dans le secteur étudié. Les traitements appliqués aux données télédétectées ont mis en évidence les changements qui ont affecté le secteur étudié et les caractéristiques morphologiques et morphodynamiques des systèmes dunaires. L'étude diachronique par les photographies aériennes et satellitales nous a permis de faire des mesures de surfaces de la couverture du sol, entre les différentes prises de vues (par digitalisation et seuillage). On note que les dunes ogoliennes, qui étaient fixées par la végétation, ont été ravivées et remises en mouvement. Le taux d'occupation de la végétation est passé de 16 à 4% de la zone entre 1954 et 2003. La mise en valeur de la vallée du Sénégal par les aménagements hydroagricoles a modifié le régime du fleuve et l'affectation du sol : les rizières ont remplacé, dans certains cas, les forêts-galeries. Les traitements informatiques des images satellitales optiques à différentes dates et de différents capteurs (calcul de divers indices de changement, classifications, filtrages) ont mis en évidence une dégradation généralisée des ensembles dunaires et une exacerbation de lactivité morphogénétique. Celle-ci a occasionné des modifications dans le modelé dunaire, au niveau des sommets de dunes notamment. On observe l'apparition de sifs orientés N-S (obliques par rapport aux dunes ogoliennes) mais aussi une multiplication et une migration des crêtes vives dont lagencement transforme les cordons dunaires en dunes longitudinales complexes. Par ailleurs, le traitement interférométrique des données radar ERS se révèle très intéressant pour le suivi de la dynamique de la surface des sols. Lévolution temporelle de la cohérence (en 24h et en 105 jours) indique que la majeure partie de la zone détude est composée de sables vifs qui participent à lédification des nouvelles formes dunaires et qui sont, en général, situés à proximité des installations humaines, autour desquelles apparaissent des auréoles de dénudation. En outre, l'étude sédimentologique indique une augmentation de la taille moyenne des grains, suite à une compétence accrue du vent, et l'observation sur le terrain montre de nouvelles manifestations de l'érosion mécanique, liées à la déflation et au ravinement. Les différents résultats obtenus lors de cette analyse multisource soulignent une intense dégradation des écosystèmes dont la restauration risque d'être lente et nécessiterait, dans certains cas, des mesures de conservation. Les processus morphodynamiques consécutifs ou inhérents à la désertification représentent ainsi un sérieux défi qui aggrave létat de dégradation des milieux dans les zones arides et semi-arides.

Les deltas fluviaux sont des écosystèmes riches et vulnérables. Les apports de sédiments fluviaux assurent leur développement face à la subsidence et l’érosion induite par les agents marins. Les deltas sont principalement exposés à des crues et des submersions marines. Pourtant, ils restent des lieux stratégiques de peuplement, de production économique et d’enjeux géopolitiques, les rendant d’autant plus vulnérables et exposés aux risques. Cette thèse a pour objectif de cerner le fonctionnement passé et actuel de ces systèmes à partir de l’analyse de soixante deltas et d’une approche holistique systémique, à l’aide de données spatiales, environnementales et sociétales. Après l’étude de l’évolution côtière récente montrant une tendance à la diminution de la progradation de nombreux deltas, une classification conceptuelle et qualitative de la morphologie des deltas axée sur les influences fluviomarines a été conduite. La mise à jour de cette classification et la proposition de nouvelles approches, en termes de morphologie, de dynamique et de vulnérabilité, ont nécessité une revue des acquis antérieurs, une quantification de l’influence du fleuve, de la houle et de la marée, et une approche quantitative qui a mis en évidence la complexité des interactions. Le travail débouche sur une nouvelle classification quantitative et objective. La thèse compare aussi les réponses deltaïques à des perturbations exceptionnelles, montrant les limites de la résilience deltaïque. Elle renseigne sur l'impact anthropique sur ces espaces fragiles fortement dépendants de l’apport sédimentaire. Cet équilibre est d’autant plus fragilisé aujourd’hui par les impacts du changement climatique. / River deltas are rich and fragile ecosystems. Deltas depend on fluvial sediment supply to balance natural subsidence and erosion caused by waves and currents. Deltas are mainly affected by river flooding, marine submersion. However, deltas are strategic sites of human settlement, economic hotspots, and geopolitical issues. This attraction increases the pressure, rendering these deltas more and more exposed to risks and vulnerable.The main objective of this thesis is to analyze the past and present functional dynamics of delta shorelines based on 60 of the world’s deltas and a holistic and systemic approach with spatial, environmental, and societal data. After the study of recent coastal evolution showing a tendency to decreasing progradation of many deltas, a conceptual and qualitative classification of deltaic morphology based on fluviomarine influences was conducted. Updating of this classification and the proposal of new approaches, in terms of morphology, dynamics, and vulnerability, have necessitated revisiting these older schemes, and the adoption of a methodological and interpretative approach aimed at quantification of the weight of each of these three parameters showing the complexity of the interactions. The thesis proposes a new quantitative and objective classificatory framework, including the human dimension. Finally, the thesis highlights the responses of deltaic shorelines to exceptional perturbations, and highlights the limits of resilience. The thesis advises over the impact of humans on these fragile coastal environments, the equilibrium of which strongly depends on sediment supply. This fragility is further exacerbated by the impacts of climate change.

Dans l'optique d'une meilleure compréhension du fonctionnement des flèches de galets en Bretagne, la morphodynamique de ces formes d'accumulation a été étudiée à différentes échelles spatiales et temporelles. <br /><br />Sur le long terme, l'évolution des flèches au cours de l'Holocène a été reconstituée à partir d'une analyse stratigraphique des dépôts préservés au sein de trois marais maritimes situés en rade de Brest. En parallèle, les variations holocènes du niveau marin ont été reconstituées afin d'appréhender le rôle des mouvements eustatique dans l'évolution à long terme des flèches de galets. Quatre grandes phases dans les courbes des variations eustatiques peuvent toutefois être identifiées. Ainsi, un stationnement relatif du niveau marin à environ 5 m sous son niveau actuel est enregistré entre 5 500 et 4 800 BP. Cette phase de ralentissement important de la transgression holocène aurait favorisé la mise en place de tourbières au niveau de la ligne de rivage actuelle à la fin de l'Atlantique et au début du Subboréal. Un mouvement transgressif important semble s'opérer entre 4 800 et 3 000 BP, amenant la mer a un niveau proche, quoique légèrement inférieur à l'actuel à la fin du Subboréal. En rade de Brest, cette phase de remontée relativement rapide du niveau marin a vraisemblablement entraîné l'inondation des tourbières littorales ou dulçaquicoles par la mer et leur remplacement par des marais maritimes protégés de l'agitation des vagues par la présence de cordons littoraux. Ces cordons auraient progressivement reculé jusqu'à une position assez voisine de l'actuelle vers 3 000 BP. Ensuite, une petite régression marine se serait traduite par une baisse du niveau marin relatif de 2 à 3 m entre 3 000 et 2 700 BP, entraînant l'abandon temporaire des systèmes littoraux (marais maritimes/cordons littoraux) par la mer. Dans le nord du Finistère, cette régression aurait favorisé l'exondation de vastes surfaces sableuses sur lesquelles la déflation éolienne aurait favorisé la construction des grands massifs dunaires de la région (Guilcher et Hallégouët, 1991). Il convient toutefois de préciser que cet épisode régressif datant de la fin de l'âge du Bronze pose question dans la mesure où il n'est enregistré par aucune courbe construite sur les différentes façades maritimes françaises (Lambeck, 1997, Vella et Provansal, 2000), ni même sur les côtes de Belgique (Denys et Beateman, 1995) ou du sud de l'Angleterre (Long et al., 1999). Cette baisse du niveau marin, ne reposant que sur deux points, pourrait simplement être attribuée à un manque de précision des données (mauvaises datations, erreur de positionnement altitudinal). De toute évidence, il apparaît nécessaire de multiplier les études de cas afin de proposer une courbe beaucoup plus fiable des variations eustatiques holocènes dans le nord-ouest de la Bretagne. A partir de 2 700 BP, le mouvement transgressif reprend à un rythme décroissant jusqu'à nos jours. La mer réinvestit peu à peu les milieux littoraux et édifie, en rade de Brest, les principaux cordons et flèches de galets actuels, qui apparaissent comme de véritables héritages morpho-sédimentaires.<br /><br />Sur le moyen terme, la mobilité des flèches de galets de Bretagne a été retracée à partir d'un traitement numérique de cartes anciennes et de photographies aériennes. Une tendance au recul des flèches se dessine à l'échelle régionale au cours des trois derniers siècles. Près de 80% des flèches étudiées montrent des signes de cannibalisation, de recul relativement rapide par rollover, d'ouverture de brèches et de démantèlement. Ces évolutions traduisent un contexte d'érosion liée à une sous-alimentation sédimentaire résultant d'apports insuffisants en matériaux grossiers provenant du recul des falaises meubles quaternaires. Les flèches de galets constituent donc actuellement des héritages en cours de dilapidation. Par ailleurs, l'analyse des forçages météo-marins sur la période récente fait apparaître une différence de fonctionnement morphodynamique opposant les flèches de type SAB (swash-aligned barriers) orientées perpendiculairement aux houles incidentes et dont l'évolution récente est fortement contrôlée par les épisodes de submersion marine, et les flèches de type DAB (drift-aligned barrier) alignées dans le sens des vagues incidentes, peu influencées par les événements météo-marins. <br /><br />Sur le court terme, la mobilité des flèches de galets a été retracée à partir d'un suivi topo-morphologique réalisé entre 2002 et 2008, couplé à une analyse des conditions météo-marines. La mobilité des flèches présente un caractère spasmodique, marquée par des phases de stabilité permettant la consolidation des cordons et de brusques épisodes érosifs liés à l'intervention d'épisodes de submersion marine très morphogènes. Les méthodes d'analyse prévisionnelle utilisées (méthode historique, cartographie de la submersion, modèle de Sallenger (2000)) permettent de prévoir une poursuite du recul de ces édifices sédimentaires et, par endroits, l'exagération des phénomènes d'érosion. Dans ce contexte, se pose la question d'une éventuelle gestion de ces formes d'accumulation puisque ces flèches participent à la protection de marais maritimes à forte valeur écologique. En outre, ces flèches constituent des objets géomorphologiques à forte valeur patrimoniale, comme en témoigne le classement récent du Sillon de Talbert en Espace Remarquable de Bretagne.

Cette thèse examine les impacts sur la morphologie des tributaires du fleuve Saint-Laurent des changements dans leur débit et leur niveau de base engendrés par les changements climatiques prévus pour la période 2010–2099. Les tributaires sélectionnés (rivières Batiscan, Richelieu, Saint-Maurice, Saint-François et Yamachiche) ont été choisis en raison de leurs différences de taille, de débit et de contexte morphologique. Non seulement ces tributaires subissent-ils un régime hydrologique modifié en raison des changements climatiques, mais leur niveau de base (niveau d’eau du fleuve Saint-Laurent) sera aussi affecté. Le modèle morphodynamique en une dimension (1D) SEDROUT, à l’origine développé pour des rivières graveleuses en mode d’aggradation, a été adapté pour le contexte spécifique des tributaires des basses-terres du Saint-Laurent afin de simuler des rivières sablonneuses avec un débit quotidien variable et des fluctuations du niveau d’eau à l’aval. Un module pour simuler le partage des sédiments autour d’îles a aussi été ajouté au modèle. Le modèle ainsi amélioré (SEDROUT4-M), qui a été testé à l’aide de simulations à petite échelle et avec les conditions actuelles d’écoulement et de transport de sédiments dans quatre tributaires du fleuve Saint-Laurent, peut maintenant simuler une gamme de problèmes morphodynamiques de rivières. Les changements d’élévation du lit et d’apport en sédiments au fleuve Saint-Laurent pour la période 2010–2099 ont été simulés avec SEDROUT4-M pour les rivières Batiscan, Richelieu et Saint-François pour toutes les combinaisons de sept régimes hydrologiques (conditions actuelles et celles prédites par trois modèles de climat globaux (MCG) et deux scénarios de gaz à effet de serre) et de trois scénarios de changements du niveau de base du fleuve Saint-Laurent (aucun changement, baisse graduelle, baisse abrupte). Les impacts sur l’apport de sédiments et l’élévation du lit diffèrent entre les MCG et semblent reliés au statut des cours d’eau (selon qu’ils soient en état d’aggradation, de dégradation ou d’équilibre), ce qui illustre l’importance d’examiner plusieurs rivières avec différents modèles climatiques afin d’établir des tendances dans les effets des changements climatiques. Malgré le fait que le débit journalier moyen et le débit annuel moyen demeurent près de leur valeur actuelle dans les trois scénarios de MCG, des changements importants dans les taux de transport de sédiments simulés pour chaque tributaire sont observés. Ceci est dû à l’impact important de fortes crues plus fréquentes dans un climat futur de même qu’à l’arrivée plus hâtive de la crue printanière, ce qui résulte en une variabilité accrue dans les taux de transport en charge de fond. Certaines complications avec l’approche de modélisation en 1D pour représenter la géométrie complexe des rivières Saint-Maurice et Saint-François suggèrent qu’une approche bi-dimensionnelle (2D) devrait être sérieusement considérée afin de simuler de façon plus exacte la répartition des débits aux bifurcations autour des îles. La rivière Saint-François est utilisée comme étude de cas pour le modèle 2D H2D2, qui performe bien d’un point de vue hydraulique, mais qui requiert des ajustements pour être en mesure de pleinement simuler les ajustements morphologiques des cours d’eau. / This thesis investigates the impacts of climate-induced changes in discharge and base level on the morphology of Saint-Lawrence River tributaries for the period 2010–2099. The selected tributaries (Batiscan, Richelieu, Saint-Maurice, Saint-François and Yamachiche rivers) were chosen because of their differences in size, flow regime and morphological setting. Not only will these tributaries experience an altered hydrological regime as a consequence of climate change, but their base level (Saint-Lawrence River water level) will also change. A one-dimensional (1D) morphodynamic model (SEDROUT), originally developed for aggrading gravel-bed rivers, was adapted for the specific context of the Saint-Lawrence lowland tributaries in order to simulate sand-bed rivers with variable daily discharge and downstream water level fluctuations. A module to deal with sediment routing in channels with islands was also added to the model. The enhanced model (SEDROUT4-M), which was tested with small-scale simulations and present-day conditions in four tributaries of the Saint-Lawrence River, can now simulate a very wide range of river morphodynamic problems. Changes in bed elevation and bed-material delivery to the Saint-Lawrence River over the 2010–2099 period were simulated with SEDROUT4-M for the Batiscan, Richelieu and Saint-François rivers for all combinations of seven tributary hydrological regimes (present-day and those predicted using three global climate models (GCM) and two greenhouse gas emission scenarios) and three scenarios of how the base level provided by the Saint-Lawrence River will alter (no change, gradual decrease, step decrease). The effects on mean annual sediment delivery and bed elevation differ between GCM and seem to be related to whether the river is currently aggrading, degrading or in equilibrium, which highlights the importance of investigating several rivers using several climate models in order to determine trends in climate change impacts. Despite the fact that mean daily discharge and mean annual maximum discharge remain close to their current values in the three GCM scenarios for daily discharge, marked changes occur in the mean annual sediment transport rates in each simulated tributary. This is due to the important effect of more frequent large individual flood events under future climate as well as a shift of peak annual discharge from the spring towards the winter, which results in increased variability of bed-material transport rates. Some complications with the 1D modelling approach to capture the complex geometry of the Saint-Maurice and Saint-François rivers suggest that the use of a two-dimensional (2D) approach should be seriously considered to accurately simulate the discharge distribution at bifurcations around islands. The Saint-François River is used as a test case for the 2D model H2D2, which performs well from a hydraulics point of view but which needs to be adapted to fully simulate morphological adjustments in the channel.

Les embouchures tidales dominées par la houle sont des systèmes côtiers particulièrement dynamiques dont la morphologie est continuellement remodelée par l’action des vagues et de la marée. Les rapides évolutions morphologiques auxquelles elles sont sujettes impactent directement leurs environnements écologiques et socio-économiques. Afin de mettre en œuvre des réglementations adaptées à la gestion durable des embouchures tidales, des études environnementales systématiques sont nécessaires. L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent les évolutions morphologiques d’une embouchure tidale éphémère au Portugal - l’embouchure de la lagune d’Albufeira – à partir de l’analyse de mesures hydrodynamiques et topographiques et de résultats d’un système de modélisation morphodynamique récemment développé. Les processus qui influent sur la dynamique de l’embouchure tidale à court terme, notamment ceux liés aux interactions vague-courant, ont été étudiés à travers l’application du système de modélisation à l’embouchure. Les modulations saisonnières du climat de vagues et du niveau moyen de la mer affectent fortement la dynamique sédimentaire de l’embouchure et contribuent au comblement naturel de l’embouchure pendant l’hiver. Les processus à long terme ont également été étudiés à partir de simulations rétrospectives de paramètres moyens de vagues pour des échelles régionales et locales sur une période 65 ans. Les fortes variabilités interannuelles du climat de vagues et de la dérive littorale qui lui est associée pourraient expliquer les différences d’évolutions morphologiques du système embouchure-lagune sur des échelles de temps pluri–annuels. / Wave-dominated tidal inlets are very dynamic coastal systems, whose morphology is continuously shaped by the combined action of the waves and the tides. The rapid morphological changes they experience impact directly their ecological and socio-economic environments. In order to implement adequate regulations for the sustainable management of tidal inlets, systematic environmental studies are necessary. The main objective of this PhD research work is to gain a better understanding of the physical processes that control the morphological evolutions of an ephemeral tidal inlet in Portugal - the Albufeira Lagoon inlet - based on the analysis of hydrodynamic and topographic data and on the results of a newly developed morphodynamic modelling system. The processes that impact the dynamics of the inlet at short time-scales, particularly those related to wave-current interactions, are investigated through the application of the modelling system to the inlet. The seasonal modulations of the wave climate and mean sea level strongly affect the sediment dynamics of the inlet and contribute to the natural closure of the inlet during the winter period. Long-term processes are also investigated based on a 65-year hindcast of mean wave parameters at regional and local scales. The large inter-annual variability of the wave climate and the associated longshore sediment transport – both correlated to the North-Atlantic Oscillation – are proposed to explain the differences in the morphological behaviour of the inlet-lagoon system at pluri-annual time-scales.

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