Le transport de la neige par le vent est une composante importante de l'interaction entre l'atmosphère et la cryosphère. En zone de montagne, il influence la distribution temporelle et spatiale de la couverture neigeuse au cours de l'hiver et a en premier lieu des conséquences sur le danger d'avalanche. La modélisation numérique de ce phénomène permet d'étudier les interactions complexes entre le manteau neigeux et le vent et d'en estimer les conséquences de manière distribuée. Dans ce contexte, cette thèse décrit le développement et l'évaluation d'un modèle couplé atmosphère/manteau neigeux dédié à l'étude du transport de la neige par le vent en zone de montagne reposant sur le modèle atmosphérique Meso-NH et le modèle détaillé de manteau neigeux Crocus. Le transport de la neige par le vent a été étudié sur le site expérimental du Col du Lac Blanc (massif des Grandes Rousses, France). Une base de données d'épisodes de transport couvrant dix hivers a tout d'abord été utilisée pour déterminer les caractéristiques principales de ces épisodes. Des simulations avec le modèle Crocus (non couplé à Meso-NH) ont ensuite montré qu'il était nécessaire de tenir compte des transformations mécaniques des grains de neige induites par le vent afin de simuler une évolution réaliste de la vitesse seuil de transport. Le site expérimental a également été le siège de deux campagnes de mesures en 2011 et 2012 visant à collecter de données de validation pour le modèle. Elles renseignent sur les conditions météorologiques près de la surface, sur les quantités de neige transportées et sur la localisation des zones d'érosion et de dépôt de la neige grâce à l'utilisation d'un laser terrestre. Le modèle de transport de neige par le vent Meso-NH/Crocus a été développé. Il intègre le transport de la neige en saltation et en suspension turbulente ainsi que la sublimation des particules de neige transportée. Un schéma à deux moments permet de simuler l'évolution spatiale et temporelle de la distribution en taille des particules. L'utilisation d'un schéma de couche limite de surface à l'interface entre Meso-NH et Crocus s'est révélé nécessaire pour représenter les forts gradients de concentration en particules de neige observés près de la surface. Meso-NH/Crocus est le premier modèle couplé atmosphère/manteau neigeux capable de simuler de manière interactive le transport de la neige par le vent en zone alpine. Meso-NH/Crocus a été évalué en relief réel grâce aux données collectées lors de la première campagne de mesure en 2011. La simulation d'un épisode de transport sans chute de neige simultanée montre que le modèle reproduit de manière satisfaisante les principales structures d'un écoulement en relief complexe ainsi que les profils verticaux de vitesse de vent et de flux de particules de neige en suspension près de la surface. En revanche, la résolution horizontale de 50 m est insuffisante pour reproduire avec précision la localisation des zones d'érosion et de dépôt autour du Col du Lac Blanc. La prise en compte de la sublimation réduit la quantité de neige déposée de l'ordre de 5%.Les techniques de descente d'échelle dynamique (grid nesting) ont ensuite été utilisées pour simuler un second épisode de transport avec chute de neige. L'augmentation de la résolution horizontale intensifie les contrastes de vitesse de vent entre versants au vent et sous le vent. En revanche, elle modifie peu les quantités et les structures spatiales des précipitations solides autour du Col du Lac Blanc. Lorsqu'il est activé, le transport devient la principale source d'hétérogénéités des accumulations neigeuses / Blowing and drifting snow are crucial components of the interaction between the cryosphere and the atmosphere. In mountainous areas, it affects the temporal and spatial distribution of snow depth throughout the winter season and influences avalanche formation. Numerical modeling offers a solution for studying the complex interaction between the snowpack and the wind field and to assess the related processes in a spatially distributed way. In this context, this PhD describes the development and the validation of a coupled snow/atmosphere model which is dedicated to the study of blowing and drifting snow in alpine terrain. The coupled model consists in the atmospheric model Meso-NH and the detailed snowpack model Crocus. Blowing and drifting snow have been monitored at the Col du Lac Blanc (Grandes Rousses range, French Alps) experimental site. A database consisting of blowing snow events observed over 10 years allowed us to identify the main features of these events. Numerical simulations using Crocus illustrated the necessity of taking the wind-dependence of snow grain characteristics into account in order to simulate satisfactorily the occurrence of blowing snow events. We also carried out two measurement campaigns at our experimental site in 2011 and 2012 in order to collect validation data for the model. This includes measurements of vertical profiles of wind speed and snow particle fluxes near the surface and the mapping of areas of erosion and deposition using terrestrial laser scanning. The coupled Meso-NH/Crocus model has been developed in order to account for blowing and drifting snow. It simulates snow transport in saltation and in turbulent suspension and includes the sublimation of suspended snow particles. In the atmosphere, a double-moment scheme allows the model to simulate the spatial and temporal evolution of the snow particle size distribution. The implementation of a surface boundary layer scheme at the interface between Meso-NH and Crocus turned out to be necessary to reproduce the strong vertical gradient of snow particle concentration near the surface. Meso-NH/Crocus is the first coupled snow-atmosphere model that can simulate snow transport in alpine terrain in an interactive way.Meso-NH/Crocus has been evaluated against data collected near Col du Lac Blanc during the first measurement campaign in 2011. The simulation of a blowing snow event without concurrent snowfall showed that the model captures the main structures of atmospheric flow in complex terrain, the vertical profile of wind speed and the snow particle fluxes. However, the horizontal resolution of 50 m is found to be insufficient to simulate the location of areas of snow erosion and deposition observed around Col du Lac Blanc. Blowing snow sublimation leads to a reduction in snow deposition of approximately 5%.We used downscaling techniques (grid nesting) to simulate a second blowing event with concurrent snowfall. The increase in horizontal resolution enhanced the contrast of wind speed between windward and leeward slopes. However, it only slightly affects the amount and the spatial pattern of snow precipitation around Col du Lac Blanc. When activated, blowing and drifting snow are the main sources of spatial variability of snow accumulation

Dans le Supergroupe Ouest-Congolais du bassin du Niari-Nyanga (Afrique centrale), les marqueurs des Glaciations Globales Sturtienne et Marinoenne sont représentés par les formations des «Diamictite inférieure» et «Diamictite supérieure».Ce travail de thèse présente une étude à haute résolution du Cap Carbonate associé à la Diamictite supérieure (6 coupes dans le bassin et 2 coupes dans la zone externe de la Chaîne du Mayombe). Les études pétrographiques révèlent la préservation des structures sédimentaires primaires et permettent de définir six microfaciès (MF0 à MF5) caractéristiques des paléoenvironnements de types inter- à supratidaux ou subtidaux. Dans le Cap Carbonate étudié, les indices de Kübler montrent une évolution croissante depuis la diagenèse profonde dans le bassin jusqu'à l'épimétamorphisme dans la zone externe de la Chaîne du Mayombe. Le signal isotopique ([delta]13C et [delta]18O) des Cap Carbonate échantillonnés est généralement reproductible dans le synclinal comme dans la chaîne, avec les valeurs du [delta]13C montrant une excursion négative variant de -2.6 [pour mille] à -5.6 [pour mille]. Les valeurs de d18O oscillent entre -6 [pour mille] et -12 [pour mille]. Par ailleurs, la confrontation des données minéralogiques, chimiques et isotopiques indique une influence négligeable des transformations post-sédimentaires sur la signature isotopique du Cap Carbonate indiquant la préservation des valeurs du [delta]13C de l'océan néoprotérozoïque. Enfin, l'ensemble des données de cette thèse et les résultats préliminaires des « Projets GLANEC» replacés dans un contexte régional permettent de définir le Membre SCIa du synclinal du Niari-Nyanga comme un Cap Carbonate lié à la Glaciation Marinoenne. / Within West-Congolian Supergroup of Niari-Nyanga Basin (Central Africa), the markers of Sturtian and Marinoan Global Glaciations are documented by the so-called «Lower Diamictite» and «Upper Diamictite». This work is based on 6 and 2 lithological sections from the basin and the external zone of the Mayombe fold belt. It corresponds to a high-resolution study of the Cap Carbonate lying unconformably on the Upper Diamictite. Petrographic analyses show preservation of primary sedimentary structures and lead to define six microfacies (MF0 to MF5). These microfacies caracterize paleoenvironments such as inter- to supratidal or subtidal types. Kübler index values of the studied Cap Carbonate display an increasing evolution from East to West, ie from a deep diagenesis in the basin to an epimetamorphism in the Mayombe external zone. Stable isotope signature ([delta]13C, [delta]18O) of the various components of this Cap Carbonate is reproducible throughout the basin as in the Mayombe external zone, with [delta]13C values displaying a negative excursion, decreasing from -2.6 ? to -5.6 ?. [delta]18O values of these components vary between -6 ? and -12 ?. Moreover, comparison between mineralogic, chemical and isotopic data indicates that post-sedimentary transformations had a very negligible influence on the isotopic signature of the Cap Carbonate, indicating preservation of d13C values of the Neoproterozoic ocean. Finally, when they are compared with other regional studies, all data of the present work and the preliminary results of the GLANEC Projects lead to the conclusion that the SCIa Member of the Niari-Nyanga Basin must be considered as a Cap Carbonate related to the Marinoan Global Glaciation.

Ce travail de thèse est constitué de deux grandes parties. Dans la première partie, nous avons étudié la redistribution du bore dans le silicium (001), à l'ambiante et après recuit thermique, à l'aide de la sonde atomique tomographique (SAT), la microcopie électronique en transmission (MET) et la spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS). Pour cette étude, le silicium a été fortement implanté en bore. La concentration en B dans le Si peut alors dépasser la limite de solubilité. On est donc dans le cas d'un système sursaturé. Dans ce cas, nous avons observé qu'à la formation de défauts (BIC's, défauts {113} etc...) s'ajoute la germination d'amas riches en B ou même la précipitation d'une nouvelle phase après recuit thermique. Dans la deuxième partie, nous avons étudié la redistribution du B et du Pt dans le NiSi, utilisé lors de la miniaturisation des transistors MOS, afin de réduire la résistance de contact. A part l'accumulation du bore à l'interface NiSi/Si et à la surface de NiSi, nous avons observé, la précipitation du bore dans le monosiliciure de nickel, pour un recuit à 450°C. En revanche, pour le platine nous n'observons plus un phénomène de précipitation. Il a plutôt tendance de ségréger aux interfaces à 290°C (observation du phénomène de "chasse-neige "), tandis qu'au delà de 350°C, le Pt s'accumule majoritairement dans la phase NiSi.

Les phénomènes météorologiques en montagne sont influencés par de nombreux facteurs tels que le relief ou l'altitude, et possèdent de ce fait une grande variabilité spatiale, qui rend l'hydrométéorologie des bassins versants de montagne particulièrement complexe. Au regard de cette hétérogénéité spatiale, les postes d'observations sont à ces altitudes trop peu nombreux. Les mesures sont de plus réalisées dans des conditions parfois difficiles (neige, vent) et sont donc souvent entachées d'importantes incertitudes. En conséquence, l'estimation des stocks de neige et des précipitations, primordiale pour les gestionnaires du parc hydroélectrique d'EDF (Électricité De France), reste encore aujourd'hui sujette à des incertitudes non négligeables. La thèse présentée ici, menée au sein de l'équipe hydrologie d'EDF-DTG a, parmi ses objectifs, le développement d'un outil d'interpolation des précipitations en zones de montagne. Ce dernier permettrait à terme de progresser vers une vision spatialisée et cartographiée de la pluie et de la neige mesurées sur les bassins versants faisant l'objet d'une prévision opérationnelle.<br />Pour développer cette méthodologie, une très vaste base de données a été constituée, regroupant des données françaises (EDF et Météo France) mais également suisses, italiennes et espagnoles. Cet outil repose sur un Modèle Numérique de Terrain de maille 1km. Une classification en types de temps est introduite, afin de prendre en compte les variations du gradient orographique de précipitation en fonction du type de circulation atmosphérique considérée. Au sein de chaque type de temps et pour chaque pixel l'effet orographique, considéré comme prépondérant dans l'explication des précipitations en montagne, est modélisé par une relation linéaire reliant les précipitations du type de temps considéré à l'altitude. Cette relation s'appuie sur les points de mesure situés à proximité du pixel, dont le mode de sélection et de pondération a été optimisé.<br />L'utilisation de la validation croisée entre les stations permet d'évaluer le niveau de restitution du modèle aux altitudes proches du réseau d'observation, quant à la qualité des lames d'eau en haute montagne, elle est par ailleurs évaluée à travers le bilan hydrologique intégré sur les bassins versants instrumentés d'une part, et à l'aide d'une confrontation avec les postes de mesure de l'équivalent en eau du manteau neigeux d'autre part.<br />Développé sur les Alpes Françaises, les Pyrénées et le Massif Central, ce modèle présente des résultats très encourageants au regard de ceux obtenus par d'autres méthodes, ce qui est sans doute le fait du caractère résolument régional du mode de reconstitution des précipitations.

Le transport de neige par le vent occasionne des nuisances qui entravent certaines activités du secteur des transports et du tourisme. Il déplace les dépôts de neige et modifie la structure du manteau neigeux. A ce titre, il participe à l'augmentation du risque d'avalanche. Ces différents aspects justifient l'activité de recherche menée depuis plusieurs années au Cemagref de Grenoble et dans laquelle cette étude trouve naturellement sa place. Ainsi les travaux précédents ont contribué à la modélisation physique et numérique de prévision du transport de neige par le vent. Cela dit, le transport éolien de particules met en jeu différents phénomènes complexes que les connaissances actuelles ne suffisent pas à décrire avec précision. Dans ce contexte, des travaux expérimentaux ont été conduits à la fois en soufflerie et sur le terrain. Ces derniers ont permis des premières investigations sur le comportement des fluctuations de concentration en régime permanent, en particulier par le biais de traitements d'images et d'analyses spectrales. Cette thèse a également porté sur la variabilité des profils de concentration en conditions naturelles, c'est-à-dire dans un écoulement turbulent instationnaire. Tous les résultats in-situ ont nécessité l'usage d'instruments adaptés dont certains ont du être réétalonnés de manière spécifique.

La neige recouvre jusqu'à 50 % des surfaces émergées de l'hémisphère Nord en hiver. Une telle importance de la glace à la surface de la terre suggère un fort potentiel d'interaction avec l'atmosphère. De telles interactions ont été mises en évidence ces dernières années, et impliquent des processus complexes, comme la catalyse de réactions hétérogènes ou l'échange de gaz traces réactifs adsorbés à la surface des cristaux de neige, la diffusion en phase solide, les cycles de sublimation/condensation de glace qui entraÎnent des solutés. Leur compréhension et leur quantification requièrent la connaissance de divers paramètres physiques dont la surface spécifique (SS) de la neige, définie comme la surface accessible aux gaz par unité de masse. L'importance de ce paramètre et le peu de données existant dans la littérature a incité à effectuer ce travail sur l'étude de la SS de la neige et son évolution dans le manteau neigeux. La SS a été déterminée par adsorption de méthane à la température de l'azote liquide (77 K). Afin de comprendre les processus responsables de l'évolution de la SS, des macrophotographies et des images obtenues par microscopie électronique à balayage ont été utilisées. L'ensemble de nos résultats (176 mesures de SS) obtenus dans les Alpes et l'Arctique a montré que la SS de la neige est très variable: elle est comprise entre 1540 et 400 cm2/g pour les neiges fraîches et peut descendre jusqu'à 100 cm2/g pour des vieilles neiges. L'étude de l'évolution de la SS indique une décroissance avec le temps qui est due aux transformations morphologiques liées au métamorphisme de la neige. Celles-ci sont essentiellement caractérisées par un arrondissement et un grossissement des cristaux, et par la sublimation des petites structures. La vitesse de décroissance de la SS a également été étudiée à différentes températures. Nos résultats ont montré que la température et le vent sont les deux principaux facteurs qui déterminent la cinétique de décroissance de la SS. A Alert, (Arctique canadien), l'étude détaillée de la microphysique du manteau neigeux a permis de mesurer directement la capacité d'adsorption de gaz traces réactifs par le manteau neigeux. Sa surface totale a été mesurée entre 1160 et 3710 m2/m2. Nous avons ainsi démontré que le manteau neigeux pouvait séquestrer une *grande partie des espèces présentes dans le système (neige + couche limite). Les meSures de SS ont également été utilisées pour déterminer les processus d'incorporation du formaldéhyde dans la neige.

L'objectif principal du travail présenté ici est d'une part la détermination de la relation entre la température locale de l'air et la composition isotopique de la neige à la station de Vostok (Antarctique de l'Est) et d'autre part la reconstruction de variabilité climatique dans cette région au cours des 200 dernières années. On a produit des données expérimentales concernant la composition isotopique et l'accumulation de la neige à partir de 8 puits creusés à Vostok dont 2 couvrent les 200 dernières années et qui ont été réalisés pendant les saisons d'été 1998/99, 1999/2000 et 2001/02. Le régime météorologique est documenté par les observations instrumentales et les radiosondages de l'atmosphère (depuis Décembre 1957) archivés à l'Institut Recherche Arctique et Antarctique (St. Pétersbourg, Russie). Nous avons aussi utilisé les données d'accumulation de la neige venant du réseau des balises installé à proximité de la station de Vostok en 1970, documenté la distribution spatiale de la teneur isotopique de la neige de surface, mesuré le nivellement de la surface, et étudié la variation de la composition isotopique des précipitations et celle de la neige transportée par vent, qui ont été collectés de Décembre 1999 à Décembre 2000. En comparant les données météorologiques et les données de l'accumulation de la neige, nous avons établi que la plupart des précipitations au centre de l'Antarctique était formée pendant des conditions de "ciel clair" (diamond dust). Par ailleurs les données de sondages aérologiques suggèrent que la température moyenne de condensation à Vostok est très proche de la température de la limite haute de la couche d'inversion. Pour un site donné, on a mis en évidence que la variabilité temporelle de la composition isotopique de la neige est influencé par le relief de la surface de neige (microrelief, "méso-dunes" et probablement méga-dunes). Cet effet diminue considérablement le rapport "signal sur bruit". On met en évidence que les variations saisonnières des teneurs isotopiques des précipitations suivent bien celles de la température locale. L'excès en deutérium varie au cours de l'année et il est, quant à lui, influencé par la source d'évaporation. Pour les 40 dernières années et pour l'échelle de temps multi-décennale, une relation linéaire significative est observée entre la moyenne de la composition isotopique de la neige et la température de l'air près de la surface. Mais pour des échelles de temps plus courtes (10 ans) les variations isotopiques apparaissent dominées par les conditions de la source. Pendant les deux derniers siècles, l'accumulation et la composition isotopique de la neige présentent des fluctuations avec une période de 50 ans environ, qui ont des similarités avec l'indice de l'Oscillation Décennale du Pacifique. Si cela est vérifié, cette relation impliquerait une téléconnection climatique de l'Antarctique centrale avec Pacifique tropical. Par ailleurs, l'excès en deutérium suggère un changement brusque vers 1963 dans la circulation atmosphérique qui alimente la région de Vostok en l'humidité.

Le mercure est un métal toxique émis dans l'environnement par des sources naturelles et anthropiques. Le cycle naturel de ce polluant, a fortiori la réponse des écosystèmes à ces perturbations par l'Homme, est encore mal quantifié. L'air des névés polaires constitue une archive de la composition passée de l'atmosphère qui permet d'améliorer la connaissance du cycle du mercure. En juillet 2009, à NEEM, Groenland du Nord, nous avons mesuré les concentrations en mercure élémentaire gazeux dans l'air du névé entre 30 et 76 mètres de profondeur, et, grâce à des travaux de modélisation des processus de diffusion, reconstruit les concentrations atmosphériques en Hg° depuis les années 1950, à une échelle spatiale représentative de l'Arctique. Le signal reconstruit présente des concentrations maximales dans les années 1970, synchrones avec le maximum d'émissions anthropiques supposé, puis une décroissance très peu marquée, suggérant une persistance de cette contamination dans l'Arctique. Le plateau antarctique revêt également un intérêt paléoenvironnemental dans la perspective de caractériser l'impact des perturbations anthropiques aux hautes latitudes sud. Néanmoins, la réactivité du mercure dans cette région est méconnue, et sa caractérisation est nécessaire. Nous avons mené une campagne de mesure en janvier 2009 sur le site de Dôme C, Antarctique de l'Est et observé une réactivité marquée du mercure dans la basse troposphère et dans l'air interstitiel du manteau neigeux, mettant en évidence l'existence de processus d'oxydation puissants dans ces deux matrices. De fortes concentrations en mercure ont aussi été mesurées dans la neige de surface.

Les bactéries jouent un rôle clé dans les cycles biogéochimiques. Bien que l'effet du manteau neigeux en hiver dans la fonction et la composition des communautés bactériennes du sol ait été signalé, l'effet de la variation spatio-temporelle du manteau neigeux reste à étudier. Dans cette étude, nous avons caractérisé la dynamique spatio-temporelle des communautés bactériennes à partir de deux sites extrêmes selon un gradient de couvert neigeux. Pour cela, nous avons utilisé des approches moléculaires (SSCP et clonage / séquençage) et traditionnel (isolation par culture bactérienne). Les résultats présentés montrent que l'ensemble de la diversité bactérienne, sa composition et sa structure phylogénétique sont fortement liés à la durée de la couverture de neige. En outre, ces effets sont détectables au cours de la saison de végétation des plantes. Les facteurs biotiques et abiotiques (i.e. la sénescence des plantes et le pH du sol) jouent un rôle essentiel conduisant au regroupement de certaines bactéries en clades spécifiques (Acidobactéries, Actinobactéries, α-et β-Proteobactéries). Au cours de la saison de végétation des plantes, les clades de bactéries sont plus dispersés. La présente étude montre que, à un niveau taxonomique fin, la variation temporelle est un facteur plus important que la variation spatiale sur la diversité bactérienne. A un niveau taxonomique supérieur (i.e. sousphylum), la conclusion est inverse. Seule une petite fraction du total de la diversité bactérienne est cultivable et il se peut que certains groupes bactériens soient surreprésentés dans les plaques de culture. Cette étude apporte un nouvel éclairage sur le rôle de l'hiver et de la couverture neigeuse dans les distributions des communautés bactériennes. Cette étude peut-être utile pour prédire le comportement des bactéries dans les cycles des éléments nutritifs dans un contexte de réchauffement de la planète.

Naaim et Gurer (1998) proposent une modélisation des avalanches de neige par le modèle dit « bi-couche ». L'avalanche y est décrite comme la superposition de deux couches : proche du sol une couche où l'écoulement est collisionnel, au dessus une couche au sein de laquelle l'écoulement est diphasique et turbulent. Ces deux couches ont chacune une dynamique propre distincte ; des échanges de masse et de quantité de mouvement ont lieu dans la zone d'interface séparant les deux couches. Le travail présenté ici propose une étude de cette interface vue comme lit d'écoulement de la couche supérieure. Pour cela, une modélisation expérimentale par bouffée de densité saline s'écoulant dans un canal noyé a été mise en place. Les mesures ont été réalisées par prise et analyse d'images. Cela a permis d'étudier l'influence du lit d'écoulement sur la dynamique de la bouffée et de localiser l'érosion qu'elle engendre appelée reprise. Ces résultats ont été confrontés à une large analyse bibliographique et à une analyse conceptuelle du phénomène de reprise. Une formulation analytique de la reprise prenant en compte une atténuation de la turbulence, par le fait de la présence de particules en suspension dans l'écoulement, a alors été proposée. Elle a été intégrée à une modélisation numérique reproduisant correctement les résultats observés expérimentalement.