La région Méditerranéenne est particulièrement vulnérable aux feux des végétation qui représentent une menace croissante pour l'environnement et les populations. Les interactions dynamiques et chimiques entre le feu et l'atmosphère se produisent sur plusieurs échelles temporelles et spatiales et leur étude nécessite donc une modélisation couplée. Le couplage numérique entre le modèle atmosphérique Méso-NH, incluant un schéma de chimie réactionnel, et le modèle de propagation de feu en surface ForeFire a été la base méthodologique pour trois études sur les interactions feu-atmosphère. D'abord, les impacts des feux de végétation sur la dynamique et la chimie atmosphérique ont été caractérisés à l'échelle régionale pour l'incendie de Lançon-de-Provence 2005. L'étude montre l'impact des émissions pyrogéniques sur les concentrations de polluants en surface à plus de 30 km sous le vent du feu et un accroissement de la turbulence atmosphérique. Ensuite, une étude sur la hauteur d'injection des produits des feux de végétation a été réalisée qui compare deux paramétrisations des processus convectifs induits par les incendies. Les deux approches (EDMF et PRM) donnent des résultats similaires sur un feu méditerranéen, mais EDMF sous-estime systématiquement les hauteurs d'injection pour les feux tropicaux quelques soient les conditions environnementales, soulignant les limitations des approches paramétrées dans la détermination des hauteurs d'injection. Enfin, le modèle couplé MésoNH-ForeFire utilisé à très haute résolution sur des cas idéaux et sur des feux réels a montré l'amélioration sur la vitesse de propagation du feu du couplage bi-directionnel feu-atmosphère.

De par sa géométrie et sa situation géographique (2°N-13°N - 8°E-16°E ; ouverture sur l'océan Atlantique), le Cameroun offre l'avantage de proposer un ensemble représentatif des climats régionaux rencontrés en Afrique tropicale. La diminution des cumuls de précipitations enregistrée dans la région pendant la seconde moitié du XXe siècle, est associée à la récurrence de périodes anormalement sèches, essentiellement au coeur de la saison des pluies. Ces conditions ont amplifié la dégradation du couvert végétal au travers ses contraintes socioéconomiques et démographiques (déforestation, extension des surfaces d'activité). Les conséquences souvent dommageables de la variabilité climatique en général, et des sécheresses en particulier, sur les hommes et leurs activités suscitent l'intérêt de développer des études pour mieux comprendre comment le climat et les pressions naturelles et environnementales interagissent localement. Ainsi, l'objectif de cette thèse est de diagnostiquer la variabilité multiéchelle (saisonnière, interannuelle, intra-saisonnière, synoptique) des précipitations et les relations qu'elle entretient avec le couvert végétal au sens large qui, à ces latitudes, est associé directement ou non, à la dynamique d'occupation et d'utilisation du sol, particulièrement sur la période 1951-2002. A partir de données de précipitations observées (CRU/ponctuelles), les modes spatiaux de la variabilité ont été définis aux échelles annuelles et interannuelles, par Analyses en Composante Principale (ACP) et la Classification Ascendante Hiérarchique (CAH). Ces méthodes de classifications ont permis de discriminer cinq zones climatiques, différentes les unes des autres par l'intensité des cumuls et la saisonnalité (unimodal/bimodal). Pour chaque zone, l'attention a été portée sur les paramètres intrasaisonniers qui modulent la variabilité annuelle telle que, les séquences sèches (nombre, longueur, périodes d'occurrence) et les variations des dates de début et de fin des périodes végétatives. La répartition du couvert végétal dans l'espace et dans le temps (1982-2002) a été étudiée, en utilisant des méthodes de classification non supervisée (ISODATA) sur les données de NDVI (Normalized Difference Vegetation index) à 8km de résolution. Enfin, des méthodes statistiques et de télédétection ont permis d'évaluer l'impact des facteurs pluviométriques et anthropogéniques (croissance démographique et utilisation du sol) sur la dynamique du couvert végétal en utilisant des bases de données à plus fine résolution (NDVI/1Km ; Global Land Cover (GLC 2000/1Km)). Ces dernières investigations ont été menées dans le Nord-Cameroun (6°N-13°N - 11°E-16°E), qui est la région la plus sensible des points de vue climatique, économique et environnemental.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des études sur le cycle du carbone, notamment, le rôle de l'océan face à l'augmentation continue du dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. L'océan absorbe 25% du CO2 atmosphérique et comporte des régions d'absorption du CO2 (puits) et de dégazage de CO2 (sources). L'Atlantique tropical est une source de CO2 encore mal connue. Afin de mieux documenter cette région, un réseau d'observations a été mis en place. En particulier, un capteur CO2 CARIOCA a été installé sur une bouée instrumentée à 6ﰂS, 10ﰂW depuis juin 2006 pour mesurer la fugacité du CO2 (fCO2) en surface. L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes physiques et biogéochimiques responsables de la variabilité de fCO2 observée à la bouée de 2006 à 2009. De juin à septembre la fCO2 est affectée par le déclenchement des upwellings équatorial et côtiers qui forment une langue d'eau froide qui se propage jusqu'à la bouée. La série temporelle de fCO2 présente une variabilité diurne, sur une large période de l'année, ainsi qu'une variabilité saisonnière liée à la dynamique des upwellings. La variabilité diurne s'explique par des processus thermodynamiques ou biologiques que j'ai étudiés à l'aide d'un modèle unidimensionnel. Les périodes dominées par les processus thermodynamiques sont observées principalement en dehors de la saison d'upwelling et sont caractérisées par un réchauffement important de la couche de mélange et des courants faibles. Les périodes biologiques sont caractérisées par un réchauffement moindre de la couche de mélange et un cycle diurne sur le carbone inorganique dissous (DIC). Les simulations montrent la nécessité d'un apport de nitrates en surface pour que l'activité biologique domine la variabilité de fCO2. L'étude de la série temporelle des paramètres physiques suggère une influence probable des ondes internes. Le mélange créé par ces ondes serait à l'origine de la source de nutritifs. La production communautaire nette (NCP) à ce site varie entre 0,17 et 0,77 μmol.kgﰁ1.jﰁ1, en accord avec les quelques mesures disponibles pour cette la région. La variabilité diurne a pu être étudiée avec un modèle unidimensionnel lors de périodes où l'advection est négligeable. A l'échelle saisonnière, l'advection horizontale affecte la distribution de fCO2 et des paramètres physiques. A l'aide de sorties d'un modèle tridimensionnel (DRAKKAR), l'origine de l'eau advectée à la bouée a été déterminée à partir de sa signature en salinité. Le modèle suggère que les eaux dessa- lées observées à la bouée proviennent essentiellement du nord-est du golfe de Guinée.

Les précipitations résultent d'un phénomène atmosphérique caractérisé par une variabilité spatiale et temporelle forte. Cette variabilité dans la distribution des pluies et des évènements intenses a des impacts en hydrologie de surface variés selon les régions du monde. Toute modification du climat tropical est associée à une modification du cycle de l'eau et de l'énergie dans ces régions. Dans un contexte de changement climatique, il est donc important de développer des outils permettant d'estimer quantitativement les précipitations, à l'échelle du globe, à la fois sur les surfaces continentales et les surfaces océaniques. Les travaux présentés dans cette thèse s'intéressent à l'observation des précipitations depuis l'espace. En effet, la mesure des pluies nécessite une densité d'observations élevée qui, sur l'ensemble des Tropiques, n'est accessible qu'à partir d'observations spatiales. Depuis plusieurs décades, les moyens satellitaires à disposition ont beaucoup évolué et offrent aujourd'hui une densité d'observations de plus en plus fortes. Grâce aux nouvelles missions déployées telles que Megha-Tropiques au sein de la future constellation GPM (Global Precipitation Measurement), on a accès à un ensemble de systèmes d'observations qui amène à une densité accrue d'observations spatiales. L'estimation quantitative des précipitations n'était possible qu'à l'échelle mensuelle, il est maintenant envisageable d'estimer la pluie par satellite à des échelles de temps de plus en plus fines. Cette thèse s'intéresse aux échelles 1 ̊/1-jour, échelle clé pour les études météorologiques et hydrologiques. Il existe un large spectre de méthodes d'estimation de précipitations par satellite, de qualité inégale. Dans un premier temps, une analyse des produits issus des développements les plus récents montre que leur qualité a atteint un degré suffisant pour être utilisé de manière quantitative aux échelles de temps pertinentes en météorologie. Il apparaît également qu'à ces échelles de temps, il est nécessaire d'utiliser les estimations de cumuls de précipitations conjointement avec leurs barres d'erreurs. Une nouvelle méthode d'estimations de précipitations sur l'ensemble de la ceinture tropicale, appelée TAPEER (Tropical Amount of Precipitation with an Estimate of ERrors), est donc développée dans le but d'estimer des cumuls de pluie et leurs erreurs associées à l'échelle 1 ̊/1-jour. Cette approche est fondée sur une méthode de fusion de données de l'imagerie Infrarouge d'une constellation de satellites géostationnaires et d'estimations de taux de pluie issues de radiomètres Micro-ondes d'une constellation de satellites défilant. Des techniques de modélisations sont mises en oeuvre afin d'associer une erreur aux cumuls de pluie produits. Une investigation détaillée du bilan d'erreur de la méthode TAPEER montre que les sources principales d'incertitudes sont liées à l'échantillonnage et aux biais systématiques sur les taux de pluie d'intensité moyenne. Une étude sur l'été 2009 révèle l'importance de l'utilisation de la barre d'erreur dans l'analyse de la distribution des pluies, en particulier pour les plus forts cumuls sur la ceinture tropicale.

Les illites et les chlorites sont des minéraux ubiquistes dans la plupart des roches diagénétiques. Leurs compositions chimiques dépendent des conditions physiques subies (pression, P ; température, T) et de la composition de l'encaissant (e.g. Vidal et al., 1999 ; Parra et al., 2002a, 2002b). Ces minéraux peuvent donc potentiellement être de très bons marqueurs de l'histoire de l'enfouissement, et sont à la base de nombreuses méthodes empiriques ou thermodynamiques d'estimation des conditions P-T.Une compilation de données naturelles et la comparaison des thermobaromètres existants ont permis d'établir leurs limitations respectives. Pour s'en affranchir, un nouveau modèle ordonné de solution solide pour les chlorites a été développé, qui rend compte des forts contenus en silicium observés dans les chlorites naturelles de basses températures. La calibration de ce nouveau thermobaromètre sur des domaines géologiques variés de BT-BP a été testée sur des analyses de chlorites naturelles de la Gulf Coast (Texas) au pic de température (où les données P-T ont été mesurées in situ) et montre d'excellents résultats. Concernant les illites, le modèle thermodynamique le plus abouti (Dubacq et al., 2010) a également été testé de manière à estimer sa précision. L'étude a été complétée par la quantification de l'influence du fer ferrique. Les analyses chimiques utilisées ont été obtenues grâce à un protocole analytique à haute résolution spatiale. Alliant FIB et MET-EDS, ce protocole a permis une étude microtexturale et chimique fine des chlorites et des illites. Il en ressort que ces minéraux possèdent une diversité intracristalline dans leurs compositions et que la zonation chimique résultante apparaît comme une potentielle source d'erreurs dans la calibration des thermobaromètres, tout en permettant d'envisager la notion d'équilibre à l'échelle locale.Cette approche a été utilisée pour quantifier les trajets P-T d'unités géologiques des Alpes de Glarus. Ces résultats, comparés à ceux obtenus avec des méthodes thermobarométriques conventionnelles, donnent une bonne image des processus d'enfouissement et d'exhumation des roches de basse température. Ainsi, il apparaît que chaque composition enregistre une portion du chemin P-T rétrograde. D'une manière générale, chaque zone d'un même cristal renvoie à une partie de l'histoire de la roche.

Cette thèse porte sur la détermination des caractéristiques de la houle à la côte. Les études réalisées s'intéressent aux phénomènes de réfraction et diffraction de la houle, à la reflexion sur un ouvrage ainsi qu'à la transmission au-dessus d'une structure immergée. Un code de calcul numérique de propagation de la houle est développé sur le principe des limitations angulaires. L'ajout dans les équations d'un paramètre de diffraction facilite la prise en compte de cet effet. Une étude expérimentale sur le comportement de la surface libre de la houle au passage d'un haut-fond a aussi été réalisée. Elle met en évident la compétition entre les effets de réfraction et de diffraction, et montre que les crêtes d'une houle monochromatique ne croisent pas mais tendent plutôt à se déphaser quand le haut-fond est immergé. Conjointement, des travaux de recherche fondamentale sur l'extraction de l'énergie des vagues ont conduit à des essais en canal en houle régulière, afin de caractériser expérimentalement l'action des forces de pression résultant des effets de Longuet-Higgins lorsqu'une houle se réfléchit sur un ouvrage. Suie à ces essais, on entrevoit la mise au point d'un nouveau système de récupération de l'énergie de la houle. Le calcul de son rendement énergétique est effectué en houle irrégulière, et une estimation de la production énergétique est faite pour un cas d'implantation sur site réel. Enfin, un récif artificiel en géotextiles immergés est dimensionné et testé en canal pour deux projets industriels, afin d'en évaluer les coefficients de transmission.

En m'appuyant sur des mesures atmosphériques et à l'aide de la modélisation, je propose une nouvelle estimation du bilan du dihydrogène troposphérique (H2). Pendant mon stage de master, j'ai installé un chromatographe en phase gazeuse pour analyser les concentrations de H2 et CO sur les échantillons du réseau RAMCES. L'analyse des mesures in-situ à Gif-sur-Yvette permet d'estimer le dépôt de H2 dans le sol de cette région (0.027 cm s−1) et le ratio H2/CO (0.5) provenant des émissions dues au transport automobile. La haute tour de Trainou située près de la forêt d'Orléans (100 km au sud-ouest de Paris) a été instrumentée en octobre 2008 pour H2 et CO à trois hauteurs de prélèvement (50, 100 et 180 m), en mai 2009 pour 222Rn à 180 m et en avril 2010 pour 222Rn à 50 m. Avec trois hauteurs de prélèvement, les masses d'air locales à régionales sont échantillonnées. L'infl uence du traffi c n'est pas visible mais pendant l'hiver on observe des évènements pendant lesquels les concentrations de H2 et CO sont fortement corrélées. La vitesse moyenne de dépôt estimée avec la même méthode qu'à Gif-sur-Yvette atteint 0.026 cm s−1. Dans la partie modélisation, les mesures de la concentration de H2 au sein des réseaux RAMCES et EUROHYDROS ont été utilisées dans le système LMDz-SACS-PYVAR. Ce système permet d'optimiser l'estimation quantitative du bilan de H2 : le modèle de transport atmosphérique LMDz est couplé avec le système de chimie simpli fiée SACS et intégré dans le système d'inversion PYVAR. Plusieurs scénarios, impliquant la séparation progressive des sources et puits de H2 ont été testés pour optimiser les flux de H2 à l'échelle globale et européenne. La meilleure estimation du dépôt global de H2 atteint 59 ± 5 Tg an−1.

Les Installations de Stockage des Déchets Non Dangereux modernes nécessitent pour satisfaire les enjeux environnementaux, sanitaire et / ou économiques une gestion contrôlée des effluents liquides et gazeux. Le travail réalisé dans cette thèse porte sur la compréhension et la modélisation numérique des phénomènes de transferts de fluides avec une attention particulière pour les différents procédés mis en oeuvre durant l'exploitation des sites (injection de liquide, récupération de liquide et gaz). Pour chacune des trois applications étudiées, les phénomènes physiques majeurs sont identifiés ainsi que les échelles de temps et d'espace associées de manière à pouvoir proposer des versions simplifiées d'un modèle général. Ceci permet en particulier de renseigner ces modèles par des données principalement expérimentales. Un attachement particulier est porté au caractère hétérogène et déformable du matériau déchet. La description fine de l'injection de lixiviat nécessite une description de type double milieu associée à un modèle d'écoulements préférentiels. Ce type d'écoulement est peu favorable à une augmentation de l'humidité du milieu en conditions gravitaires. Concernant le pompage, le milieu semble réagir comme un milieu homogène mais un comportement hystérétique spécifique au matériau est mis en évidence. Enfin, la prise en compte de la déformabilité du déchet conduit à la prédiction d'une structure d'écoulement originale lors du captage de biogaz.

Les bouches de Bonifacio (Corse du Sud) sont connues pour leur hydrodynamisme violent et la présence d'écosystème marin riche et complexe, géré par une réserve internationale. Pour avoir une bonne connaissance des eaux où vit cette biomasse, des mesures in-situ (courantologiques et hydrologiques) ont été faites lors de 7 missions océanographiques (CYRCE). Grâce à des enregistrements de courant, par deux ADCP (profileurs de courants), l'un mouillé et l'autre embarqué sur le N/o Tethys II (INSU-CNRS), les conditions de courant régissant le milieu sont décrites, globalement et par l'étude de différents cas en relation avec les deux vents dominants (NE et SO). Le traitement statistique des données et leur intégration par un maillage numérique de la zone a permis une première approche des phénomènes majeurs du système des courants. Les données de température, salinité, oxygène dissous, turbidité et fluorescence ont montré les structures caractéristiques et leur variabilité dans l'espace et le temps. Enfin le modèle de simulation 3D Symphonie (laboratoire POC-CNRS-Toulouse) a été adapté aux bouches de Bonifacio sur près d'une année. Ce modèle, a d'abord élargi notre vision de la courantologie sur les parties non couvertes par les mesures in-situ, et permis de comparer les données réelles et simulées. De plus, des outils d'application du modèle, ont permis des simulations de la dispersion de larves à partir des cantonnements de réserve et de dilution de matière, par lâchers de traceurs virtuels et d'en suivre l'évolution sur plusieurs jours, sous différentes configurations.

Les stations atmosphériques de l'observatoire permanent de la radioactivité dans l'environnement mesurent depuis 1959 les niveaux d'activité de radionucléides naturels et artificiels dans les aérosols. Aujourd'hui, le Cs-137 (30.07 ans), radionucléide artificiel issu des essais nucléaires atmosphériques et de divers accidents, est encore mesuré, à l'état de traces dans les basses couches de l'atmosphère, bien qu'il n'existe plus de rejet significatif. Cette étude s'est intéressée à identifier et caractériser les processus qui expliquent sa rémanence. Les territoires fortement impactés par les retombées de l'accident de Tchernobyl sont apparus les principaux contributeurs à la rémanence atmosphérique du Cs-137 dans les aérosols prélevés en France. Dans ces régions, les incendies de forêt constituent le processus de remise en suspension du Cs-137 le plus significatif durant la saison sèche et à l'origine d'épisodes de transport longue distance. Il est estimé qu'annuellement de l'ordre de 1013 Bq de Cs-137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. En relation avec de fortes augmentations de la masse totale de particules en suspension, le Sahara est la seconde région contribuant à la rémanence du Cs-137 dans le compartiment atmosphérique au travers d'épisodes de transport de poussières sahariennes. Il est estimé que l'ensemble de ces évènements contribue en moyenne pour 1/3 du bruit de fond ambiant en Cs-137 à l'échelle de la France. Le dernier processus identifié est l'utilisation de bois comme moyen de chauffage durant l'hiver. Bien que le facteur d'émission de ce processus soit faible, l'étendue spatiale des régions sources et les quantités utilisées durant l'hiver font de ce processus un terme source significatif au regard des niveaux moyens à l'état de traces. A l'échelle de la France, de l'ordre de 1011 Bq de Cs- 137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. Durant cette saison, la diminution des conditions de ventilation dans les basses couches de l'atmosphère entraîne une élévation du niveau moyen tandis que les augmentations significatives de l'activité volumique sont dues à un transport longue distance en provenance de l'est de l'Europe.