Les écosystèmes côtiers sont soumis à de nombreuses perturbations entraînant la modification de leur structure et de leur fonctionnement. Afin d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique dans ce processus, et ainsi mieux prédire l'évolution de ces écosystèmes, il est nécessaire d'appréhender la variabilité de certains paramètres (température de l'océan, productivité biologique, apports de contaminants, etc.) avant toute influence anthropique majeure. Les mesures instrumentales de ces paramètres étant assez récentes, la reconstruction de la variabilité des écosystèmes côtiers avant la révolution industrielle ne peut se faire que par l'utilisation de proxies incorporés dans différents types d'archives.<br />Ce travail de thèse porte sur l'utilisation de la coquille de Comptopallium radula, un mollusque bivalve tropical de la famille des Pectinidae, pour reconstruire la variabilité de l'environnement dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie, un écosystème sous l'influence de diverses perturbations (réchauffement climatique, urbanisation, exploitation minière). Cette étude repose sur la comparaison de données géochimiques archivées dans la coquille de ce pectinidé au cours de sa vie, avec plusieurs variables physiques, chimiques et biologiques mesurées dans le lagon (suivi environnemental hebdomadaire). L'objectif de cette approche est de calibrer et de mettre en œuvre différents proxies climatiques et environnementaux.<br />Des marquages à la calcéine, effectués in situ sur des individus juvéniles, ont tout d'abord permis de démontrer que les stries de croissance présentes à la surface externe de la coquille de C. radula se forment avec une périodicité de 2 jours.<br />Des analyses isotopiques (δ18O et δ13C) ont ensuite été effectuées à partir de micro-échantillons de calcite prélevés le long de l'axe de croissance maximale de 6 coquilles juvéniles. Connaissant la périodicité de formation des stries, une date calendaire a pu être attribuée avec précision à chacun de ces prélèvements (résolution hebdomadaire). Nos résultats démontrent que les variations ontogéniques du δ18Ocalcite permettent de reconstruire les variations de la température de l'eau avec une précision de 1 °C. Quant à la composition isotopique du carbone (δ13Ccalcite), elle ne peut pas être utilisée comme proxy de la production primaire pélagique. Ses variations sont vraisemblablement contrôlées par le métabolisme benthique (sédiment et coraux).<br />Suite à ces analyses isotopiques, des analyses élémentaires ont été effectuées sur les mêmes coquilles à l'aide d'un système d'ablation laser couplé à un spectromètre de masse à plasma induit (LA-ICP-MS). Nos résultats démontrent que C. radula, au travers des concentrations en métaux dans sa coquille, ne peut être utilisé comme outil de bio-surveillance des apports en métaux dans le lagon : les variations ontogéniques de ces concentrations reflètent probablement les variations temporelles haute-fréquence des flux de métaux à l'interface eau-sédiment. Quant au baryum et au molybdène, leurs concentrations coquillières pourraient être utilisées comme proxies des biomasses de diatomées et de diazotrophes, respectivement.<br />Cette étude démontre donc le potentiel considérable de la coquille de C. radula comme archive eulérienne haute-fréquence de la variabilité climatique et environnementale dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Elle met également en lumière l'importance des processus benthiques sur l'incorporation des signaux géochimiques dans la matrice calcitique de la coquille. Son utilisation en tant qu'outil paléocéanographique est désormais conditionnée par la découverte de gisements fossiles de l'espèce.

La prévision des phénomènes de pollution atmosphérique est l'objectif central de la campagne ESCOMPTE-2001, qui s'est déroulée durant l'été 2001 dans la région très hétérogène de Marseille/Fos/Berre. Cet objectif nécessite une bonne compréhension et prise en compte, par les modèles numériques de physico-chimie, des processus physiques intervenant dans la Couche Limite Atmosphérique (CLA), au sein de laquelle s'effectuent le transport et la diffusion des polluants émis en surface.<br />Dans le cadre de la campagne ESCOMPTE-2001, ce travail de thèse est consacré à l'étude de la basse troposphère en période de brise de mer, situation météorologique défavorable à la qualité de l'air des zones côtières. Il a permis notamment de mettre en évidence une oscillation de l'intensité de la brise de mer et des compétitions de brises de mer locales et régionales, qui modifient le temps d'advection de l'air marin sur la surface terrestre et ont donc des répercussions importantes sur le développement de la CLA et sa concentration en polluants. Ces travaux s'appuient principalement sur le réseau de quatre radars profileurs de vent UHF mis en place sur la zone côtière de Marseille/Fos/Berre, permettant une description en trois dimensions et en continu dans le temps des écoulements de brises de mer et de la CLA.<br />Pour les besoins de cette étude phénoménologique, des développements méthodologiques sont apportés sur la mesure des propriétés turbulentes de la CLA par les radars UHF (termes du bilan de l'énergie cinétique turbulente) et sur leur utilisation en réseau pour l'étude de la trajectographie de panaches de polluants.

Les aérosols atmosphériques consistent en un mélange hétérogène de particules de différentes natures. La technique MEB-EDS permet de caractériser à la fois morphologiquement et chimiquement la fraction particulaire de l'aérosol à l'échelle de la particule individuelle. Pour rendre l'analyse représentative, un système de pilotage de la platine combiné avec un logiciel d'analyse d'image permet d'examiner en mode automatisé des milliers de particules par échantillon. Le développement de détecteurs X dotés de fenêtres minces, qui limitent l'absorption des éléments de faibles numéros atomiques, permet la détection du carbone, de l'azote et de l'oxygène, éléments très abondants dans les échantillons environnementaux. Pour bénéficier de ce progrès technologique rendant faisable l'analyse qualitative étendue à C, N, O, il convient en premier lieu d'optimiser le choix du substrat de collection des particules, afin que sa contribution spectrale soit différenciable de celle de la particule. A cette fin, une procédure de fabrication de plaquettes de bore a été mise au point. Par ailleurs, la technique MEB-EDS n'est pas standardisée pour l'analyse élémentaire quantitative de particules micrométriques dont le volume est plus petit que le volume d'interaction. Les performances d'un programme de quantification inverse par simulation des trajectoires électroniques au sein des particules par la méthode de Monte Carlo ont été évaluées pour des particules modèles de tailles comprises entre 0,25 et 10 µm. L'ensemble de la procédure analytique a permis d'atteindre des justesses estimées à +/-8,8% d'erreur relative moyenne, C, N et O compris.

Le développement d'une méthode objective pour détecter les fronts thermiques de surface sur une base de données de onze ans d'images AVHRR, a permis d'étudier les variations d'amplitude et de position des fronts de surface. Dans la région de collision Brésil-Malouines, un seul front est observé avec les images AVHRR et de couleur de l'eau. Ce front pivote autour d'un point fixe (39.5°S, 53.5°W) entre une orientation NS en hiver et NW-SE en été. La division de l'Atlantique Sud-Ouest en régions biophysiques est étudiée avec une méthode de réseau de neurones et avec une méthode basée sur des histogrammes, les données étant des moyennes de température de surface de la mer (SST), gradient de SST et couleur de l'eau. La variabilité du courant qui entoure l'élévation du Zapiola est étudiée à l'aide de données in-situ (flotteurs ARGO et hydrologie de la campagne WOCE A11) et altimétriques. Un mécanisme de forçage par les tourbillons, qui pourrait expliquer la variabilité observée, est discuté.

Pour modéliser en trois dimensions la pollution photooxydante, les schémas chimiques utilisés sont nécessairement réduits. Ils décrivent typiquement l'oxydation des COV dans l'atmosphère au travers d'une centaine d'espèces environ. Ces réductions dépendent alors des objectifs pour lesquels le schéma chimique a été développé.<br />L'apparition récente de modèles numériques de chimie-transport multi-échelles pose le problème de l'utilisation de schémas chimiques réduits développés pour une échelle particulière pour les appliquer à la modélisation simultanée de plusieurs échelles spatiales.<br /><br />L'objectif de ce travail était de développer et d'évaluer une chaîne d'écriture automatique de schémas explicites et réduits pour l'étude de la pollution photooxydante aux différentes échelles. La méthode a consisté tout d'abord à développer un outil permettant l'écriture de schémas explicites d'oxydation des COV, puis, à évaluer, par rapport à cette référence, les biais induits par les réductions de schémas chimiques.<br /><br />Pour pallier les problèmes liés au développement de schémas chimiques, nous avons développé un générateur automatique de schémas chimiques explicites pour l'oxydation des COV dans la troposphère. Cet outil, repose sur l'état des connaissances actuelles en terme de réactivité et mécanismes réactionnels. Il permet l'écriture de l'ensemble des réactions impliquées dans l'oxydation d'un composé primaire depuis son initiation jusqu'à son oxydation totale en CO2 et H2O.<br /><br />Un schéma chimique de référence a été construit, à l'aide du générateur, pour une soixantaine de COV primaires représentatifs des COV émis dans la troposphère par les activités anthropiques et naturelles. Il décrit leur oxydation au travers de plus de deux millions de réactions et fait intervenir 350000 espèces.<br /><br />Trois méthodes de réduction ont été testées pour réduire la dimension de ce schéma : (i) la mise en place d'opérateurs, basés sur le caractère redondant des étapes inorganiques de l'oxydation des COV, (ii) le regroupement des espèces primaires de réactivités proches et (iii) le remplacement des espèces secondaires par des espèces modèles. A l'issue de ces réductions, un schéma chimique, suffisamment réduit pour être implémenté dans un modèle 3D de chimie-transport, a été obtenu. A partir de tests effectués avec un modèle de boîte sur une large gamme de scénarios typiques de la troposphère, nous avons montré que ce schéma permet de reproduire la chimie de l'ozone et des oxydants dans les différentes situations troposphériques, depuis les milieux pollués jusqu'aux atmosphères éloignées des sources.<br /><br />Le caractère automatique des procédures mises en oeuvre pour écrire des schémas chimiques explicites et réduits permet la <br />remise à jour rapide de ces schémas. Cette chaîne automatique constitue surtout un outil particulièrement adapté aux études de processus en permettant d'effectuer facilement le marquage de certaines voies de réaction.

Certains composés organiques volatiles (COV) sont émis dans l'atmosphère par l'activité naturelle <br />de la végétation et des océans. Ces espèces, dites biotiques, peuvent être soumises à diverses agressions dans l'atmosphère.<br />Ce travail de thèse a pour objet l'étude de la dégradation chimique diurne de trois COV biotiques : <br />l'isoprène, le MBO et le sabinène. Ces derniers ont été choisis pour l'abondance de leurs émissions <br />ainsi que la méconnaissance de leur réactivité chimique.<br />Plusieurs aspects de la réactivité de ces composés ont été envisagés :<br />Tout d'abord la cinétique et les mécanismes de leurs réactions avec l'ozone et avec le radical OH, <br />Puis la réactivité chimique de leurs propres composés de dégradations dans l'atmosphère afin d'obtenir une vision la plus complète possible de la chaîne de dégradation de ces trois espèces.<br />Ce travail a ainsi permis de contribuer à une meilleure prévision de l'impact atmosphérique de ces trois composés particulièrement importants pour les régions rurales et péri­urbaines.

Dans le but de prédire les mouvements sédimentaires en environnements côtiers, l'interaction entre les particules et la turbulence doit être mieux comprise. Bien que des études précédentes aient démontré l'importance des échelles de turbulence sur le transport sédimentaire pour les écoulements de type "courant", il n'existe que très peu de travaux sur les écoulements de houle et courant superposés. Le but de cette thèse, menée d'un point de vue expérimental en canal à houle et/ou courant, est donc d'apporter de nouvelles informations permettant de mieux caractériser l'action de la houle sur les échelles de turbulence, lesquelles influencent les mouvements particulaires. Pour cela, nous avons, dans un premier temps, étudié par Vélocimétrie Laser les échelles de turbulence produites à l'aval d'une grille dans un écoulement à surface libre type "courant continu". Dans la seconde partie de nos expériences, nous avons superposé une houle monochromatique à ce courant. A l'aide d'une nouvelle technique de corrélation, l'action de la houle sur les échelles de turbulence a pu être étudiée. Nos résultats mettent principalement en valeur une modulation de la turbulence par la houle que nous avons pu caractériser pour différentes périodes et amplitudes de houle. La principale conclusion de ce travail est que, pour traiter des problèmes de transport sédimentaire en milieu côtier ou estuarien, une variation temporelle de la taille des échelles de turbulence doit être prise en compte.

Les aérosols perturbent l'équilibre radiatif de la Terre via leurs effets directs (diffusion et absorption du rayonnement solaire) et indirects (interaction avec les nuages). La perturbation anthropique sur le climat liée aux émissions d'aérosols est du même ordre de grandeur que celle liée aux gaz à effet de serre, mais bien moins connue. Pour améliorer notre connaissance de cette perturbation, il est nécessaire de mieux connaître la distribution spatio-temporelle des aérosols. En effet, la description des sources et du transport dans les modèles d'aérosols reste incertaine et l'information fournie par les satellites est incomplète (pas de détection en présence de nuages, pas d'information sur la distribution verticale ou sur la nature chimique). De plus, les campagnes de mesures sont localisées dans l'espace et dans le temps. Mon travail de thèse vise à améliorer la connaissance des distributions d'aérosols via l'assimilation de mesures spatiales dans un modèle de transport. On combine ainsi les informations apportées par la mesure spatiale (épaisseur optique) avec celles du modèle (type de particules attendues, distribution verticale). Dans cette étude, les données de l'instrument spatial POLDER sont assimilées dans le modèle LMDz-INCA. Les résultats montrent tout l'intérêt d'utiliser l'ensemble de l'information disponible. Dans beaucoup de régions, cette méthode a permis d'améliorer notre connaissance des distributions (en termes de réduction des erreurs RMS). Un exemple d'application à l'étude de l'effet indirect des aérosols est montré.

Ce travail pluridisciplinaire a pour objectif d'étudier la distribution et la remobilisation du plutonium (Pu) dans les sédiments situés face à l'embouchure du Rhône. Les isotopes 238Pu et 239,240Pu introduis dans le Rhône sont principalement issus des rejets d'effluents faiblement radioactifs effectués par l'usine de retraitement de Marcoule, située à 120 km de l'embouchure du Rhône. Etant données sa très forte affinité pour la phase particulaire et sa longue période radioactive, le 238Pu présente un intérêt particulier en tant que traceur anthropique du devenir des apports solides du Rhône en Méditerranée. Au cours de ce travail, les 3 campagnes REMORA ont permis d'échantillonner spécifiquement les sédiments du prodelta du Rhône et du plateau continental du golfe du Lion. Des mesures d'émetteurs alpha ont permis d'obtenir une première cartographie détaillée des concentrations des isotopes du Pu dans les sédiments situés face au Rhône. L'étude couplée du 137Cs et des isotopes du Pu a permis d'estimer pour la première fois les inventaires en plutonium de la zone étudiée. En 2001, les stocks sédimentaires de Pu sont estimés à 92 ± 7 GBq en 238Pu et 522 ± 44 GBq en 239,240Pu, pour une aire d'environ 500 km2. Le prodelta du Rhône joue un rôle essentiel dans la séquestration du plutonium puisqu'il piège à lui seul environ 50 % de ces stocks sur une aire de 100 km2. La remobilisation du plutonium a été appréhendée par des expériences originales de remise en suspension en canal à courant linéaire. Pour les sédiments du golfe du Lion et un stress hydrodynamique donné, les flux potentiels de remobilisation atteignent au maximum 0,08 Bq.m-2.h-1 en 238Pu et 0,64 Bq.m-2.h-1 en 239,240Pu. En parallèle, des mesures ADCP de courant et de houle ont été réalisées au printemps 2002 pour étudier in situ la dynamique sédimentaire du prodelta du Rhône. Ces mesures mettent en évidence le rôle prépondérant des houles de Sud-est dans l'érosion des sédiments prodeltaïques et dans leur exportation en direction du Sud-Ouest. Un premier bilan sur le devenir du plutonium indique qu'au minimum 85 % du plutonium rejetés par l'usine de Marcoule, au cours des quarante dernières années, sont actuellement piégés dans les sédiments situés face à l'embouchure du Rhône. Le remobilisation du plutonium est un phénomène potentiellement important mais la dispersion des sédiments contaminés serait relativement limitée dans l'espace. Ces résultats suggèrent alors une faible exportation du matériel particulaire originaire du Rhône vers l'ensemble du plateau continental du golfe du Lion et vers le bassin Nord méditerranéen.

L'objet de cette thèse est l'étude du comportement des anomalies de salinité de surface (SSS) dans l'Atlantique. On étudie leurvariabilité aux échelles de temps interannuelles à décennales, leur réponse aux principaux modes de variabilité atmosphérique dans l'Atlantique Nord et leur lien avec la circulation océanique de grande échelle. Etant donné le manque d'observations de SSS sur des longues périodes et à l'échelle du bassin, le travail est essentiellement basé sur des simulations globales couplées. Dans la première partie de la thèse, la dynamique proprement dite des anomalies de SSS est analysée grâce à deux simulations couplées en conditions de contrôle étudiées successivement: le run SINT EX (ECHAM4-OPA8) et le run de contrôle du Bergen Climate Model (ARPEGE-MICOM). Nos résultats montrent que l'advection par les anomalies de courants d'Ekman est en moyenne au moins aussi efficace que le flux d'eau douce pour générer des anomalies de SSS aux échelles de temps intrasaisonnières. Ceci a pu être confirmé dans les observations. Une fois créées, les anomalies de SSS sont relativement persistantes car elles ne sont pas amorties par les flux atmosphériques, au contraire des anomalies de température de surface. Elles sont donc plus fortement influencées par les courants moyens et par la variabilité géostrophique. En fait, ces deux facteurs dominent les changements de SSS à basse fréquence sur la majorité du bassin. En utilisant un outil de calcul de trajectoires lagrangiennes, on a pu suivre en particulier la propagation d'anomalies de SSS le long des courants océaniques moyens pendant au moins 5 ans. L'analyse a été effectuée aussi bien localement que pour la réponse aux principaux modes de variabilité atmosphérique dans l'Atlantique Nord comme l'Oscillation Nord-Atlantique (NAO) et l'East Atlantic Pattern. Les résultats sont similaires. Dans la deuxième partie de la thèse, la variabilité de la circulation méridienne en moyenne zonale est analysée dans le Bergen Climate Model. L'intensification de la convection profonde dans les hautes latitudes de l'Atlantique Nord force une accéleration de la circulation méridienne moyenne avec un délai de 5 ans environ. L'influence de la NAO sur la convection profonde est également mise en évidence mais le lien entre la NAO et la c irculation méridienne se fait principalement par action mécanique du vent et n'est détectable qu'aux échelles de temps interannuelles. Le Pacifique tropical influence quant à lui la variabilité basse fréquence de la circulation méridienne moyenne dans le modèle. Le phénomène El Ni~no crée des anomalies positives de salinité dans l'Atlantique tropical. Celles-ci sont advectées en une trentaine d'années dans les hautes latitudes de l'océan At lantique Nord où elles semblent forcer une accélération de la circulation méridienne moyenne en contribuant à la déstabilisation de la colonne d'eau.