Dans le cadre de la gestion de la ressource en eau, la connaissance des hétérogénéités des nappes alluviales représente un enjeu primordial. Ce travail de thèse, qui s’inscrit dans le programme du PIREN-Seine, s’est intéressé à la plaine alluviale de la Bassée, à l’amont de Paris, la plus large plaine alluviale de la Seine.Cette plaine alluviale joue le rôle d’une zone tampon contrôlant les flux entre le réseau de surface et un aquifère régional. Connaître les hétérogénéités sédimentaires est primordial pour la compréhension des écoulements et fait l’objet de ce travail.L’architecture à l’échelle kilométrique des dépôts alluviaux et la chronologie des nappes associées est établie. La géométrie du contact nappe-substrat, une vallée incisée, est estimée par krigeage. Une restitution paléo-hydrologique s’appuie sur les paléo-tracés préservés en surface des nappes alluviales. L’architecture fine des dépôts est restituée à partir de données de sondages converties en propriétés pétrophysiques et d’imagerie géoradar.La plaine de la Bassée correspond à deux terrasses étagées (Saalien terminal et Weichsélien) dans lesquelles sont emboîtées deux autres terrasses (Tardiglaciaire et Holocène).L’estimation de la géométrie du contact alluvions-substrat suggère la présence d’une rupture de pente liée à une érosion régressive durant le Weichsélien. Les faciès des différentes nappes sont assez semblables et dominés par des dépôts de forte perméabilité (sables et graviers). De faibles valeurs de perméabilités sont associées aux faciès de colmatage de chenaux et dépôts en masse.Les résultats obtenus sur la plaine de la Bassée méritent d’être confrontés et validés sur des affluents de la Seine (Marne, Yonne, Oise…) afin de proposer un modèle cohérent à l’échelle du bassin. / In the scope of water resource management, the characterization of alluvial plain architecture and heterogeneity represents a challenge. This PhD work which is part of the PIREN-SEINE program focuses on largest alluvial plain of the River Seine, “La Bassée”, located upstream of Paris.This alluvial plain can be considered as a buffer layer that controls the water fluxes between the fluvial system and the regional aquifers. Determining the sedimentary heterogeneities is essential for the comprehension of fluxes, this is the aim of this work.Kilometric scale architecture of the alluvial deposits and the associated alluvial sheets chronology are established. The geometry of the sheet-bedrock contact, an incised valley, is estimated by kriging interpolation. A paleohydrological restitution is based on the paleochannels preserved at the top of the alluvial sheets. The fine scale architecture of deposits is restored from sampling data converted into petrophysics properties and ground-penetrating radar acquisitions.The alluvial plain of La Bassée corresponds to two terraces (terminal Saalian and Weichselian) in which two other terraces are staircased (Late Glacial and Holocene).The estimated sheet-bedrock contact geometry suggests the presence of a knick-point related to a regressive erosion during the Weichselian. Sedimentary facies are very similar from one alluvial sheet to another, and are dominated by high permeability deposits (sand and gravel). Low permeability facies are associated to channel plugs and mass transport deposits.The infilling model of La Bassée region obtained in this study should be compared and validated on the River Seine tributaries (Marne river, Yonne river, Oise river…) to propose a coherent model at the basin scale.

La cité d'Alexandrie s'est développée sur un cordon littoral étroit, baigné au sud par le Maryut, lagune du delta du Nil qui s'est trouvée ainsi au coeur de l'économie industrielle et commerciale de la cité et de son arrière-pays depuis l'antiquité jusqu'à aujourd'hui. Dans ce riche contexte géo-archéologique, l'objectif de cette thèse de géomorphologie littorale a été de proposer une clef de lecture environnementale de l'histoire de l'occupation de la région du Maryut. L'analyse bio-sédimentologique des archives sédimentaires datées au radiocarbone, ainsi que la mesure du rapport isotopique du strontium dans des coquilles d'ostracode ont été utilisées pour reconstituer l'évolution hydrologique et géographique de la lagune à l'Holocène. La dépression du Maryut est transgressée par la mer vers 7,5 ka cal. BP. Les apports du Nil deviennent ensuite progressivement dominant dans le budget hydrologique, parallèlement à la progradation du littorale deltaïque. A partir de 5,5 ka cal. BP, nos données décrivent le retour progressif de conditions marines dominantes, associées à la réduction des débits du Nil, dans le contexte de la terminaison de la Période Africaine Humide. Cette lagune marine apparaît pérenne jusque 3ka cal BP, puis, dans le courant du 3ème millénaire BP, les intrants nilotiques redeviennent prépondérant. Ensuite, les archives sédimentaires et les données historiques disponibles décrivent une histoire environnementale contrastée est apparue corrélée à des phases de dynamisme et de récession agricole et met en évidence, selon nous, l'impact croissant des pratiques d'irrigation sur le fonctionnement du Maryut, situé en terminaison de la chaîne hydraulique. / The ancient city of Alexandria was founded upon a narrow beach ridge, washed by the Maryut to the south. This Nile delta lagoon has been at the heart of the industrial and commercial economies of the city from Antiquity through to present day. Against the backdrop of this rich geoarchaeological context, the aim of this coastal geomorphology thesis is to elucidate the environmental history of the Maryut region.We have reconstructed the hydrological and geographical evolution of the lagoon during the Holocene using: (1) bio-sedimentology of radiocarbon-dated sediment archives; and (2) strontium isotopes in ostracod shells. The Maryut basin was transgressed by the sea around 7.5 ka cal. BP. Progressively, Nile inputs became dominant in the lagoon's hydrological budget, concomitant with the coastal progradation of the delta. After 5.5 ka cal. BP, our data attest to a gradual return to dominant marine conditions, which we link to a reduction in Nile flow in the context of the end of the African Humid Period. This marine lagoon seems to have been perennial until 3 ka cal. BP before Nile inflow became dominant, from the 3rd millennium BP until 0.8-0.9 ka cal. BP. The sediment archives and the historical data support an important retraction of the waterbody around 1 ka cal. BP, recorded by evaporite deposits. This was followed by a new highstand around 0.7 ka cal. BP before a retraction centred on 0.3-0.2 ka cal. BP. Since around 2000 years, this contrasting environmental history is correlated with phases of agriculture peaks and recessions and shows the increasing impact of irrigation practices on the functioning of the Maryut, located at the end of the hydrological conveyor.

Ces travaux de recherche proposent une approche expérimentale pour étudier les capacités de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection des zones humides dans le sous-sol des régions arides terrestres et martiennes et la cartographie géologique de leur proche subsurface. En particulier, l'analyse phasimétrique d'images SAR (bande L) de la Dune du Pyla nous a permis de mettre en évidence un comportement particulier de la différence de phase copolaire, lié à la présence d'une zone humide dans la subsurface. Afin d'interpréter et de modéliser ce phénomène, nous avons développé un modèle analytique de diffusion simple, de type IEM, complété par une expression analytique du terme de diffusion par réflexion multiple. Simulant avec succès le phénomène observé, notre modèle confirme que le signal de phase est généré par le profil d'humidité des structures enfouies occasionnant une composante de diffusion par réflexion multiple. Il a également été montré que ce signal de phase copolaire permet la détection d'interfaces humides à des profondeurs plus importantes que celles autorisées par l'analyse des indicateurs radiométriques classiques. Participant au programme Terrestrial Analog to Mars de la NASA, nous avons également travaillé à la définition des performances d'un système SAR orbital en bande P pour la détection d'humidité dans la proche subsurface de la planète Mars, au moyen de la phase radar. Incluant un terme de diffusion de volume, notre précédent modèle IEM montre que la présence d'hétérogénéités dans les premiers mètres de la croûte martienne pourrait altérer les performances de la différence de phase copolaire pour la détection d'humidité en terme de profondeur d'investigation. Néanmoins, nos résultats de simulations indiquent qu'un tel système SAR, exploitant la phase copolaire, autoriserait la détection de l'humidité et son suivi à l'échelle saisonnière jusqu'à des profondeurs de 3 mètres dans les régions présentant un contexte géologique favorable i.e. une faible concentration de diffuseurs de surface et de proche subsurface. Au-delà de la détection d'humidité des sols, nous avons également cherché à mettre en évidence l'apport de l'imagerie radar pour les applications de cartographie d'interfaces géologiques à grande échelle au moyen de systèmes radar orbitaux. L'analyse polarimétrique de données SIR-C/XSAR pour la Mauritanie a permis de montrer le potentiel de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection de structures géologiques de surface ainsi que pour la cartographie de la paléo-hydrologie de la proche subsurface en contexte aride. En particulier, nos résultats ont montré que les données polarimétriques fournissent non seulement des éléments d'information sur les mécanismes de diffusion mis en jeu, mais permettent également de différencier les structures de surface par la rugosité qu'elles occasionnent, des structures de subsurface par la diffusion de volume qu'elles génèrent.

Ces travaux de recherche proposent une approche expérimentale pour étudier les capacités de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection des zones humides dans le sous-sol des régions arides terrestres et martiennes et la cartographie géologique de leur proche subsurface. En particulier, l'analyse phasimétrique d'images SAR (bande L) de la Dune du Pyla nous a permis de mettre en évidence un comportement particulier de la différence de phase copolaire, lié à la présence d'une zone humide dans la subsurface. Afin d'interpréter et de modéliser ce phénomène, nous avons développé un modèle analytique de diffusion simple, de type IEM, complété par une expression analytique du terme de diffusion par réflexion multiple. Simulant avec succès le phénomène observé, notre modèle confirme que le signal de phase est généré par le profil d'humidité des structures enfouies occasionnant une composante de diffusion par réflexion multiple. Il a également été montré que ce signal de phase copolaire permet la détection d'interfaces humides à des profondeurs plus importantes que celles autorisées par l'analyse des indicateurs radiométriques classiques. Participant au programme Terrestrial Analog to Mars de la NASA, nous avons également travaillé à la définition des performances d'un système SAR orbital en bande P pour la détection d'humidité dans la proche subsurface de la planète Mars, au moyen de la phase radar. Incluant un terme de diffusion de volume, notre précédent modèle IEM montre que la présence d'hétérogénéités dans les premiers mètres de la croûte martienne pourrait altérer les performances de la différence de phase copolaire pour la détection d'humidité en terme de profondeur d'investigation. Néanmoins, nos résultats de simulations indiquent qu'un tel système SAR, exploitant la phase copolaire, autoriserait la détection de l'humidité et son suivi à l'échelle saisonnière jusqu'à des profondeurs de 3 mètres dans les régions présentant un contexte géologique favorable i.e. une faible concentration de diffuseurs de surface et de proche subsurface. Au-delà de la détection d'humidité des sols, nous avons également cherché à mettre en évidence l'apport de l'imagerie radar pour les applications de cartographie d'interfaces géologiques à grande échelle au moyen de systèmes radar orbitaux. L'analyse polarimétrique de données SIR-C/XSAR pour la Mauritanie a permis de montrer le potentiel de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection de structures géologiques de surface ainsi que pour la cartographie de la paléo-hydrologie de la proche subsurface en contexte aride. En particulier, nos résultats ont montré que les données polarimétriques fournissent non seulement des éléments d'information sur les mécanismes de diffusion mis en jeu, mais permettent également de différencier les structures de surface par la rugosité qu'elles occasionnent, des structures de subsurface par la diffusion de volume qu'elles génèrent.

Ces travaux de recherche proposent une approche expérimentale pour étudier les capacités de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection des zones humides dans le sous-sol des régions arides terrestres et martiennes et la cartographie géologique de leur proche subsurface. En particulier, l'analyse phasimétrique d'images SAR (bande L) de la Dune du Pyla nous a permis de mettre en évidence un comportement particulier de la différence de phase copolaire, lié à la présence d'une zone humide dans la subsurface. Afin d'interpréter et de modéliser ce phénomène, nous avons développé un modèle analytique de diffusion simple, de type IEM, complété par une expression analytique du terme de diffusion par réflexion multiple. Simulant avec succès le phénomène observé, notre modèle confirme que le signal de phase est généré par le profil d'humidité des structures enfouies occasionnant une composante de diffusion par réflexion multiple. Il a également été montré que ce signal de phase copolaire permet la détection d'interfaces humides à des profondeurs plus importantes que celles autorisées par l'analyse des indicateurs radiométriques classiques. Participant au programme Terrestrial Analog to Mars de la NASA, nous avons également travaillé à la définition des performances d'un système SAR orbital en bande P pour la détection d'humidité dans la proche subsurface de la planète Mars, au moyen de la phase radar. Incluant un terme de diffusion de volume, notre précédent modèle IEM montre que la présence d'hétérogénéités dans les premiers mètres de la croûte martienne pourrait altérer les performances de la différence de phase copolaire pour la détection d'humidité en terme de profondeur d'investigation. Néanmoins, nos résultats de simulations indiquent qu'un tel système SAR, exploitant la phase copolaire, autoriserait la détection de l'humidité et son suivi à l'échelle saisonnière jusqu'à des profondeurs de 3 mètres dans les régions présentant un contexte géologique favorable i.e. une faible concentration de diffuseurs de surface et de proche subsurface. Au-delà de la détection d'humidité des sols, nous avons également cherché à mettre en évidence l'apport de l'imagerie radar pour les applications de cartographie d'interfaces géologiques à grande échelle au moyen de systèmes radar orbitaux. L'analyse polarimétrique de données SIR-C/XSAR pour la Mauritanie a permis de montrer le potentiel de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection de structures géologiques de surface ainsi que pour la cartographie de la paléo-hydrologie de la proche subsurface en contexte aride. En particulier, nos résultats ont montré que les données polarimétriques fournissent non seulement des éléments d'information sur les mécanismes de diffusion mis en jeu, mais permettent également de différencier les structures de surface par la rugosité qu'elles occasionnent, des structures de subsurface par la diffusion de volume qu'elles génèrent.