La glace de mer Arctique connaît actuellement de profondes mutations dans sa structure et sa variabilité. Le déclin récent de la couverture estivale de glace de mer Arctique, qui a atteint un nouveau record en septembre 2012, a relancé l'intérêt stratégique de cette région longtemps oubliée. La prévision de glace de mer à l'échelle saisonnière est ainsi un problème d'océanographie opérationnelle qui pourrait intéresser nombre d'acteurs économiques (pêche, énergie, recherche, tourisme). De plus, en tant que conditions aux limites pour l'atmosphère, la glace de mer peut induire une prévisibilité de l'atmosphère à l'échelle saisonnière, au même titre que les anomalies de température de surface de l'océan sous les tropiques. Nous présentons dans cette thèse la construction d'un système de prévisions saisonnières dédié à la glace de mer Arctique avec le modèle couplé CNRM-CM5.1, développé conjointement par le CNRM-GAME et le CERFACS. Nous passons en revue la stratégie d'initialisation, la réalisation et l'évaluation des hindcasts (ou rétro-prévisions). La communauté dispose d'observations de concentration de glace de mer, mais de très peu de données d'épaisseur à l'échelle du bassin. Afin d'initialiser la glace de mer et l'océan dynamiquement et thermodynamiquement, nous avons choisi d'utiliser la composante océan-glace de mer de CNRM-CM5.1, NEMO-GELATO. L'initialisation consiste à forcer NEMO-GELATO avec les champs météorologiques issus de la réanalyse ERA-Interim, sur la période 1990-2010. Des corrections appliquées aux forçages basées sur des observations satellitaires et in-situ nous permettent d'obtenir une bonne simulation de l'océan et de la glace de mer en terme d'état moyen et de variabilité interannuelle. L'épaisseur reste néanmoins sous-estimée. Quelques propriétés de prévisibilité intrinsèque de la glace de mer Arctique sont ensuite présentées. Une étude de prévisibilité potentielle diagnostique nous a permis de distinguer deux modes de prévisibilité de la glace de mer à l'aide du volume et de la structure sous-maille d'épaisseur. Un " mode de persistance " concerne la prévisibilité de la couverture d'hiver. La surface de glace de mars est potentiellement prévisible à 3 mois à l'avance par la seule persistance, et dans une moindre mesure à l'aide des surfaces couvertes par la glace relativement fine. Un " mode de mémoire " concerne la prévisibilité de la couverture estivale. La surface de glace de septembre est potentiellement prévisible jusqu'à 6 mois à l'avance à l'aide du volume et surtout de la surface couverte par la glace relativement épaisse. Ces résultats suggèrent donc qu'une bonne initialisation du volume et de la structure d'épaisseur en fin d'hiver permettrait une bonne prévisibilité des étendues de fin d'été. Les prévisions d'été et d'hiver présentent des scores particulièrement encourageants, que ce soit en anomalies brutes ou en anomalies par rapport à la tendance linéaire. Cela suggère une prévisibilité liée à l'état initial et non aux forçages externes imposés. L'analyse des prévisions d'été montre que le volume et les structures d'épaisseur de l'état initial expliquent l'essentiel des différentes prévisions, ce qui confirme l'existence du " mode de mémoire " malgré un fort biais radiatif. L'analyse des prévisions d'hiver suggère que l'étendue initiale explique une partie des différentes prévisions, un indice du " mode de persistance " des prévisions hivernales. Une analyse régionale des prévisions d'hiver permet de préciser le rôle de l'océan dans ces prévisions, et montre dans quelle mesure nos prévisions pourraient être utilisées de manière opérationnelle, notamment en mer de Barents

Dans les milieux fortement hétérogènes, les ondes ne se propagent pas de façon balistique. Elles peuvent interagir de nombreuses fois avec les hétérogénéités du milieu et entrer ainsi dans le régime de diffusion multiple. Dans ce régime, les méthodes classiques d'imagerie basées sur les trajets des ondes directes ou simplement diffusées sont inefficaces. Les formes d'ondes multiplement diffusées (coda) sont trop complexes pour être modélisées exactement mais elles sont parfaitement reproductibles et très sensibles aux variations du milieu de propagation. Des travaux récents ont démontré la possibilité de mesurer de faibles changements de vitesse d'un milieu grâce aux ondes diffuses, à l'échelle de la croûte terrestre (coda sismique) comme à l'échelle des matériaux (coda ultrasonore). Ces travaux s'intéressent majoritairement à des changements globaux ou régionaux des différents milieux. La problématique de cette thèse concerne la possibilité d'utiliser la coda pour étudier des changements locaux du milieu. Deux études complémentaires sont développées : Le problème direct consiste à modéliser les variations de la coda engendrées par un changement local. Nous distinguons le cas d'un changement local de structure (fort contraste d'impédance) du cas d'un changement local de vitesse (faible contraste d'impédance). Le problème inverse consiste à utiliser les mesures de variations de la coda pour tenter de localiser et de caractériser les changements survenus. Les applications potentielles de ces travaux concernent entre autres le suivi temporel de structures géologiques ainsi que le contrôle non destructif de matériaux hétérogènes. Avec cet objectif, les différentes méthodes développées sont illustrées par des simulations numériques d'ondes acoustiques et sismiques ainsi que par des expériences en ultrasons dans des éléments en béton.

Nous avons tenté, dans une première partie, de rassembler les connaissances géologiques sur la région en apportant nos propres observations et les hypothèses qui peuvent en découler. En second lieu, à partir de l'étude des caractéristiques hydrogéologiques des formations rencontrées, nous avons essayé de dresser le bilan hydrologique du plateau. Enfin, dans une conclusion générale, nous avons associé les problèmes économiques à ceux que posent la recherche de l'eau.

Les systèmes méandriformes construisent, à long terme, des architectures sédimentaires composées de corps poreux disséminés dans un volume de sédiments peu perméables. Ces corps sont susceptibles de contenir des ressources naturelles. Afin d'optimiser leur exploitation, il importe d'estimer la répartition et la connectivité de ces corps. À cet effet, Mines-Paristech développe Flumy, un logiciel de modélisation par processus de ces architectures . Cette thèse vise à améliorer la simulation de la migration dans Flumy en introduisant une influence.Pour cela, trois différents modèles ont été reliés entre eux et comparés. Le premier (modèle à pente constante) est celui actuellement en place dans Flumy, héritier des travaux de [Ikeda 1981] et dans lequel la pente de la surface du cours d'eau est constante. Le deuxième (modèle à pente variable) fut proposé par [Lopez 2003]. Il attribue à la surface libre la pente locale de la topographie. Enfin, un dernier modèle (modèle Saint Venant) a été élaboré en modifiant le précédent. L'écoulement moyen, initialement calculé sous une surface libre connue, est désormais obtenu par résolution des équations de Saint Venant sur un fond connu. Ces trois modèles ont été appliqués à la migration à long terme de méandres libres. Les modèles à pente constante et à pente variable ont également été utilisés pour reproduire les méandres confinés de deux rivières canadiennes, la Beaver et la Red Deer.Les résultats montrent un développement plus réaliste des méandres simulés avec le modèle à pente variable que de ceux simulés avec le modèle à pente constante. Cette amélioration est observable dans les méandres isolés (ralentissement de la vitesse d'extension) et dans les trains de méandres (confinement en ceintures de méandres). Le modèle à pente variable permet également une meilleure reproduction de la morphologie des méandres confinés. L'utilisation du modèle Saint Venant apporte les mêmes améliorations dans la simulation des méandres libres, quoique moins prononcées. Il permet surtout de construire une surface libre physique sur une grande variété de fonds, résolvant ainsi une limite identifiée dans le modèle à pente variable.

Dans le cadre de la recherche de planètes extrasolaires et de naines brunes, cette thèse innove en se focalisant sur le cas d'étoiles naines de type spectral A et F, plus chaudes que le Soleil. J'ai développé une nouvelle méthode de mesure de vitesses radiales, que j'ai testée puis appliquée lors de recherches systématiques avec les spectrographes ELODIE et HARPS, qui a abouti pour le moment à la découverte de deux planètes et d'une naine brune, et de nombreux candidats. J'ai aussi développé des diagnostics de la présence de pulsations ou d'activité affectant la surface stellaire et les vitesses radiales mesurées. J'ai aussi conduit cette recherche en imagerie directe à haute résolution angulaire, en utilisant les instruments PUEO et NACO. Les compagnons candidats détectés doivent être confirmés. Cette recherche permettra d'établir les caractéristiques des planètes et naines brunes autour d'étoiles A et F, et l'influence de la masse de l'étoile-hôte sur les processus de formation.

La mission spatiale internationale Mars96 devait emporter vers la planète rouge un aérostat développé en France par le CNES. Le guiderope métallique de cet aérostat devait contenir un radar de sondage de la subsurface jusqu'au kilomètre de profondeur. La mission du ballon sur Mars96 a été reportée puis annulée. Ce mémoire présente et discute l'essentiel des développements de ce nouvel instrument radar, certaines parties spécifiques et originales sont détaillées. L'évaluation de performance, l'étude de la dynamique des signaux avec adaptation de l 'instrument, et l'évaluation de la quantité d'information disponible terminent ce mémoire.

Le développement durable est un concept de plus en plus répandu, mais les enjeux entourant sa définition et sa mesurabilité suscitent encore beaucoup de discussions. La définition la plus fréquemment utilisée du développement durable reste celle du Rapport Brundtland, publié en 1987. Il n'existe toutefois pas encore de consensus sur les moyens d'atteindre le développement durable et sur les indicateurs pouvant l'évaluer. En effet, l'internationalisation du concept de développement durable a encouragé la création d'un ensemble de nouveaux indicateurs pour mesurer le niveau de progrès atteint par un État. Or, la grande divergence qui existe entre les résultats des différents indicateurs peut parfois laisser les chercheurs perplexes quant à l'utilité même du concept de développement durable. Nous soutenons que le concept de durabilité et ses interprétations sont en mesure de permettre une évaluation des indicateurs de développement durable et qu'il existe une corrélation entre le degré de durabilité d'un indicateur et les résultats qu'il produit. Afin de tester cette hypothèse, nous présentons une grille d'analyse pour évaluer, selon la durabilité, quatre des principaux indicateurs de développement durable, soit l'empreinte écologique, l'indice de la planète heureuse (IPH), l'indice de bien-être (IB) et l'index de performance environnementale (IPE). Ce test qualitatif nous permet de différencier de manière systématique les quatre indicateurs, selon leur durabilité. Finalement, une étude comparative des résultats des quatre indicateurs pour le Canada nous permet de tester cette méthode d'analyse et d'en vérifier les conclusions. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Développement durable, Brundtland, empreinte écologique, indice de planète heureuse, indice de bien-être, index de performance environnementale, indicateur environnemental.

L'objectif de la recherche est l'etude de l'evolution morphogenique et du detritisme alluvial dans le bassin de la moyenne Durance. Plusieurs methodes sont utilisees : l'analyse geomorphologique et sedimento-stratigraphique des depots ; l'etude dendrogeomorphologique d'un bassin de "terres noires" dans lequel les sediments postglaciaires contiennent un gisement important d'arbres subfossiles; l'etude geo-archeologique de plusieurs sites de plaine alluviale ; l'exploitation des donnees d'archives (textes et cartes anciennes). Les organismes fluviaux de rang inferieurs connaissent un alluvionnement important a partir de l'Allerod jusqu'a la periode atlantique, l'essentiel de la sedimentation s'effectuant au boreal. Plusieurs crises detritiques sont mises en evidence, au debut du dryas recent, a la fin du preboreal, au boreal et au debut de l'atlantique. Elles succedent a des periodes de stabilite des fonds alluviaux, de developpement d'un couvert vegetal arborescent de pins sylvestres (pinus silvestris) (bois subfossiles). Ces nappes alluviales temoignent de crises climatiques caracterisees par une frequence elevee d'episodes pluvieux de forte intensite. Nos resultats s'accordent bien avec les interpretations paleoclimatiques recentes. La periode atlantique est caracterisee par une phase de pedogenese sur les versants, une attenuation de la sedimentation dans les talwegs puis une reprise de l'incision. Cette evolution temoigne d'une reduction des flux detritiques et d'une concentration des ecoulements en relation avec un "optimum forestier" et des regimes de precipitation plus reguliers. Enfin, plusieurs nappes alluviales se mettent en place au cours de la seconde partie de l'holocene, a la charniere de l'atlantique et du subboreal, au cours des ages des metaux (age du fer), a la fin de l'antiquite et durant les temps modernes. Elles sont en relation avec des deteriorations climatiques et les effets des modes de mise en valeur par les societes humaines. Cette etude souligne le role souvent determinant de la variable climatique dans l'evolution de la morphogenese fluviale sud-alpine, le parametre anthropique ne jouant qu'un role subsidiaire.

Les injections de CO2 à l'échelle industrielle, dans les aquifères salins profonds, vont affecter le système naturel en induisant des perturbations des gradients de pression à court et à moyen terme.Des études prévisionnelles sont nécessaires pour évaluer les risques de contamination (fuites de CO2, déplacement des fluides natifs) et les risques d'interférences entre projets d'injection ou entre utilisations du sous-sol.Les aquifères salins étant généralement peu caractérisés, les incertitudes géologiques sont à considérer lors de l'étude de faisabilité du stockage et des risques associés puisque les paramètres géologiques influencent la réponse du système à l'injection.Nous nous sommes intéressés aux incertitudes résultantes en termes de prévisions de perturbations de pression et de migration de CO2 et à leurs conséquences sur la faisabilité des projets de stockage.Dans un premier temps, les incertitudes de modélisation (changement d'échelle, résolution de la variabilité spatiale des propriétés pétrophysiques) et géologiques (propriétés pétrophysiques de la formation d'injection et de la couverture) ont été étudiées sur des modèles 2D conceptuels. L'objectif étant de balayer les champ d'incertitudes pour des modèles peu coûteux en temps de calcul, pour ensuite, réduire les évaluations à effectuer dans le cadre de la modélisation 3D régionale du système souterrain et y appliquer des méthodes simplifiées, validées en deux dimensions.Des centaines de réalisations stochastiques sont utilisées pour évaluer l'influence de la variabilité spatiale de la perméabilité. Pour limiter le nombre de simulations d'écoulement à effectuer, des méthodes de sélection de réalisations, à partir de "proxy-response" (i.e. approximation de la réponse par une méthode de calcul simplifiée) ont été testées et validées.Ensuite, les modèles 3D sont construits à partir des données d'un modèle hydrogéologique du bassin parisien. Différents scénarios d'injection sont envisagés. La sensibilité de la réponse est étudiée principalement par rapport à la variabilité spatiale de la perméabilité et à la compressibilité des pores. Cette dernière étape permet de mieux appréhender les risques d'interférences en fonction des incertitudes majeures, d'une part des paramètres géologiques, et d'autre part des paramètres physiques liés à l'injection.

Le processus de retrait-gonflement des sols argileux est à l'origine des dommages au bâti durant les périodes de sécheresse. Dans cette thèse, les processus de retrait-gonflement de deux formations de sol argileux en France qui sont les Argiles Plastiques du Sparnacien et l'argile d'Héricourt du Lias sont étudiés à différentes échelles et différents états (intact, remanié, compacté et traité à la chaux) en considérant spécialement le rôle de la microstructure. Pour ce faire, une partie de la recherche est réalisée sur la caractérisation des sols étudiés pour analyser leurs propriétés minéralogiques, microstructurales, géotechniques et hydriques par rapport à leur propriété de retrait-gonflement. La deuxième partie de la recherche est consacrée à l'analyse des processus de gonflement, de retrait, de fissuration des sols au cours d'un cycle simple ou de cycles répétés d'humidification-séchage à l'échelle de l'éprouvette. Les processus de retrait-gonflement de sol à une échelle plus grande sont étudiés dans la troisième partie en réalisant les essais d'infiltration et d'évaporation dans une chambre environnementale. Les résultats obtenus mettent en évidence les différences de comportement au retrait-gonflement pour différents états des sols étudiés. Les minéraux argileux ainsi que le quartz, les carbonates et des hydrates, mais aussi la microstructure des sols contrôlent ces phénomènes de retrait-gonflement lors des échanges hydriques. Tous les changements de volume de sol argileux au cours de gonflement-retrait sont gouvernés principalement par la famille de pores inter-agrégats naturels. Ces résultats sont apportés par les analyses microstructurales porosimétriques et au MEB.