Les variations climatiques et géomorphologiques, principaux moteurs de l'évolution récente du système aquifère du Bassin parisien, se traduisent par une modification des conditions aux limites dont la caractérisation et l'évaluation de l'impact hydrodynamique sont l'objectif de cette thèse. Une simulation transitoire des écoulements souterrains a ainsi été conduite sur les cinq derniers millions d'années à l'aide d'un modèle hydrogéologique 3D, sous l'action de forçages paléoclimatiques et géodynamiques. L'évolution du climat est issue de la mise en œuvre d'un modèle de circulation générale atmosphérique zoomé et la quantification des processus morphologiques, d'une méthode d'analyse des modèles numériques de terrain. La modélisation met en évidence des charges transitoires dans les aquitards et les aquifères profonds et des inversions de direction de drainance au sein du système à l'actuel, fonction du jeu de paramètres hydrodynamiques et du scénario climatique et géomorphologique.

Une approche pluridisciplinaire (tectonique, géomorphologie, géophysique, forage, datation 10Be...) a été entreprise afin de caractériser les déformations tectoniques récentes en Provence. Elle a consisté à comprendre la mise en place et l'évolution des structures potentiellement sismogènes, de quantifier les taux de déplacement plio-quaternaires, et d'étudier les relations entre tectonique et érosion dans ce type de contexte présentant une déformation lente. Si les déformations pliocènes à actuelles sont contrôlées par la dynamique de la chaîne alpine, les structures résultent essentiellement de la phase de déformation pyrénéo-provençale, de la fin du Crétacé à l'Eocène moyen ; la phase « alpine » d'âge Miocène étant exprimée essentiellement entre la faille de la Moyenne Durance et celle de Salon-Cavaillon (e.g. Luberon, Trévaresse...). Les vitesses de déplacements calculées grâce à la déformation de marqueurs géologiques et géomorphologiques résultant de la crise de salinité messinienne et/ou des cycles glacio-eustatiques quaternaires sont souvent inférieures à 0,1 mm/an. Cette déformation peut-être enregistrée par des marqueurs géologiques très récents, bien que la morphologie actuelle de la région soit contrôlée essentiellement par les processus d'érosion.

Les fluctuations du climat et du niveau marin, de plus ou moins grande amplitude, influencent le taux d’érosion sur le continent, le transport de sédiment vers l’océan et sa distribution vers le bassin profond. Les canyons sous-marins, structures érosives de premier abord, sont les zones de transfert privilégiées entre le plateau continental et le bassin profond. Peu d’études se sont concentrées sur la relation entre le remplissage des canyons, l’acheminement des sédiments et les variations du niveau marin. La chronologie de leur mise en place et de leur évolution aux échelles de temps géologiques restent également largement spéculatifs. Ce travail est consacré à la genèse des canyons sous-marins au Plio-Quaternaire sur les marges de l’Ebre et du Golfe du Lion, en Méditerranée occidentale. Cette genèse intervient après la crise de salinité messinienne, qui a conduit au démantèlement par érosion continentale des marges méditerranéennes. Après une initiation par érosion régressive au Pliocène, les canyons sous-marins connaissent un développement majeur lors de la mise en place des cycles climatiques de 100 ka au Quaternaire, en lien avec l’amplification des oscillations du niveau marin pouvant atteindre 150 m. L’utilisation et la comparaison de données sismiques (2D et 3D) de résolution et pénétration différentes, couplées à des calages chrono-stratigraphiques par forages, permettent de mettre en évidence le lien important entre les cycles climatiques de Milankovitch (principalement 100 et 41 ka) et l’architecture des têtes de canyons. Les changements rapides du climat et du niveau marin (cycles de Bond) ont également une influence importante sur le flux sédimentaire et les processus de transport, ainsi que sur la connexion/déconnexion avec les systèmes fluviatiles. / Climate and sea-level changes with various magnitudes control continental erosion, sediment transport and its delivery to the deep basin. Submarine canyons, that are erosional features at a first glance, are conduits for sediment transport from the continental shelf to the deep sea. Little studies focused on the relationship between canyon infill, sediment delivery and sea-level variations. The chronology of canyon development and evolution through geological time remains speculative. This thesis is dedicated to the understanding of the genesis of submarine canyons in the western Mediterranean Sea during the Plio-Quaternary. This period occurred after the major erosion of Mediterranean continental margins during the Messinian Salinity Crisis. Canyons were initiated by retrogressive erosion during the Pliocene. They further developed in relation with the amplification of sea-level changes during the Quaternary (up to 150 m). The results are based on a large range of 2D and 3D seismic data resolution and chrono-stratigraphic constraints. The stratigraphic signature of Milankovitch (mainly 100 and 40 ka) is revealed within canyon heads. Rapid climate and sea-level changes (Bond Cycles) have also a distinct signature by controlling the type and amount of sediment delivered in canyon heads, and the connection/disconnection with fluvial systems.

Dans les Landes de Gascogne, le fonctionnement de la nappe phréatique superficielle plio-quaternaire est très liée au fonctionnement de la végétation subjacente. Pour comprendre la variabilité à l'échelle du paysage de la productivité de ces forêts, il est important de passer de l'échelle de la parcelle à celle du bassin versant. La mise en place d'un dispositif de suivi de type bassins versants jumelés à l'échelle de petits bassins versants forestiers situés dans le Massif Landais : les bassins versants du Tagon (Biganos) et du Bouron (Belin-Beliet) a permis le suivi hydrologique et piézométrique de la nappe plio-quaternaire. Le dispositif inclut une modification du couvert végétal par l'occurrence de deux tempêtes successives à 10 ans d'intervalle. La collecte de données cartographiques, numériques et statistiques a permis une reconstitution de l'usage des terres et des classes d’âges des peuplements forestiers, pour la période 1984- 2010 sur les deux bassins versants. Cette reconstitution a ainsi permis de retrouver l'évolution des stocks de carbone et de biomasse des peuplements pour les deux sites expérimentaux et de quantifier l'impact d'une tempête sur l'organisation paysagère des peuplements (âge et variabilité). Le lien entre les forêts de Pin maritime et la nappe phréatique plio-quaternaire a été mis en évidence par : (1) l'étude de la croissance des arbres pour des sites où la profondeur de la nappe était contrastée, au travers d'une étude dendrologique et (2) l'analyse d'oscillations journalières sur les séries chronologiques des fluctuations demi-horaires du niveau phréatique, qui peuvent être attribuées à l’évapotranspiration journalière. La compréhension des liens entre variables hydroclimatiques et quantité de bois produite, i.e. largeur de cerne, de manière rétrospective, a permis d'identifier les facteurs de variabilité et les facteurs limitants pour chaque type de site, en lien avec la profondeur de la nappe superficielle. L’analyse des chroniques piézométriques a mis en lumière l'importance des prélèvements journaliers dans la vidange de l'aquifère. La dernière partie de ce travail pose les bases d'une future modélisation couplée végétation-nappe pour le bassin versant du Bouron. La reconstitution spatiale du fonctionnement de la nappe phréatique a été entreprise en régime stationnaire puis en régime dynamique avec le modèle NEWSAM de l'Ecole des Mines de Paris. Les facteurs expliquant le fonctionnement de l'aquifère et les flux d'eau à l'échelle de la petite région sont identifiés. L'effet de la recharge, issue du modèle de végétation pour le Pin maritime GRAECO, est en particulier testé, via une étude de sensibilité, en relation avec les différences de recharge induites par les différents types de couverts, et en particulier, l'âge des peuplements. Les points clefs à améliorer sont identifiés afin de perfectionner les modèles utilisés, et de reproduire de façon réaliste le fonctionnement de petits bassins versants dans la région. / In the Landes de Gascogne area, the functioning of the shallow plio-quaternary water-table is tightly linked with the functioning of the top vegetation. In order to understand the variability of forest productivity at the landscape scale, there is a need to move forward the stand scale to the watershed scale. Part of this study was to setup hydrological equipment of paired-watershed, representative of the forested plain in the Leyre watershed, considering water-table level and hydrologic measurement. The selected sites were the Bouron watershed (Belin-Beliet) and the Tagon watershed (Biganos), which were contrastingly impacted by two storms within the last 10 years. The land-cover cartography was obtained with satellite, in-situ and statistical data, on a retrospective basis, accross the 1984-2010 period. Those maps give the evolution of the land use and the Pinus pinaster stand age. The reconstitution of the age structure thought time, converted to carbon and biomass stock, are showing the impact of a storm, comparing the control watershed to the damaged one. The link between forests and water-table was explored on : (1) the growth of trees developing in sites with contrasted water-table levels, by way of dendrological measurement and (2) the analysis of diurnal oscillation on the water-table level signal, attributed to vegetation removal. The understanding of the link between hydroclimatic data and wood production, i.e., ring width, shows that limitating factors should not be the same across different sites. In particular, water-table deeper than 3 meter is not a determinant resource for growth, but nutriment may be more limitating at those sites. On the other side, discharge of the water-table cannot be dissociated to evapotranspiration reprise. Oscillations in the diurnal signal of water-table level shows that this removal can be determinant, and deeper than expected according to the vegetation cover. The last part of this work build the basis of a future model, representing the coupling between vegetation and water-table at the watershed scale. The dynamic of the aquifer was simulated in permanent and transient state with the NEWSAM hydrogeological model (Ecole des Mines, Paris). Different processes were identified as key factor to explain water-table functioning, such as recharge effect, zone vadose impact and surface drainage. The recharge effect, coming from GRAECO, was particularly tested, thought a sensitivity analysis, in relation with growing proportion of young forest stand (less than 5 years old). Points to improve and refine are identified in order to perfect the two models used here.