Les tourbières boréales stockent une grande quantité de carbone (C) par l'accumulation de la matière organique qui excède sa décomposition. Les changements climatiques anticipés pourraient induire un important retour de ce C dans l'atmosphère. Il est donc nécessaire d'obtenir des estimations précises quant à la distribution et le bilan du C stocké dans les tourbières. La plupart des études quantifiant les stocks de C ont été réalisées à l'échelle régionale en utilisant un nombre restreint de valeurs. Cette étude a permis d'évaluer le bilan de C d'une tourbière de la région d'Eastmain (baie James) en tentant d'éliminer l'incertitude d'un sous échantillonnage par l'utilisation de relevés au géoradar. Le géoradar est un outil de prospection géophysique basé sur la propagation d'ondes électromagnétiques dans le sol et dont la réflexion/diffraction du signal est largement contrôlée par la distribution du contenu en eau. La prospection au géoradar a permis d'obtenir des profils continus des principales unités stratigraphiques d'une tourbière ombrotrophe de 2,2 km2. Pour cette recherche, plus de 10 km de profils géoradar ont été récoltés. L'interprétation et la validité des profils ont été basées sur des données de terrain (e.g. épaisseur manuelle de tourbe, stratigraphie des carottes, tranchée de 10 m, mesures de conductivité électrique, mesures de la profondeur de la nappe phréatique et mesures de permittivité électrique en laboratoire) et des analyses paléostratigraphiques (e.g. perte au feu, macrorestes et description Tröels-Smith). Trois grands changements ont été identifiés sur les profils : (a) le contact organique/minéral, (b) la transition minérotrophe/ombrotrophe et (c) l'accumulation post Petit Âge Glaciaire. Ces résultats ont été interpolés afin de modéliser en 3D les différentes couches stratigraphiques sur l'ensemble de la tourbière et calculer la masse totale de C. L'emploi du géoradar a permis de calculer avec plus de précision le volume total de tourbe et d'appliquer des valeurs distinctes (e.g. densité sèche, teneur en matière organique) à chacune des unités pour le calcul de la masse globale de carbone. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tourbières boréales, Géoradar, Bilan de carbone, Interpolations, Baie James.

L'évaluation de la stabilité des falaises est complexe, du fait de l'incertitude des mécanismes de rupture et de la méconnaissance de l'état de fracturation interne du massif. Les méthodes géophysiques permettent d'obtenir de l'information sur la structure interne du massif. Le radar géologique a montré son efficacité pour détecter et caractériser les fractures. Plusieurs profils radar (réflexion, transmission, CMP) sont testés sur deux falaises verticales calcaires proches de Grenoble. La combinaison de profils verticaux et horizontaux permet de mieux contraindre la géométrie 3D du réseau de fractures. Les analyses de vitesses radar, déduites des acquisitions CMP, permettent de caractériser directement les larges fractures ouverture en profondeur. La tomographie radar fournit une image 2D de l'intérieur du massif, mais avec une trop faible résolution. Dans une gamme de fréquences donnée, la détection de fractures par le radar va dépendre de l'ouverture et du remplissage, qui contrôlent le coefficient de réflexion. Une stratégie de caractérisation des fractures est proposée en utilisant la sensibilité fréquentielle de la réflectivité. L'inversion des coefficients de réflexion radar, basée sur un algorithme de voisinage, permet de retrouver les paramètres caractéristiques des fractures modélisées. La méthode du rapport spectral entre un signal réfléchi (mesuré) et un signal de référence (connu), permet de calculer facilement le coefficient de réflexion. Une étude numérique 2D (FDTD) est menée pour le choix du signal de référence. L'inversion des coefficients de réflexion radar synthétiques est testée pour une configuration de fracture ouverte rencontrée sur le terrain.

Ce mémoire traite de la contribution des méthodes géophysiques à la détection et à la cartographie des cavités souterraines de la Médina de Béni-Mellal. Il s'inscrit dans un projet de réhabilitation de la Médina, à l'initiative de l'Agence Urbaine de Béni-Mellal et des autorités municipale, régionale et nationale. La méthodologie mise en œuvre est celle proposée dans le Guide technique élaboré par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées de Nantes (2004). Le premier chapitre pose le problème des cavités, dites "Khefs", en relation avec l'histoire et la géographie de la médina. Le second chapitre traite des phases d'étude préliminaires à l'application de la géophysique. Une étude critique des documents et rapports antérieurs et des visites d'affleurements géologiques et de cavités, ont modifié profondément les hypothèses sur l'origine et la nature des cavités. Contrairement à ce qui a souvent été dit et écrit, il n'y a aucune cavité d'origine naturelle liée à la karstification. Il s'agit de cavités creusées par l'homme dans des matériaux détritiques et lacustres pour en extraire les matériaux de construction de la médina elle-même, sous la forme d'exploitation classique de type "chambres et piliers". La dégradation des cavités est également liée à l'activité anthropique. Le troisième chapitre traite du choix des méthodes géophysiques mises en œuvre et présente les résultats de trois d'entre elles. La sismique réfraction n'est pas recommandée. La tomographie électrique et l'électromagnétisme en champ proche sont en revanche recommandés. Sept exemples de profils de tomographie 2D sont présentés, qui montrent clairement la présence d'anomalies résistantes attendues : leur toit est situé entre 0,50 m et 1, 50 m de profondeur ; leur extension latérale est inférieure à 5m. Cinq profils et 2 cartes électromagnétiques démontrent la capacité à cartographier les variations de la géologie superficielle et la sensibilité aux contacts verticaux entre les vides et les matériaux détritiques en place. Le quatrième chapitre présente les résultats obtenus avec le radar géologique sur une zone expérimentale de la médina. Des exemples spécifiques sont extraits des 270 profiles qui ont été enregistrés, avec une antenne de 400 MHz pour la totalité et une antenne de 200 MHz pour quelques uns. Les résultats ont été contrôlés par 17 forages. La confirmation est satisfaisante : 7 forages ont rencontré les vides tel que prévu, 2 les ont rencontrés à une profondeur supérieure à la profondeur d'investigation, 5 ont mis en évidence un réflecteur géologique comme prévu, 2 n'ont rencontré aucun réflecteur comme prévu et enfin pour 1 seul d'entre eux, le forage destructif n'a pas permis d'identifier le réflecteur attendu. Un début d'étude sur les traces et sur les spectres, en particulier les spectres glissants, semble ouvrir des voies prometteuses pour une interprétation des radargrammes, avec un nombre limité de forages ultérieurs. Le cinquième chapitre présente une synthèse des résultats et répond notamment aux questions posées par les directeurs du projet. Une carte de toutes les cavités détectées par l'ensemble des techniques est présentée. Il y en a près de 200. Aucune zone de la Médina n'est épargnée. En revanche, cette présence n'interdit pratiquement aucun projet d'aménagement ou d'urbanisme. A chaque usage d'un lieu, un traitement spécifique est proposé, dont le coût devrait rester faible par comparaison avec celui de la construction elle-même. Des propositions sont également faites concernant les réseaux, en bon accord avec des solutions de principe proposées précédemment par des bureaux d'étude compétents. En bref, les cavités passent du statut de danger inéluctable et imprévisible, à celui d'éléments apprivoisés de la vie de la médina.

La compréhension des écoulements préférentiels dans la zone non saturée en fond de bassins d’infiltration est une condition préalable à une gestion optimale de ces ouvrages. Le basin d’infiltration étudié repose sur un dépôt fluvioglaciaire hétérogène constitué d’un lithofaciès majoritaire contenant des lentilles de sable et de gravier. Une étude géophysique (radar) a permis de caractériser cette hétérogénéité sédimentologique le long de radar-grammes (sections de quelques mètres de profondeurs et de plusieurs dizaines de mètre de long). Les écoulements ont été modélisés pour toutes ces sections ainsi qu’une section fictive remplie uniquement du lithofaciès majoritaire (témoin) et pour divers évènements pluvieux type incluant une chronique météorologique complète. Les résultats montrent clairement que l'hétérogénéité lithologique a un effet significatif sur l’écoulement avec la mise en place d’écoulements hétérogènes du fait de phénomènes de barrière capillaire au niveau des lentilles de sable et de gravier en non-saturé. Cet effet se répercute sur les chemins de l’eau dans le dépôt et sur les flux en surface (infiltration et ruissellement). Les résultats montrent aussi que cet effet dépend fortement de la section considérée. La variabilité spatiale de l’hétérogénéité lithologique induit donc une variabilité spatiale des écoulements préférentiels. Certains paramètres architecturaux et géométriques relatifs à l’hétérogénéité lithologique ont été proposés pour expliquer l’effet de l’hétérogénéité lithologique sur les écoulements préférentiels, de sorte à proposer une première tentative de modélisation des écoulements à méso-échelle. / Understanding preferential flows in the vadose zone is a prerequisite for a proper management of infiltration basins. The studied infiltration basin lies on a strongly heterogeneous glaciofluvial deposit made of a predominant lithofacies that embeds lenses of sand and gravel. Geophysics (GPR) were used to characterize the lithological heterogeneity along radar-grammes (sections few meters deep and dozens of meters long). Flow was modelled for all these sections and compared to a synthetic section filled only with the predominant lithofacies (control). Numerical results show that, under unsaturated conditions, the lithological heterogeneity has a strong impact on flow with the establishment of preferential flows induced by capillary-barrier effects in the vicinity of lenses of sand and gravel. These effects have also consequences on water fluxes at surface (infiltration and runoff) and depend strongly on the section considered for numerical modelling. It can thus be concluded that the spatial variability of lithological heterogeneity induces a spatial variability of preferential flow. Geometrical and architectural parameters were defined to quantity lithological heterogeneity and link it to preferential flows, with the aim to propose a first step towards modelling flow in the basin at the meso-scale. / O entendimento do fluxo na zona não saturada em formações heterogêneas é um prérequisito para uma gestão adequada de poluentes em bacias de infiltração inseridas nessas formações. Este estudo aborda o efeito da heterogeneidade litológica nos processo de escoamento numa bacia de infiltração com geologia inserida num depósito fluvioglacial. A bacia de infiltração é a Bacia Django Reinhardt, existente em Lyon. Esta bacia foi objeto de vários estudos que demonstraram algumas avaliações do impacto da heterogeneidade do solo. Os objetivos desses trabalhos foram todos baseados apenas no estudo sedimentológico de uma trincheira. Nenhum estudo abordou a potencial variabilidade espacial dos atributos do solo. Neste trabalho, foi modelizado o fluxo na zona vadosa através de três casos: drenagem interna, infiltração de água durante um evento de precipitação pluviométrica constante e solicitação hidrológica a partir de um fluxo variável escoamento superficial. Estes cálculos foram realizados para várias seções, que foram previamente caracterizadas quanto a sua heterogeneidade estrutural usando a técnica não destrutiva do GPR com uma frequência de 200MHz e 100MHz. O comportamento hidráulico dessas seções foi comparado com a de uma seção homogênea. Foi comparada o efeito da resolução da imagem nas estimativas das variáveis de fluxo. Alguns indicadores arquiteturais, geométricos e texturais foram propostos para esclarecer e avaliar a variabilidade espacial do efeito da heterogeneidade do solo sobre o fluxo em condições não saturadas. Os resultados mostram claramente que a heterogeneidade gera impactos nas variáveis de fluxo em condições não saturadas. Os impactos dependem da seção considerada.Os resultados mostram também que: a) a heterogeneidade estrutural do subsolo na meso-escala apresenta um efeito sobre a geração de escoamento preferencial e isso independe do tipo de solicitação aplicada na seção; b) O efeito da heterogeneidade se mostrou independentende das condições de contorno aplicadas na superfície; c) Nos períodos de ocorrência de chuvas intensas quem controla o comportamento das variáveis de fluxo é a intensidade de precipitação. No entanto, nos períodos em que ocorre ausência de precipitação, as variáveis de fluxo são controladas pela heterogeneidade da zona não saturada; d) A utilização de diferentes frequências influencia na estimativa das variáveis de fluxo. Isso é decorrente do impacto na quantificação da heterogeneidade decorrente do efeito da resolução de cada antena; e) Os indicadores não apresentaram relação direta com as variáveis de fluxo estudadas. Isso demonstra que o efeito da heterogeneidade não pode ser explicado por um único fator, mas por um conjunto de fatores.