Dans des contextes semi-arides et fortement anthropisés la caractérisation et la quantification des transferts de polluants dans les eaux de surface et vers la mer est importante à appréhender pour aider à une meilleure gestion de la ressource en eau dans un contexte de changements environnementaux. Sur le Nord-africain notamment la difficulté d’obtenir des données en quantité et qualité suffisante est difficile. La présente étude s’intéresse aux mécanismes de transfert des nitrates et des sédiments à l’échelle du bassin versant de la Tafna (7200 km2) et des plus grands fleuves de l'Afrique du Nord par une approche couplant les mesures in situ et le modèle SWAT (Soil and Water Assessment Tool). La partie in situ a permis de quantifier la quantité de nitrates apportée par les différents exutoires des sous bassins de la Tafna. Elle a aussi mis en évidence la contribution du bassin versant à l’eutrophisation de la Méditerranée tout en mesurant les quantités de nitrates acheminées vers les eaux marines. Les résultats ont mis en évidence les facteurs qui influent sur les flux et les concentrations en nitrates et notamment l’occupation du sol et les barrages ont une grande influence sur les flux de nitrates dans la Tafna. Les stations d’étude ont été classées selon un gradient d’eutrophisation, les stations amont présentant de fortes concentrations en nitrates, elles s’opposent aux stations avals. Les résultats de simulation sur la période 2003 à 2011 ont montré qu’une grande partie de l'eau de surface de la Tafna provient du ruissellement de surface (59%) et du flux latéral (40%), alors que la contribution des eaux souterraines est insignifiante (1%). La Tafna transfère une quantité annuelle moyenne de 2942 t.an-1 de sédiment vers la mer entre 2003 et 2011. SWAT a montré aussi que les cinq barrages de la Tafna stockent une grande quantité de sédiments, plus de 27 000 t.an-1 (90% des sédiments transportés par la Tafna). Le modèle reproduit aussi le flux de nitrates dans les stations de mesure entre 2003 et 2011. La Tafna transporte une quantité moyenne annuelle de 37 à 86 tN.an-1 jusqu'à la Méditerranée. Sur la base de ces résultats, l’approche de modélisation a pemis d’effectuer un changement d’échelle vers les grands bassins du nord-africain. La simulation a montré que les barrages de la Tafna stockent une quantité importante de nitrates [80 à 486 tN.an- 1], qui représente en moyenne 62% de la quantité totale de nitrates transportée annuellement par le fleuve. L’application du modèle sur les plus grands fleuves d'Afrique du Nord, Moulouya (55 860 km2), Tafna (7 200 km2), Chélif (44 694 km2) Oued el Kbir-Rhumel (8824 km2) et Medjerda (23 213 km2) a permis de représenter les flux d'eau, de sédiments et de nitrate. Les fleuves de cette région transportent une quantité de sédiments de 706 .103tan-1 vers la Mer ou le fleuve Oued Kbir-Rhumel qui contribue à la plus grande quantité (55%).Le flux de nitrates transportés vers la mer est de 5330 tN.an-1, le fleuve Moulouya qui contribue à la plus grande quantité (32%). Les barrages de cette région stockent une grande quantité de sédiments (98%) et de nitrates (39%) transportés par les fleuves vers la Méditerranée.

Les avantages de la gestion intégrée de l'eau sont connus depuis des années, mais ces approches sont devenues plus importantes que jamais. Cela est reconnu dans l'objectif 6 des 17 objectifs de développement durable des Nations Unies. En ciblant à la fois l'eau potable et l'assainissement, cet objectif demande une approche intégrée car il reconnaît leur interdépendance. Cette thèse vise à faire progresser le domaine de la modélisation intégrée de l'eau, et en particulier en ce qui concerne les matières en suspension. Les émissions globales de l'assainissement ont gagné en intérêt puisque les normes de qualité de l'eau sont étendues de la station de récupération des ressources de l'eau au réseau d'égout. La modélisation intégrée permet d'évaluer les interactions et d'estimer les émissions en plus des mesures de la qualité de l'eau (encore) rares. Les particules peuvent être considérées comme un indicateur de la qualité de l'eau couvrant la pollution particulaire, mais aussi les matières organiques, les nutriments et les substances telles que les micro-polluants hydrophobes. L'approche de modélisation choisie est conceptuelle, pour ses calculs rapides, et basée sur la distribution de la vitesse de décantation des particules, partout où la décantation et la remise en suspension sont les processus caractéristiques. L'approche est complétée par d'autres modèles pour couvrir le système du bassin versant jusqu'à la station de récupération des ressources de l'eau. Un modèle intégré nécessite de nombreuses données. Pour une collecte de données efficace, premièrement, une procédure est établie pour construire un modèle conceptuel d'égout à partir d'un modèle hydraulique détaillé. Deuxièmement, une méthodologie de conception expérimentale optimale est adaptée à l'environnement complexe des égouts pour une campagne de mesure de la qualité de l'eau. L'utilité de l'approche de la distribution de la vitesse de décantation des particules est ensuite démontrée en calibrant et en validant le modèle pour une site pilote. Une procédure est élaborée pour tenir compte de l'incertitude des paramètres et de la variabilité des données d'entrée an d'identifier des points de contrôle ables. La procédure est utilisée pour la réduction d'émission des particules, facilitée par le calcul rapide du modèle car plusieurs analyses de sensibilité sont demandées. Le dernier chapitre termine la thèse par l'évaluation pratique des stratégies visant à réduire les émissions globales. La thèse fait ainsi progresser le domaine de la modélisation intégrée des particules et fournit en même temps des procédures qui permettent de surmonter les obstacles généraux à la modélisation en mettant l'accent sur la collecte de données fiables et efficaces, la modélisation ainsi que l'optimisation. / The advantages of integrated water management have been known for decades, but are more than ever important. This is acknowledged in goal six of the 17 sustainable development goals of the United Nations. By targeting both clean water as well as sanitation, this goal is inherently asking for an integrated approach since it recognizes their interdependence. This dissertation aims at advancing the eld of integrated water systems modelling in general, and in particular with respect to suspended solids. Overall emissions from the integratedurban wastewater system have gained interest since water quality standards are increasing lyextended from the water resource recovery facility to the sewer system. Integrated modelling allows evaluating interactions and estimating overall emissions complementary to the not (yet) abundant water quality measurements. For this evaluation suspended solids can be seen asan indicator for the receiving water quality covering particulate pollution as such, but also undesired organic matter, nutrients and substances such as hydrophobic micropollutants. The modelling approach chosen is conceptual, due to its rapid calculations, and based on the particle settling velocity distribution wherever settling and resuspension are the characteristic processes of suspended solids. The approach is extended with complementary models to coverthe integrated system from the catchment down to the water resource recovery facility. The development of an integrated model however requires vast data sets. First, for efficient data collection a procedure is established to build a fast conceptual sewer model from its detailed hydraulic counter part. Second, an optimal experimental design methodology is adapted to the challenging sewer environment for the efficient planning of a water quality measurement campaign. The usability of the particle settling velocity approach is then shown by calibrating and validating the model for a case study. A procedure is developed to consider parameter uncertainty and input variability to identify reliable control handles. The procedure is appliedfor the abatement of total suspended solid, facilitated by the comparably low computational demand of the model, as the procedure asks for multiple global sensitivity analyses. The last chapter closes the dissertation with the practical application of evaluating different strategies to reduce the total suspended emissions to the receiving water. The dissertation thus advances the eld of integrated modelling for particulates and at the same time provides procedures which overcome barriers general to modelling focusing on reliable and efficient data collection,as well as optimization.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016 / Des données bathymétriques à haute résolution acquises à l'aide d’un sonar multifaisceaux et d’un interféromètre ont permis de cartographier pour la première fois la géomorphologie subaquatique des lacs Pentecôte, Walker et Pasteur, trois fjords lacustres profonds et rapprochés sur la Côte-Nord (Est du Canada). Ces anciens bassins sédimentaires glaciomarins ont été isolés par le relèvement glacio-isostatique pour évoluer en lacs profonds et allongés aux versants abrupts. Leur position géographique clé et leurs caractéristiques limnogéologiques typiques des fjords présentent un potentiel exceptionnel pour des reconstitutions paléoenvironnementales à haute résolution sur une longue période de temps. Une modélisation du potentiel hydraulique suggère que le Lac Walker a probablement existé en tant que lac sous-glaciaire sous l’Inlandsis laurentidien pendant le Dernier Maximum Glaciaire, suggérant que des sédiments pourraient avoir échappé à l'érosion glaciaire et contenir des paléo-enregistrements de la et/ou des dernière(s) glaciation(s). Ces lacs, localisés à proximité des systèmes morainiques du Dryas récent et inondés lors de la transgression marine postglaciaire de la Mer de Goldthwait, ont préservé des archives sédimentaires laminées jusqu'à aujourd'hui, enregistrant les changements paléoenvironnementaux produits depuis la dernière déglaciation. Les profils acoustiques de sous-surfaces acquis à l'aide d'un Chirp bi-fréquences (3.5. et 12 kHz), ainsi que les carottes de sédiment ont révélé la présence de quatre unités sédimentaires. Le soubassement acoustique (U1), c.-à-d. le socle rocheux et/ou les sédiments de contact glaciaire, révèle la présence de vallées rocheuses en forme de V au fond des lacs qui ont possiblement échappé à l’érosion glaciaire. Les moraines observées dans les lacs et à l’embouchure de leur vallée structurale indiquent une déglaciation rapide ponctuée par de courtes stabilisations glaciaires. Au cours de la déglaciation et à la suite de leur isolation, les lacs ont été remplis par d’épais sédiments rythmiquement laminés de silts et d’argile (U2) déposés pendant l’épisode marin et/ou glaciolacustre, qui ont été perturbés par des mouvements de masse durant la déglaciation. Des datations AMS 14C révèlent que la déglaciation des bassins versants des lacs Pentecôte et Walker et le développement des conditions para- et postglaciaires sont survenus vers < 7995 à 8160 et < 7845-7950 cal BP respectivement. Le développement des longues plaines deltaïques à la tête des lacs au cours de l'Holocène, a généré une source constante de sédiments fluviatiles (U3) et la formation de structures sous-marines en forme de croissant sur la pente subaquatique des deltas. La partie supérieure (c.-à-d. ~ 4 à ~ 6,5 m) de la séquence sédimentaire des lacs révèle un enregistrement continu des conditions para- et postglaciaires (U4) qui contiennent des sédiments rythmiquement laminés (possiblement des varves) et une série de couches déposées rapidement. Ces sédiments riches en matières organiques montrent que de faibles taux de sédimentation ont prévalu dans les lacs depuis la déglaciation de leur bassin versant et qu’ils ont diminué au cours de l'Holocène. / High-resolution bathymetric data acquired using a multibeam echosounder and an interferometric side-scan sonar allowed mapping for the first time the sublacustrine geomorphology of the lakes Pentecôte, Walker and Pasteur, three deep adjacent fjord-lakes of the Québec North Shore (eastern Canada). These formerly glaciomarine sedimentary basins have been glacio-isostatically uplifted to form deep steep-sided elongated lakes. The key geographical position and their limnogeological characteristics typical of fjords show exceptional potential for paleoenvironmental reconstructions at high resolution on a long period of time. A hydraulic potential modelling suggest that the Lake Walker probably existed as a subglacial lake beneath the Laurentide Ice Sheet during the LGM suggesting that sediments could have escaped glacial erosion and may contain paleo-records of the last glaciation(s). These lakes, located near Younger Dryas morainic systems, were flooded during the Goldthwait Sea postglacial marine transgression and have preserved laminated sediment archives until today which contain sedimentary archives that recorded paleo-environmental changes that have occurred since the last deglaciation. Acoustic sub-bottom profiles acquired using a bi-frequency Chirp echosounder (3.5 & 12 kHz), together with cm-short and m-long sediment core data, reveal the presence of four sedimentary units. The acoustic basement (U1), related to the structural bedrock and/or the ice-contact sediments of the Laurentide Ice-Sheet reveal the presence of V-shaped bedrock valleys at the bottom of the lakes that possibly escaped glacial erosion. Moraines observed at the bottom of the lake and in their structural valleys indicate an overall fast deglaciation punctuated by short-term ice margin stabilizations. Following ice-retreat and their isolation, the fjord-lakes were filled by thick sequence of rhythmically laminated silts and clays (U2) deposited during marine and/or glaciolacustrine settings which were disturbed by mass-movements during the deglaciation. AMS 14C dating reveal that the deglaciation of the lakes Pentecôte and Walker watersheds and the development of para- and postglacial conditions occurred at < 7995 – 8160 and < 7845–7950 cal BP respectively. The development of the long lake-head river delta plain during the Holocene, generated a constant source of fluvial sediments supply (U3) and the formation of crescentic and creeping bedforms on the sublacustrine deltas slope. Lakes reveal in the upper (i. e., ~4 to ~6.5 m of their sediment infill a continuous para- to postglacial sediment record (U4) that contain laminated sediment (possibly varves) and a series of rapidly deposited layers. These organic-rich sediments show that low rates of sediment accumulation have prevailed in the lakes since the deglaciation of their watershed and have decreased during the Holocene.

Cette étude décrit un élément clef du projet COSTA-Canada (Continental Slope Stability), visant à étudier la dynamique d'écoulement de mouvements de masse sous-marins. C'est maintenant bien connu que les glissements sous-marins sont beaucoup plus mobiles et impliquent de plus grands volumes de sédiments que leurs homologues subaériens. Lorsqu'on est confronté aux risques naturels de nature géologique, il est important de bien comprendre l'influence des caractéristiques rhéologiques sur les glissements subaériens et sous-marins. En effet, les glissements sous-marins représentent un danger pour les vies humaines et les biens, et aussi un risque potentiel de tsunamis. Dans la phase post-rupture, le sol peut faire l'expérience de grandes déformations sous certaines plages de contraintes de cisaillement. Ce phénomène peut réduire la résistance au cisaillement du sol lors du cisaillement avec ajout d'eau. Les caractéristiques des sédiments sont contrôlées par leurs propriétés rhéologiques. Il est clair que le comportement visqueux du sol est ainsi dominant sur le frottement dans le cas des mouvements de masse sous-marins. Il reste encore plusieurs points importants à éclaircir, comme la caractérisation des matériaux composant la coulée et les limites critiques des matériaux visqueux et granulaires. Le comportement rhéologique peut également être influencé par la granulométrie, la minéralogie, et la salinité. De plus, les liens structuraux peuvent avoir un impact significatif sur les propriétés rhéologiques. Ce comportement est aussi relié à l'effet de la viscosité pseudo-Newtonienne. Afin d'examiner des paramètres géotechniques et rhéologiques, trois groupes de sols ont été choisis : (1) matériau non-gonflant; (2) matériau gonflant; (3) matériau silteux. En plus, la compatibilité entre des modèles rhéologiques bien connus et les donnés expérimentales a été étudiée. Les principales contributions que cette thèse amène sont: (1) une estimation simple de plages possibles des propriétés rhéologiques pour différentes granulométries; (2) une meilleure compréhension des comportements rhéologiques des matériaux gonflants et silteux dans un mouvement de masse sous-marin comparé aux matériaux non-gonflants; (3) une meilleure compréhension des transformations de la coulée lors d'infiltration d'eau causant l'augmentation de la mobilité du mouvement de masse sous-marin; (4) une évaluation du seuil d'écoulement et de la viscosité critiques déterminant le passage de l'état remanié à l'état fluide. / This study describes one of the key objectives of the COSTA-Canada (Continental Slope Stability) project, which aims at studying the flow dynamics of submarine mass movements. It is now well known that submarine landslides are much more mobile and tend to involve larger volumes than subaerial landslides. When dealing with natural geo-hazards it is important to understand the influence of flow characteristics on the subaerial and subaqueous mass movement. Indeed, submarine landslides represent a significant hazard to the property and life as well as the potential tsunamis hazard. In the post-failure stage, the soil could experience a large deformation within a certain range of shear rates. This process can reduce the inherent shear strength during mixing with ambient water. As a result, the characteristics of sediments are most likely governed by the rheological properties. Therefore it seems clear that the viscous effects are dominant rather than frictional behavior in subaqueous debris flows. There are still many important questions that need answering: for example, the characterization of the material from which the flow is composed and the critical limit from viscous to granular behavior. Also, the rheological behavior can be influenced by the grain size, mineralogy, and salinity. In addition, the structural bondings at low shear rate can have a significant impact on the rheological properties. It is also related to the effect of pseudo-Newtonian viscosity. To investigate the geotechnical and rheological properties, three groups of soils were selected for convenience : (1) non-swelling material ; (2) montmorillonite-rich material ; (3) silt-rich material. Furthermore, the compatibility of well-known rheological models on the experimental data was examined. The main contributions of this thesis are : (1) a simple estimate of possible range of rheological properties with respect to the grain sizes and/or liqudity indices; (2) a better understanding of rheological behaviors of swelling and silt-rich materials in submarine mass movements compared to the non-swelling materials; (3) a better understanding of flow transformation due to water infiltration causing the high mobility in submarine mass movements; (4) an evaluation of the critical yield stress and plastic viscosity to transform from remoulded into fluidized state.

L'estuaire du Saint-Laurent, l'un des plus importants au monde, présente une combinaison peu commune de caractéristiques géomorphologiques. Cette singularité complexifie l'étude des processus qui façonnent les divers systèmes côtiers de l'estuaire. Face à cette complexité, cette thèse vise à contribuer à la science de la géomorphologie littorale de l'estuaire du Saint-Laurent en utilisant les marais intertidaux comme objet pour comprendre les processus géomorphologiques fondamentaux qui mènent à leur émergence, évolution, dégradation et renouvellement à diverses échelles spatio-temporelles. L'originalité de cette étude réside dans l'identification des composantes multifactorielles des processus, liées aux forces astronomiques, géologiques, météorologiques, biologiques et anthropiques d'origine essentiellement extrinsèque, et comment elles sont intégrées dans les interactions et rétroactions intrinsèques aux systèmes intertidaux. Bien que cette complexité soit reconnue en géomorphologie côtière, les concepts clés de seuil, d'échelle et de rétroaction sont rarement réunis en raison des difficultés d'intégration des processus multifactoriels dans les modèles fonctionnels. En conséquence, les systèmes côtiers tels que les marais intertidaux sont souvent simplifiés et présentés comme des environnements homogènes dont la dynamique est principalement déterminée par des processus extrinsèques et linéaires. Ce problème occulte la variance processus/réponse, qui est plus souvent la règle que l'exception. Le problème de la variance dans la morphologie des marais intertidaux, reconnu par les écoles de pensées européennes, constitue la problématique de cette étude, notamment à travers les concepts d'évolution asymptotique et d'autocyclicité. La recherche vise à déterminer si les marais intertidaux du Saint-Laurent se sont formés de façon linéaire comme le présente la littérature actuelle, ou si leur morphologie répond à des seuils, des interactions et des rétroactions qui varient dans l'espace et le temps. L'hypothèse est que les marais intertidaux de l'estuaire du Saint-Laurent, qui apparaissent comme des formes permanentes et homogènes, sont en fait en continuel rééquilibrage. Ils ont été et sont encore soumis à des cycles ou alternent des phases d'expansion et de contraction, d'intensité variable dans l'espace et le temps. Alors que la plupart des études sur la morphologie des marais intertidaux sont réalisées sur une seule saison et sur un seul site d'étude, cette étude privilégie une approche comparative multi-locale et pluriannuelle afin de saisir la diversité des conditions géomorphologiques et la variance interannuelle. Quatre sites d'étude ont été sélectionnés dans la zone de turbidité maximale de l'estuaire du Saint-Laurent où se trouve la majorité des marais intertidaux. Des mesures volumétriques ont été effectuées sur une période de 3 à 4 ans à l'aide d'une barre de sédimentation/érosion et la turbidité mesurée afin de documenter la dynamique sédimentaire actuelle. Les trajectoires évolutives à long terme ont été documentées par l'analyse de la stratigraphie du marais supérieur ainsi que par l'analyse multidate de photographies aériennes, de cartes historiques et d'images iconographiques. Les résultats de cette thèse révèlent des réponses géomorphologiques dans l'estuaire du Saint-Laurent qui diffèrent significativement de celles décrites dans la littérature. L'évolution de la morphologie des systèmes de marais intertidaux est clairement non-linéaire, cyclique, asynchrone et spécifique au site. Une telle complexité, jusqu'ici peu reconnue, brouille la compréhension de leur dynamique et suggère une évolution principalement dirigée par des facteurs autogènes, ce qui représente un défi de modélisation pour la prévisibilité future. / The St. Lawrence Estuary, one of the most important in the world, presents a combination of geomorphic features rarely seen elsewhere. This intricacy complexifies the study of the processes that shape the diverse coastal systems of the estuary, such as beaches, and intertidal marshes. Given such complexity, this thesis aims to contribute to the science of littoral geomorphology in the St. Lawrence Estuary by using the tidal marshes as a subject for understanding the fundamental geomorphological processes leading to their emergence, evolution, degradation, and rejuvenation at various spatiotemporal scales. The originality of this study lies in the identification of the multifactorial components of these processes, linked to geological, astronomical, meteorological, biological, and anthropogenic forces essentially extrinsic in origin, and how they are conditioned by interaction and feedbacks of intrinsic origin. While this complexity is recognized in coastal geomorphology, the key concepts of threshold, scale, and feedback are rarely brought together due to the difficulties of integrating multifactorial processes into functional models. As a result, coastal systems such as intertidal marshes are often simplified and presented as homogeneous environments whose dynamics are primarily driven by extrinsic, linear processes. This problem obscures the processes/response variance, which is more often the rule than the exception. The problem of variance in tidal marsh morphology, recognized by European schools of thought, constitutes the problematic of this study, especially the concepts of asymptotic evolution and marsh autocyclicity. This research questions if the intertidal marshes of the St. Lawrence formed in linear fashion as presented in the current literature, or if they responded to thresholds, interactions, and feedbacks varying across space and time. The hypothesis is that the intertidal marshes of the St. Lawrence Estuary, which appear as permanent and homogeneous forms, are in fact unique and self-reorganizing. They were and continue to be subject to cycles or alternating phases of expansion and contraction at various intensities across space and time. While most studies of the morphology of intertidal marshes are conducted over a single season at one study site, this study favors a comparative multi-location and multi-year approach to capture the diversity of geomorphic conditions and interannual variance. Four study sites were selected in the maximum turbidity zone of the St. Lawrence Estuary where most intertidal marshes are located. Volumetric measurements were made over a 3- to 4-year period using a sedimentation/erosion bar and turbidity measured to document current sediment dynamics. Long-term evolutionary trajectories were documented by analysis of the sedimentary record from the upper marsh stratigraphy as well as by use of time-lapse analysis of aerial photographs, historical maps, and iconographic images. The results of this thesis reveal geomorphic responses in the St. Lawrence Estuary that differ significantly from those usually described in the existing regional literature. The evolution of the morphology of the intertidal marsh systems is clearly non-linear, cyclical, asynchronous, and site-specific. Such heretofore unrecognized complexity blurs the understanding of their fundamental dynamics and has led previous authors to suggest an evolution primarily driven by autogenous factors, making a challenge for modelling their predictable future evolution.

Le transport de Matières En Suspension (MES) dans les cours d'eau est le résultat des processus d'érosion des sols et de transport des particules à l'échelle du bassin versant. La dynamique des flux de MES est étudiée dans un contexte alpin, pour deux bassins versants méditerranéens (l'Asse et la Bléone), deux bassins de haute montagne (le Ferrand et la Romanche, dans le massif de l'Oisans, Alpes françaises) et un bassin complexe, l'Isère à Grenoble. <br />Les flux de MES sont calculés à partir des chroniques de débit et de concentration, reconstituées à partir des enregistrements haute fréquence de turbidité. Ces enregistrements permettent de mettre en évidence les processus hydrométéorologiques responsables des apports de MES dans le système fluvial. La variabilité temporelle des flux de MES dans les cours d'eau est mise en évidence et décrite à différentes échelles temporelles (journalière, saisonnière ou annuelle) et le régime de transport de MES des bassins versants est caractérisé à l'aide d'indicateurs statistiques traduisant la dynamique des flux de MES à l'échelle du bassin versant. <br />Un modèle conceptuel à réservoir permettant de reproduire les flux journaliers de MES est présenté. Après calage et validation du modèle sur les chroniques mesurées, il est utilisé afin de reconstituer de longues chroniques réalistes de flux de MES non mesurées, à partir de données de débit et de pluie historiques. Plusieurs scénarios valables sont établis pour chaque bassin versant.

Les environnements lagunaires, interfaces entre le continent et l'océan, sont sujets à d'importants apports continentaux qui supportent une forte production biologique. Cette richesse écologique unique en fait des écosystèmes parmi les plus productifs de la planète à l'origine d'une activité économique importante. La gestion et la préservation de ces milieux sont difficiles car l'étude des cycles biogéochimiques est encore incomplète. Dans le cadre de cette thèse, qui s'inscrit dans le Programme National d'Environnement Côtier " Chantier Littoral Atlantique " et l'ANR PROTIDAL, un effort particulier est mis sur le rôle des zones intertidales dans le bilan du métabolisme net du système lagunaire du Bassin d'Arcachon, les processus biogéochimiques aux différentes interfaces et leurs interactions avec les cycles tidaux, les mécanismes pélagiques et le degré de colonisation biologique du substrat à différentes échelles de temps (marée, saison). Il a été démontré que les eaux des chenaux tidaux drainant les platiers intertidaux à marée descendante étaient le résultat de la percolation, diffusion et advection d'eaux interstitielles anoxiques depuis les sédiments vaseux et sableux. Ces eaux sont enrichies en produits de dégradation de la matière organique, tels que l'ammonium, les phosphates, le SCO2, le CH4 et les métaux dissous. Un premier essai de bilan à l'échelle de la lagune démontre l'importance de ce processus de pompage tidal dans le budget global en sels nutritifs de la lagune. La colonisation du substrat par les herbiers de macrophytes apparaît comme un facteur déterminant sur les associations biologiques et les distributions géochimiques des espèces biogènes. Une stratification de l'eau interstitielle est observée sur certains profils reflétant leur production, leur consommation par les processus de minéralisation de la matière organique, leur prélèvement par le système racinaire des macrophytes, et des mécanismes de transports biologiques ou physiques. A la différence des sédiments subtidaux et stationnaires, dans lesquels la diffusion moléculaire est le premier mécanisme de transport des solutés, la distribution verticale géochimique dans les sédiments intertidaux est dominée par la bioirrigation et les interactions avec les macrophytes, conférant une très forte hétérogénéité spatiale et saisonnière. Une interaction très forte entre les cycles du fer et du phosphore avec la dynamique annuelle de ces herbiers a été découverte, précisant que le rapport entre la surface couverte par les herbiers et celle non-végétalisée est un paramètre majeur du bilan de masse en phosphore dans le Bassin d'Arcachon. Ce travail propose également la première estimation d'un bilan des sources, puits et flux de méthane aux différentes interfaces dans le Bassin d'Arcachon et dans un environnement lagunaire tempéré. Les rivières et les sédiments lagunaires représentent les deux sources pour la colonne d'eau. L'essentiel du méthane produit est oxydé dans les sédiments par les sulfates entrainant de faibles flux benthiques. Les flux atmosphériques depuis les eaux et les sédiments du Bassin d'Arcachon sont faibles en comparaison à ceux estimés dans d'autres systèmes côtiers. Ce bilan montre que la totalité du CH4 apporté par les rivières et diffusé depuis les sédiments vers la colonne d'eau de la lagune, est transférée vers l'atmosphère au cours de la résidence des eaux dans la lagune, et que cet écosystème est une source nulle de méthane pour l'océan côtier ouvert.

L'étude présentée ici concerne la répartition du 210Pb atmosphérique à l'échelle globale dans l'environnement. Ce travail débute par une étude expérimentale concernant les mesures de flux de dépôt atmosphérique de 210Pb dans les pluies, les sols et la neige. Une base de données a ensuite été construite en regroupant les mesures effectuées ces quatre dernières décennies. Celle-ci se focalise sur les concentrations de 210Pb dans l'air de surface et sur les flux de dépôt d'origine atmosphérique mesurés aux interfaces atmosphère-surface terrestre (collecteurs artificiels, sols et neige) et eau-sédiment. Cette base de données est ensuite exploitée. Les données de 210Pb atmosphérique sont analysées qualitativement en termes de transport (circulation atmosphérique) et de mécanismes de dépôt, et utilisées quantitativement pour la validation d'un modèle de circulation générale (GCM). En dernière partie, les données de flux de dépôt de 210Pb à l'interface eau-sédiment sont comparées statistiquement aux données de flux de dépôt atmosphérique. Cette comparaison est appliquée à l'étude des transferts entre l'atmosphère et les sédiments et permet ainsi de distinguer quatre différents types de réservoirs aquatiques.

La dernière période glaciaire a été ponctuée de variations climatiques abruptes, appelées événements d'Heinrich, qui sont caractérisées par des épisodes de vêlages massifs d'icebergs et d'apports en eaux de fonte dans l'Atlantique Nord. Les événements d'Heinrich (EH) ont fait l'objet de nombreuses publications scientifiques portant sur la paléocéanographie de la zone Nord Atlantique. Cependant, peu d'études se sont intéressées aux modifications sédimentaires intervenant entre la source et la zone de dépôt. L'objectif de cette recherche est de caractériser l'enregistrement sédimentaire des événements d'Heinrich Hl et H2 le long de la marge du Labrador. Pour cela, une approche multi-proxy à haute résolution (propriétés physiques, géochimiques et datations au ¹⁴C) a été réalisée sur des carottes prélevées le long de la marge du Labrador en 2005 et 2006 à partir de l'embouchure du détroit d'Hudson jusqu'à l'éperon d'Hamilton. En combinant les différentes analyses, il a été possible d'illustrer l'évolution des dépôts de H1-H2 en fonction de la distance à la source. Les résultats ont permis de déterminer la répartition spatiale de Hl et H2 le long de la marge et les différents processus de déposition qui y sont associés. Les brusques variations de concentrations géochimiques, la faible susceptibilité magnétique et la présence de carbonates inorganiques des dépôts étudiés indiquent une provenance de l'érosion des roches carbonatées du plancher du détroit d'Hudson ainsi qu'une dilution des minéraux ferrimagnétiques par les carbonates (Andrews et Tedesco, 1992). La présence d'une couche noire à la base de H2 composée de sédiments qui proviendrait du détroit de Cumberland (Jennings et al., 1996) indique un transport sédimentaire précurseur à la déposition des débris carbonates du détroit d'Hudson. Les concentrations d'IRD ont permis de détecter des fluctuations d'apports en eaux de fonte et en icebergs dans Hl et H2. La variabilité des concentrations géochimiques de ces couches d'Heinrich s'explique par des apports sédimentaires de sources différentes ou par des réactions chimiques dues aux échanges eau-particules selon la localisation le long de la marge.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.