Le rôle joué par la stratosphère sur le climat est aujourd'hui avéré. Le couplage du système troposphère-stratosphère implique que les processus dynamiques de grande amplitude de la moyenne atmosphère perturbent l'équilibre atmosphérique et l'écoulement dans les plus basses couches. Parmi ces phénomènes dynamiques, les échauffements stratosphériques soudains sont les plus emblématiques. Cette étude s'intéresse à l'impact de ces événements sur la variabilité de la moyenne atmosphère et sur l'estimation des tendances de température. Nous cherchons également à mieux caractériser l'évolution spatio-temporelle des échauffements stratosphériques, depuis leurs causes jusqu'à leurs conséquences. Tout d'abord, une méthodologie novatrice d'analyse statistique de séries temporelles est développée et testée sur des mesures lidar de l'Observatoire de Haute-Provence. L'impact des événements dynamiques les plus importants peut ainsi être efficacement isolé de la contribution radiative de fond, ce qui explique les différences observées entre l'été et l'hiver. Ensuite, une simulation du Canadian Middle Atmosphere Model nous permet de valider la méthodologie et d'étendre notre étude à l'ensemble du globe. On montre que les variations spatiales sont elles aussi majoritairement causées par l'activité dynamique. Les conditions de formation d'un échauffement stratosphérique sont également étudiées, à l'aide de tests de sensibilité du modèle RACCORD. On prouve l'importance du rappel vers la météorologie pour produire un échauffement majeur, particulièrement dans le cas d'une rupture du vortex. Enfin, la méthode et nos résultats sont mis à profit dans une analyse de l'hiver 2012-2013.

Des nouveaux procédés éco-efficients basés sur une meilleure utilisation des ressources renouvelables sont nécessaires pour assurer la continuité du développement énergétique. La thèse étudie le procédé de gazéification en eau supercritique (T>374°C et P>22,1 MPa) de la biomasse très humide pour l'obtention de l'hydrogène, molécule ayant un potentiel énergétique très intéressant à valoriser avec un impact environnemental très favorable. L'étude porte sur l'application du procédé à la biomasse modèle (solutions de glucose, glycérol et leur mélange) ainsi qu'au bioglycérol, résidu de la fabrication du biodiesel. Les propriétés du solvant et les mécanismes prépondérants développés par l'eau en phase sous- et supercritique peuvent être contrôlés par les paramètres opératoires imposés au processus : température, pression, concentration en molécules organiques et catalyseur alcalin, temps de réaction... Les études paramétriques des systèmes réactionnels ont été menées dans des réacteurs batch à deux échelles différentes, les phases résultantes étant caractérisées par des protocoles analytiques élaborés et validés dans le cadre de l'étude. Le suivi du milieu réactionnel en batch lors de son déplacement vers l'état supercritique a mis en évidence une conversion avancée des molécules organiques et une identification de certains intermédiaires générés. Parmi les paramètres étudiés, la température et le temps de réaction influent le plus le rendement à l'obtention d'hydrogène en présence de catalyseur (K2CO3) dans les réacteurs batch, rendements de 1,5 et 2 mol d'H2 respectivement par mol de glycérol et de glucose introduites. Les gaz obtenus contiennent des proportions variables d'hydrocarbures légers et du CO2. Environ 75% du carbone est converti en phase gaz et liquide (sous forme de carbone organique et inorganique), le restant étant déposé sous forme solide ou huileuse. L'analyse du solide généré (plus de 90% de C) laisse apparaître différentes phases, y compris la formation de nanoparticules sphériques. Enfin, la gazéification en réacteur continu du glycérol préchauffé a montré de meilleurs rendements en hydrogène que le procédé batch, pendant que celle du bioglycérol demande une évolution du procédé à cause de la précipitation en phase supercritique des sels contenus dans le réactant. En conclusion, la gazéification en eau supercritique de la biomasse peut être considérée comme une alternative intéressante à d'autres procédés physico-chimiques de production de l'hydrogène. L'amélioration du procédé sera possible par son intensification menée en parallèle avec l'utilisation de matériaux plus performants et le contrôle de la salinité de la phase réactante.

Ce travail de thèse est consacré à la problématique de l'extraction de signaux dans le domaine des sciences de l'atmosphère. Le point commun des problèmes considérés est la notion de détection et d'estimation de signaux cachés. L'approche par la modélisation probabiliste s'est avérée y être bien adaptée. Nous nous sommes attachés à répondre à différentes questions telles que : quel type d'information s'attend-on à trouver dans un jeu de données ? Le signal supposé caché se trouve-t-il réellement dans les données d'étude ? Comment détecter l'instant d'occurrence d'un phénomène, comment le caractériser (timing, amplitude ...) ? Si un tel signal est détecté, quelle (in)certitude est associée à cette détection ? Nous répondons à ces différentes questions au travers du développement de différents modèles probabilistes de détection d'évènements cachés. Nous nous sommes intéressés à différents modèles non stationnaires, dont deux sont notamment présentés dans un cadre multivarié. Au travers de trois modèles probabilistes décrivant des signaux cachés divers (rupture de variance, signaux éruptifs et changement de moyenne), nous avons aussi développé des méthodes associées de détection. Le premier modèle est appliqué à la détection de nuages stratosphériques polaires dans des profils lidar, le deuxième à des éruptions volcaniques dans des séries chronologiques de sulfate et enfin le troisième est appliqué à la détection de la date de l'onset de la mousson Africaine dans des données géophysiques liées à la dynamique atmosphérique et aux précipitations. Les différentes méthodes mises en place font appel à une variété de techniques de modélisation probabiliste allant de la maximisation de rapport de vraisemblance associée à des tests d'hypothèses à la résolution de filtres de Kalman dans un cadre non stationnaire et non linéaire pour la décomposition de séries multivariées couplée à la détection des signaux cachés. Les difficultés techniques liées à l'extraction de signaux cachés sont analysées et les performances des différents algorithmes sont évaluées. Les résultats obtenus confirment l'intérêt des méthodes probabilistes appliquées à ces problématiques de signaux cachés en sciences de l'atmosphère.

Définie comme un processus qui réduit le potentiel de production des sols ou de l'utilité des ressources naturelles, la dégradation des sols est un problème environnemental majeur qui affecte plus de 41 % des terres émergées et plus de 80 % de la population affectée par ce phénomène vit dans les pays en voie de développement. Le présent projet a pour objectif général, la caractérisation des différents types d'occupation et d'utilisation du sol et la détection de leurs changements spatio-temporels à partir de données radar (ERS 1-2, RADARSAT-1 et ENVISAT) en vue d'une modélisation spatio-temporelle de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols en milieu semi-aride. Étant donné la forte sensibilité du signal radar aux conditions d'observation du capteur et de la cible, une répartition judicieuse des images en fonction des conditions du milieu (condition humide et condition sèche) et des configurations angulaires des images radar (23° et [33°-35°-47°]) est d'abord réalisée. Une bonne caractérisation et une évolution temporelle des quatre types d'occupation et d'utilisation du sol d'intérêt sont obtenues avec des niveaux de contrastes différents selon l'angle d'incidence et les conditions du milieu. En complément de l'approche " pixellaire " pour la détection des changements (Différenciation d'images et ACP), un suivi de l'occupation du sol par approche orientée objet focalisée sur deux types d'occupation du sol (végétation et sol nu) a été développé. Cette méthode permet une fine cartographie des occurrences de sol nu en fonction des conditions du milieu. Enfin, avec l'apport de diverses sources d'information, une modélisation de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols par la règle de fusion probabiliste de Dempster-Shafer est réalisée dans le sud-ouest du Niger. Les cartes de décision qui en résultent sont statistiquement acceptables avec des taux de réussite de 93 % et 91 % et des valeurs Kappa de 86 % et 84 % respectivement en conditions sèche et humide. Aussi, la carte globale de vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols dans ce milieu semi-aride est-elle produite à partir de ces deux cartes de décision.

Le succès des espèces invasives dépend de l'adéquation entre leurs traits d'histoire de vie et les caractéristiques environnementales (biotiques et abiotiques) de leurs nouveaux habitats. Le succès invasif d'une espèce peut donc reposer sur sa pré-adaptation, être déclenché par la levée de certaines pressions sélectives, les perturbations, ou encore la réponse rapide de l'organisme aux nouvelles contraintes sélectives. La plasticité phénotypique et les processus évolutifs sont ainsi des paramètres essentiels dans les invasions biologiques, en faisant des situations privilégiées pour observer les processus écologiques et évolutifs en temps réel. Nous nous sommes intéressés aux réponses morphologiques et écophysiologiques exprimées dans le temps et l'espace au cours de l'invasion des Îles Kerguelen (archipel subantarctique) par le carabique prédateur Merizodus soledadinus et la mouche saprophage Calliphora vicina, dont les stratégies de vie sont contrastées. Nous montrons la différenciation morphométrique de populations de M. soledadinus en fonction de leur temps de résidence, ainsi que les changements rapides de la morphologie de l'aile de C. vicina dans ces îles où l'inaptitude au vol est la règle. Une attention particulière est accordée au rôle de la plasticité phénotypique de M. soledadinus dans la colonisation de nouveaux habitats (plasticité physiologique à la salinité) et dans son maintien durable malgré l'impact qu'il exerce sur la disponibilité des proies (plasticité trophique). Ces ajustements à plus ou moins long terme sont des éléments déterminants du succès invasif de ces deux insectes à mesure qu'ils progressent et rencontrent de nouveaux régimes de sélection.

Au cours des deux dernières décennies, les constats d'échecs de nombreuses politi- ques centralisées en matière de gestion des ressources naturelles, associés à la montée en puissance des doctrines de gestion locale "!traditionnelle!" ont conduit de nombreux pays à réorienter leurs modes d'intervention publique pour chercher à s'appuyer sur les communautés rurales dans la mise en place de nouvelles formes de gestion. C'est le cas du Maroc dans le domaine forestier. Les mots d'ordre se succèdent, mais peu de travaux ont cherché à analyser de manière symétrique, les modes de gestion coutumière/communautaire et les pratiques de l'administration forestière, et leurs interrelations. S'éloignant d'une perspective néo- institutionnaliste, la thèse présentée ici puise dans l'analyse stratégique de la gestion envi- ronnementale et la théorie de l'acteur-réseau pour construire une démarche de recherche originale. Celle-ci fixe, d'une part, comme référent externe à l'analyse l'état des écosys- tèmes sur lesquels la gestion agit!; elle s'attache, de l'autre, à mettre en évidence les mé- diateurs qui relient les différents sites dans lesquels la gestion des ressources forestières est négociée et mise en œuvre. Sur la base d'un important travail empirique, la thèse montre comment l'administration forestière marocaine a réinterprété de manière sélective les injonctions à la participation et à la gestion communautaire portées au niveau international, en cher- chant à renouveler son rapport aux populations rurales. Après avoir longtemps considé- ré ces populations comme incapables de gérer rationnellement les ressources forestières, l'administration cherche aujourd'hui à les regrouper au sein d'associations afin de négo- cier avec elles des restrictions d'accès et d'usage des ressources contre des opérations de développement. Ces associations sont supposées se fondre dans les anciennes tribus, dans l'objectif de moderniser des institutions coutumières tout en s'appuyant sur leur légitimité en matière de gestion des ressources naturelles. La thèse montre cependant qu'associations et tribus sont deux formes de collectifs différentes qui coexistent la plupart du temps, et que les premières ne peuvent être considérées comme des formes de modernisation des se- condes. Les négociations conduites entre l'administration forestière et les populations rurales, via la constitution de ces associations, donnent naissance à deux espaces de négociation disjoints!: tandis que les représentants des associations négocient avec les responsables administratifs de nouvelles modalités d'accès aux ressources forestières et aux actions de développement, la plupart des cultivateurs et éleveurs continuent à exploiter la forêt sans grands changements, notamment via des arrangements informels avec les agents de terrain de l'administration forestière. Dans un contexte où l'action de l'administration forestière, affaiblie en termes de moyens et de légitimité, n'a que des conséquences limitées sur la gestion concrète des ressources forestières, les possibilités d'améliorer l'état de certains écosystèmes forestiers ayant fortement régressé apparaissent ainsi ténues.

Les domaines du spectre électromagnétique utilisés par les capteurs imageurs satellitaires (passifs ou actifs) s'étendent aujourd'hui de l'optique aux hyperfréquences. Il est très vite apparu intéressant d'étudier la synergie Issue du regroupement de ces images multisource. Le travail présenté, porte sur la fusion d'images SPOT /ERS et plus particulièrement sur l'étude de différentes stratégies de fusion. L'application à laquelle sont destinées les images est prépondérante car elle spécifie le conditionnement et la stratégie à suivre pour les associer. Deux applications visant à démontrer l'apport de l'imagerie radar, d'une part dans le domaine de l'agronomie, et d'autre part dans le domaine de l'enneigement, ont été étudiées. Le premier exemple abordé porte sur la fusion d'attribut; celle-ci est réalisée au sein d'un modèle numérique de croissance végétale. L'accent est mis sur l'interprétation thématique effectuée sur des attributs qui sont extraits à partir des mesures. Une première exigence : justifier la prise en compte des mesures radar en quantifiant le gain apporté par l'opération de fusion. L'expérience acquise pour l'interprétation des mesures optique sert de référence pour analyser les conclusions tirées de l'interprétation des mesures radar. On évalue aussi l'apport d'une mesure vis-à-vis d'une autre mesure de nature différente. Un premier test utilisant des mesures mixtes contemporaines a permis de comparer les conclusions tirées des deux jeux de mesures traités en parallèle. A l'issue de ce travail, les mesures radar ayant montré leur intérêt, un nouveau test a été effectué avec des données mixtes non-contemporaines. L'assimilation des données mixtes (optique/radar) est gérée par le paramètre temps et le suivi de la croissance du végétal est amélioré par une répartition temporelle plus fine due à la multiplicité des mesures. De plus comme l'aptitude d'une mesure à rendre compte du stade de croissance de la culture varie au cours du temps, il est possible de choisir la mieux adaptée pour un instant donné. Le second exemple concerne la fusion au niveau du pixel. Dans ce cas on s'intéresse à l'interprétation pixel par pixel de la scène, ce qui demande une superposition exacte des différentes images et des données extérieures prises en comptes au sein du processus de fusion. L'étendue des applications faisant appel à ce type de fusion est considérable. Cependant, dans certaines régions, le relief très accidenté limite l'utilisation de l'imagerie radar. On constate un manque d'outils adaptés pour traiter les déformations géométriques et radiométriques rencontrées dans ce cas. Une chaîne de traitement pour construire des ortho-images a été élaborée. Ainsi la modélisation géométrique et la modélisation radiométrique d'une mesure SAR ont été traitées. Certaines étapes ont été spécialement travaillées : la détection des points d'appuis et le ré-échantillonnage d'une grille irrégulière. L'amélioration de ces deux points a été possible grâce à une collaboration multicapteur. En effet, la fusion est mise à profit dès le départ, lors du conditionnement des images, et non plus réservée pour l'analyse finale effectuée sur les informations déjà superposées. Ainsi, des ortho-images SAR acquises en phase ascendante et descendante sur la région de Briançon ont été construites pour une application dont l'objectif est d'identifier l'apport du SAR pour cartographier le manteau neigeux. La reconnaissance de l'apport des images radar, au sein des applications thématiques, favorisent leur utilisation. L'analyse conjointe des images multispectrale optique/hyperfréquence offre de nouvelles perspectives quant à la réalisation de certaines applications. La création de processus de fusion permet d'exploiter au mieux la synergie qui découle de tels regroupements. Des stratégies adaptées sont développées pour satisfaire aux spécificités de l'ensemble des données, et pourvoir à la mise à jour de résultats originaux.

De nombreuses études de terrain ont suggéré que la (co)sorption des ions phosphate et uranyle à la surface des (hydr)oxydes de fer ou d'aluminium contrôlent la rétention de l'uranium (U) dans les sols, dans des conditions où la précipitation de phosphate d'uranyle est défavorisée (pH acide et/ou faibles concentrations en U). Cette thèse concerne les mécanismes de l'adsorption des ions phosphate et uranyle à la surface du corindon colloïdal, et l'influence de paramètres tels que le temps de réaction, le pH et les concentrations en ions phosphate et uranyle. Elle est la seule étude à ce jour visant à identifier les espèces de surface des ions phosphate et uranyle formées in situ à l'interface corindon-solution, au cours du processus d'adsorption et de la dissolution du corindon. Les techniques utilisées pour l'étude de la spéciation à l'interface sont la zêtamétrie et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en réflexion totale atténuée (IRTF-RTA). La spectroscopie IRTF-RTA permet de sonder la surface de couches de colloïdes déposées sur le cristal RTA et mises au contact d'une solution aqueuse. Nous avons montré que la caractérisation des dépôts par la CPM permet de garantir la reproductibilité des analyses IR, aussi bien d'un point de vue qualitatif que quantitatif. La modification de la surface du corindon au contact de solutions aqueuses à différents pH a été suivie par spectroscopie IRTF-RTA. À pH 3,3, l'hydratation de la surface du corindon conduit à une réorganisation rapide de la structure interfaciale qui s'apparente à une boehmitisation, voire une bayeritisation de surface. L'analyse IR prouve la formation rapide de boehmite à pH 4,5, par dissolution/reprécipitation, et suggère la formation massive d'une pseudo-boehmite plus ou moins amorphe à pH neutre. L'adsorption des ions phosphate et uranyle sur le corindon a donc principalement été étudiée à un pH de 3,3, pour lequel la modification du corindon se limite à une hydratation de surface. L'adsorption d'ions phosphate sur le corindon se produit par chimisorption car elle déplace la valeur du point isoélectrique du corindon (8,2) vers des pH faibles. Les différentes méthodes utilisées montrent que les ions phosphate s'adsorbent à pH acide (3,3) par une combinaison de réactions de complexation de surface et de précipitation de surface dont la contribution relative dépend du taux de recouvrement de la surface par les ions phosphate et du temps de contact. À fort taux de recouvrement, on observe la précipitation de surface de phosphate d'aluminium, caractérisée par une bande d'absorption à 1137 cm-1, attribuable aux vibrations d'élongation P-O, dont l'absorbance augmente avec le temps de contact et la concentration en phosphate. Cette précipitation s'accompagne de l'apparition de bandes d'absorption à des positions caractéristiques des vibrations de déformation O-H i.e. d'une réorganisation des groupements hydroxyles due à la diminution du potentiel et des charges surfaciques. L'étude montre donc que l'interface corindon/solution phosphatée évolue sur de longues périodes, la dissolution du corindon conduisant à la formation de précipités de surface et à des réorganisations des hydroxyles de surface. L'étude des mécanismes d'adsorption de l'ion uranyle (1-10 μM) en présence d'ions phosphate a été abordée, pour des suspensions de corindon à pH 3,3. Les variations de potentiel ζ en fonction des taux de recouvrement surfacique en ions uranyle et phosphate indiquent la formation d'espèces de surface auxquelles participent à la fois les ions phosphate et uranyle, et l'implication de différents mécanismes. L'apparition de bandes IR fortement corrélées vers les 1107 cm-1, 1024 cm-1 et 971 cm-1, observables lors de l'ajout d'uranyle aux systèmes corindon/solution phosphatées et attribuables aux vibrations d'élongation P-O, confirment la formation d'espèces de surface phosphatées de l'ion uranyle. La spectroscopie IR montre également que l'adsorption quantitative d'uranyle, observable à fort taux de recouvrement surfacique en phosphate, se produit au cours de la transformation de la surface du corindon en phosphate d'aluminium. Ceci suggère l'incorporation de U dans le réseau du précipité de surface et/ou la précipitation de surface de phosphate d'uranyle. Bien que cette étude ait principalement été réalisée à un pH très acide, elle est d'intérêt pour la compréhension des mécanismes de rétention des ions phosphate (en tant que polluant) dans les sols. Elle a permis de mettre pour la première fois en évidence, par des techniques in situ, la formation de précipités de surface de phosphate d'aluminium sur un oxyde d'aluminium. Elle montre également sans équivoque la formation d'espèces de surface phosphatées de l'ion uranyle à pH acide. Elle suggère que l'incorporation de U dans le réseau de précipités de surface de phosphate d'aluminium et/ou la formation de précipités de surface de phosphate d'uranyle contrôlent la rétention à long terme de U à l'état de traces dans les sols, i.e. dans des conditions où les solutions des sols sont sous-saturées vis-à-vis des phosphates d'uranyle.

Alors même que les incertitudes sur l'effet de serre sont loin d'être résolues, l'inertie du système climatique nous interdit d'attendre avant de prendre une décision en matière d'effet de serre: il nous faut décider " sous controverses ". Dans un tel contexte, la légitimité même de l'économiste à examiner une double question d'équité spatiale (qui paye pour le climat ?) et temporelle (quand ?) est remise en cause. L'objet de cette thèse est de montrer que le calcul économique reste néanmoins un outil opératoire pour révéler des éléments de cohérence robustes face à l'incertitude, et aider ainsi à mettre un peu de rationalité dans le débat public. Une série de modèles d'optimisation des politiques climatiques nous permet d'introduire progressivement, d'articuler et d'évaluer numériquement ces différentes questions. Nous obtenons trois résultats principaux. En premier lieu, nous montrons que l'arbitrage entre court terme et long terme ne saurait se réduire au seul débat sur la valeur du taux d'actualisation. Sous incertitudes, les marges de manoeuvre que nous offrons à nos descendants, via les systèmes techniques ou institutionnels que nous leur laissons en héritage, se révèlent en effet tout aussi importantes. Ensuite, négocier l'entrée des pays du sud dans les politiques climatiques avec des règles d'allocation des quotas d'émissions apparaît difficile tant leurs conséquences dépendent des anticipations sur la croissance économique future. Rendre le système robuste impose un encadrement institutionnel du marché de permis d'émissions négociables. Enfin, cette thèse illustre la complémentarité entre éthique et économie: si l'économie n'a pas à définir ce qui est équitable, le calcul économique permet de montrer comment des raisonnements intuitivement justes, comme annuler le taux d'actualisation pour ne pas pénaliser les générations futures, ou allouer les quotas d'émissions au prorata de la population, peuvent en fait avoir des implications particulièrement discutables.

Les procédés dits d'oxydation avancés (POA) permettent la dégradation totale (minéralisation) en milieu aqueux des polluants organiques persistants et/ou toxiques pour l'homme et pour l'environnement. Cette étude porte sur l'application de deux POA principaux : électro-Fenton et photo-Fenton, au traitement des eaux polluées par des colorants de textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d'entités oxydantes très réactives, les radicaux hydroxyles (..OH) qui sont capables d'oxyder n'importe quelle polluant organique ou organométallique jusqu'au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO2 et H2O). Dans le cas des colorants étudiés (BB41, BR46 et BY28), il a été montré que le taux de minéralisation par le procédé électro-Fenton dépend des paramètres expérimentaux tels que la concentration du catalyseur, l'intensité du courant appliqué, le pH du milieu, etc.. Cette étude a montré que l'électrolyse du colorant suit une cinétique de pseudo premier ordre. Dans les conditions expérimentales optimales (I = 225 mA et [Fe3+]0 = 0,1 mM), les taux de minéralisation obtenus pour des solutions aqueuses des trois colorants étudiés étaient de 93, 82 et 73% pour le BB41, BR46 et BY28 respectivement après 6 h de traitement. Le taux de minéralisation par le procédé photo-Fenton (UV/Fe3+/H2O2) est fonction des doses des réactifs utilisés et des rapports R = [H2O2]/[Fe3+] et R' = [Fe3+]/[substrat]. Ainsi, les taux de minéralisation obtenus sont de l'ordre de 93% pour le BB41, 85% pour le BR46 et de 95% pour le BY28 pour une durée de traitement de 5 heures avec des rapports R = 10 et R' = 40. L'étude de la dégradation du colorant BB41 sur une unité pilote utilisant le rayonnement solaire a montré que le procédé hélio-photo-Fenton est très efficace. Ce procédé s'inscrit dans une perspective de développement durable et son fonctionnement est basé sur une énergie renouvelable. Une comparaison des performances de minéralisation d'un mélange de colorants par les deux procédés étudiés par l'estimation de l'énergie électrique consommée a montré que les procédés photo-Fenton et électro-Fenton permettent d'atteindre des taux de minéralisation très importants et que le procédé électro-Fenton semble être favorisé avec non utilisation de réactifs chimiques et une faible consommation d'énergie électrique.