De juin 2005 à septembre 2007, six campagnes océanographiques ont été effectuées dans l'Est de l'Atlantique Tropical afin d'étudier principalement la distribution spatio-temporelle des paramètres du carbone océanique, les processus induisant leur variabilité et d'estimer les flux air -mer de CO2. 195 échantillons d'eau de mer de surface prélevés ont servi à l'analyse de l'alcalinité totale (TA) et le carbone inorganique dissous (DIC). Les distributions de la température de surface de la mer (SST), de la salinité de surface de la mer (SSS), de DIC et de TA ont permis de mettre en évidence un gradient nord -sud entre les eaux du nord et celles du sud du bassin. En effet, aux faibles (ou fortes) Salinités sont associées les faibles (ou fortes) TA et DIC. Dans la partie nord de la zone (0°-6°N) précisément dans le courant de Guinée apparaissent les faibles salinités, alcalinités et carbone inorganique, tandis que les fortes concentrations de ces paramètres sont observées au sud de l'équateur (0°-10°S) dans les eaux du courant sud équatorial. Toutefois, la SST présente une distribution contrastée à celles des autres paramètres. Aucune variabilité temporelle significative n'apparaissant dans les distributions de TA et DIC, l'ensemble des données des campagnes a été alors utilisé pour déterminer des relations empiriques uniques entre TA et SSS, et entre DIC, SSS et SST. Ces relations validées ont conduit au calcul de la fugacité de CO2. Des cartes mensuelles de fCO2 moyennes ont été établies, sur une grille de 1° latitude x 1° longitude, en utilisant des champs de données de SST et de SSS pour la zone de 10°E-10°W, 6°N-10°S pour la période de 2005 à 2007 des mois de juin à novembre. Le flux air-mer moyen mensuel de CO2 varie de 1,69 ±1,94 mmol m-2 d-1 (Novembre) à 2,78 ±1,65 mmol m-2 d-1 (Août) pour toute la région. Ces résultats ont permis la comparaison de nos flux air -mer et ceux de climatologie par l'utilisation du même coefficient d'échange. Nos flux air -mer estimés montrent un gradient plus important entre les eaux du nord et celles du sud de l'équateur que les estimations climatologiques. Cette différence est probablement due au nombre peu élevé de données en climatologie et aussi à la mauvaise résolution de sa grille (4° de latitude x 5° de longitude). Toutefois, les deux méthodes d'estimation de flux air -mer s'accordent que la zone de l'Est de l'Atlantique tropical est une source de CO2 pour l'atmosphère.

En Amérique du Sud et notamment en Argentine, le comportement du mercure (Hg) et de l'arsenic (As) principalement dans les sédiments est encore peu compris. Le système de Mar Chiquita et plus particulièrement le lac Laguna del Plata, recevant les eaux de la rivière Suquía, sert ici de cadre à l'étude de la dynamique de ces deux éléments trace. Leurs distributions dans l'espace et le temps sont analysées en lien avec l'influence anthropique et les conditions hydrologiques qui ont changé de manière importante au cours du dernier siècle. L'approche retenue a consisté tout d'abord à examiner la distribution spatiale du mercure et de l'arsenic à travers l'analyse des eaux et sédiments pris le long de la rivière Suquía et dans Laguna del Plata. Dans un second temps, l'étude fine d'une carotte de sédiment prélevée dans Laguna del Plata a permis d'analyser les variations temporelles de Hg et As. De plus, la réalisation d'extractions sélectives a conduit à l'identification des phases porteuses de Hg et As. L'interprétation globale des résultats et l'appui des images satellites ont révélé le rôle majeur joué par les changements climatiques et les variations hydrologiques dans le contrôle du comportement du mercure et de l'arsenic au sein du système de Mar Chiquita. Au final, l'association des différentes approches a démontré les comportements différents du mercure et de l'arsenic. Les concentrations de mercure sont faibles quand les conditions climatiques sont plus arides et le niveau du lac bas. Elles sont principalement associées aux sulfures transportés par les sédiments de la rivière Suquía. La hausse des précipitations régionales aboutit à un ruissellement plus important et une montée du niveau du lac conduisant à l'augmentation d'accumulation de mercure. Durant cette période, Hg est principalement associé à la matière organique. L'arsenic, quant à lui, est apporté en solution par les eaux jusqu'au lac et, durant les périodes plus sèches, un apport supplémentaire s'effectue par les vents balayant la plaine loessique de Chaco Pampean. Dans la carotte de sédiment, l'arsenic est associé aux oxyhydroxydes réactifs de fer et de manganèse. Ses fortes concentrations dans la partie basse de la carotte sont également liées aux sulfures mais sont aussi associées, dans les parties moyenne et haute, aux carbonates. Mots-clés: Mercure - arsenic - variations hydrologiques - Laguna del Plata - changement climatique

Au cours des dernières décennies, d'énormes quantités de haies, de lisières ont été détruites en Europe tandis que le régime des incendies majeurs augmente dans les milieux méditerranéens. La perte de ces milieux de type lisières s'accompagne d'une chute catastrophique de la biodiversité. Notamment par la perte des refuges disponibles pour la faune. Cette thèse s'intéresse à l'importance des abris à différentes échelles et sur différents modèles biologiques. Premièrement, l'influence de la disponibilité en abris au pied des haies sur la biodiversité a été démontrée à l'aide d'inventaires et grâce à une expérimentation sur le terrain. Pour cela, une nouvelle approche d'inventaire qui combine les avantages des inventaires rapides et des techniques non létales a été mise au point. A une échelle intermédiaire, l'impact positif de l'ouverture du milieu forestier sur des populations de reptiles a été mis en évidence. Enfin, un suivi au niveau individuel de tortues d'Hermann a permis de suivre les conséquences de modifications l'habitat suite à un incendie majeur ; il suggère que les habitats brûlés restent favorables sur le long terme. En conclusion, l'importance des abris pour la biodiversité a été démontrée à plusieurs échelles d'espace, de temps et de précision. La conséquence pratique est que les fiches techniques de gestion des haies et des lisières devraient en tenir compte, ce qui n'est pas le cas actuellement.

La couverture pédologique est la source d'émission d'un ensemble de substances (minérales et organiques)organiques) transférées par les flux hydriques sous forme dissoute et/ou particulaire dans les bassins versants. La quantité et la qualité des composés exportés ainsi varient selon le type, le mode d'usage et la position des sols dont ils sont issus. Or, à l'exutoire des bassins versants, on ignore, dans la plupart des cas, les compartiments de la couverture pédologique desquels proviennent ces produits. Une stratégie d'étude, particulièrement développée lors de la dernière décade, consiste à rechercher des empreintes de sols (" soil fingerprint ") dans les produits exportés dans un bassin versant. Une empreinte de sol pouvant être définie comme toutes propriétés ou constituants susceptibles de révéler l'origine pédologique de la charge dissoute ou particulaire. L'utilisation de ces " empreintes pédologiques " doit permettre le repérage, à l'échelle des bassins versants, des sols qui contribuent aux flux de matières exportées (zones sources contributives), véritable " point chaud " de la couverture pédologique. Le rôle de certains modes d'occupation des sols dans l'émission de substances particulaires et solubles pourrait ainsi être précisé. Ce repérage des zones et des sols actifs a un intérêt évident pour les problématiques de gestion des transferts de polluants, en particulier dans le cadre de pollutions diffuses. De plus, dans un certain nombre de contextes, les matériaux issus des sols sont piégés dans des archives naturelles (sédiments lacustres, spéléothems, sols colluviaux...). L'identification de l'origine pédologique précise de ces produits dans les archives doit alors permettre de reconstituer l'histoire des sols des bassins versants. Or, si de considérables progrès ont été faits ces dernières décennies sur la compréhension de l'évolution du climat et de la couverture végétale au cours de l'holocène, force est de constater que l'histoire des sols reste largement méconnue. Cette méconnaissance de la manière dont les sols ont réagi, dans le passé, à des modifications des facteurs externes (climat, végétation, usage..) constitue un handicap pour prévoir la réaction de la couverture pédologique aux changements actuels. Pour pouvoir être utilisé comme un traceur pédologique, une " empreinte de sols " doit posséder un certain nombre de propriétés spécifiques. Ces dernières doivent ainsi être : - discriminantes des principaux types de sols, d'horizons ou d'usages des sols, - stables au cours du transfert dans les sols et dans le réseau hydrographique - reconnaissables dans un mélange de sources diverses - conservatives et lisibles dans les eaux et dans des archives environnementales stratigraphiquement organisées et datables (stalagmites, sédiments lacustres, colluvions). A partir de cet ensemble de conditions, deux types d'empreintes peuvent être cherchées : - des constituants (organiques et/ou minéraux) qui répondent aux exigences précédentes. On est alors naturellement conduit à éliminer les constituants ubiquistes majoritaires (argiles, minéraux primaires, substances humiques..) qui ne sont pas suffisamment discriminants et à privilégier des constituants secondaires éventuellement mineurs mais discriminants et stables. On a alors des " pédotraceurs ". Dans le cadre de nos travaux, deux approches ont été développées pour les pédotraceurs organiques : un suivi des radicaux libres (semi-quinones) par Résonance Paramagnétique Electronique (dans les phases particulaires et solubles), un suivi de molécules cibles (HAP...). Pour la phase minérale, nos travaux nous ont conduits à tester l'utilisation du groupe des terres rares (Rare Earth Element : REE), les formes du fer et de l'aluminium et la spéciation du P particulaire. - des " propriétés " caractéristiques pouvant être utilisées comme des signatures. Il s'agit alors de repérer une signature (par exemple spectroscopique) globale et de l'utiliser comme une empreinte sans en chercher la signification directe. Dans ce cadre il importe absolument de vérifier si les critères précédemment décrits sont respectés. On a alors des " pédosignatures ". Nous avons cherché à utiliser en ce sens, le spectre de reflectance diffuse moyen infra-rouge (DRIFT). En effet, l'absorbance dans l'IR est reliée à la présence de groupements fonctionnels organiques et minéraux dont les natures et les rapports d'intensité relative peuvent être considérés comme des empreintes. Cette signature présente donc l'avantage d'être globale et simple à repérer. Pour la phase organique proprement dite nous avons testé l'utilisation de la fluorescence 3D comme signature des matières organiques solubles exportées des sols. Dans le cadre des opérations de recherches menées depuis une dizaine d'années, l'utilisation de ces empreintes pédologiques a permis : - d'établir des bilans de l'origine (surface de sols pâturés versus sols de berges ; sols se développant sur différents types de sols, roches) des matières en suspension dans des BV à l'échelle annuelle (BV rural de l'Albenche, Savoie ; BV de Cointzio, Mexique) et à l'échelle de crues (BV de la Galabre, Alpes du Sud) - de préciser l'origine et les modes de transfert de matières organiques dissoutes dans des eaux superficielles (BV du Mercube, Haute-Savoie) et dans les eaux d'infiltration des systèmes karstiques (Plateau du Revard, Savoie). - d'étudier des traits pédologiques anciens, archivés dans des sédiments lacustres, des spéléothems et/ou des sols colluviaux. Nos travaux nous ont ainsi conduits à constituer des modèles d'évolution des sols à partir d'enregistrements sédimentaires (Lac du thyl et du Lou, Savoie ; Lac d'Anterne, Haute-Savoie). Ils nous ont permis de définir, pour les sols de l'étage sub-alpin des Alpes du Nord, un Optimum Pédologique Holocène (globalement entre 8000 et 5000 ans BP) brutalement interrompu par une " crise pédologique d'anthropisation " avec une phase érosive majeure et un retour à des états peu évolués de la couverture pédologique. Reprenant le concept de " bio-rhexistasie " d'Erhart (1956), nous proposons d'appeler " anthropostasie " cette nouvelle phase de l'histoire des sols, correspondant à une crise érosive directement sous la dépendance des activités humaines.

Ce document synthétise l'ensemble de mes activités de recherche depuis mon doctorat à l'Institut National Agronomique Paris-Grignon (actuellement AgroParisTech), obtenu en 2001, jusqu'à mes travaux les plus récents et en cours effectués au Laboratoire Environnement Eau et Systèmes Urbains (LEESU) où je suis maître de conférences depuis mon recrutement en 2002. Le LEESU est un laboratoire commun à l'Université Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC), l'Ecole des Ponts Paris Tech, l'Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEMLV) et AgroParisTech. L'ensemble de mes recherches s'inscrit dans un contexte scientifique cohérent puisque mes activités ont toujours traité de la biogéochimie des éléments traces métalliques dans l'environnement. J'ai abordé la problématique des métaux dans les sols pollués durant mon travail de doctorat. Depuis mon recrutement au LEESU, je travaille sur les métaux dans les systèmes aquatiques et, notamment, leurs sources et leur spéciation dans le milieu récepteur. Ce manuscrit comporte classiquement trois parties. En premier lieu, je décris le contexte scientifique correspondant à mes thèmes de recherche. Dans un second temps, j'expose mes différentes activités et les principaux résultats obtenus. Pour finir, je présente mes perspectives de recherche pour les années qui viennent.

Cette étude concerne le district minier d'Hassiane Diab qui constitue jusqu'à présent le seul indice considérable de la minéralisation à tungstène du Maroc oriental, exprimé en l'occurence sous forme de wolframite liée à des filons de quartz.

Le Monitoring Continu de Site Pollué (MCSP), développé au cours de ce travail, a pour but la mise au point d'un outil de gestion en temps réel et à distance de l'évolution d'une pollution HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) dans un aquifère superficiel issu de l'activité charbonnière. Pour l'expérimentation en vraie grandeur, une ancienne friche de cokerie a été instrumentée (capteurs, analyseurs, central d'acquisition, automate, etc..) en juin 2000. Son suivi est assuré par un pilotage à distance via une connexion télécom.Le Monitoring Continu de Site Pollué est une nécessité pour le contrôle de l'évolution des pollutions et donc des risques induits sur l'homme et l'environnement. En raison des faibles vitesses de propagation d'une contamination aux HAP, on se satisfaisait généralement d'investigations ponctuelles en fait incomplètes et non représentatives de la réalité et masquant certains aspects particulièrement intéressants comme l'activité de biodégradation. Le suivi continu en temps réel de l'évolution naturelle d'une pollution HAP dans l'aquifère superficiel ou les sols avec une confrontation avec l'évolution des paramètres généraux (météo, pluies, etc..) n'a jamais été conduit.Ce MCSP expérimental permet de mettre en évidence des corrélations entre l'évolution de la pollution et les conditions météorologiques. Pour l'activité de biodégradation naturelle déduite des mesures de biogaz en zone non saturée, une forte activité a été observée les saisons chaudes (consommation d'oxygène et dégagement de dioxyde de carbone) et une nette diminution en hiver. Pour l'analyse quotidienne des HAP dans les eaux de l'aquifère, un fluorimètre UV de terrain est utilisé. Calibré avec du naphtalène (HAP le plus soluble), la fluorescence des eaux est donnée en æg/L équivalent naphtalène, mais nécessite un postraitement afin de corriger la dérive de l'analyseur entre deux calibrations. Par la suite, les données mesurées et traitées sont restituées et exploitées au moyen d'un outil intégré, constitué d'un SIG (Système d'Information Géographique), interconnecté à une base de données et à un modèle de transport de polluant. Les résultats sont présentés sur un synoptique convivial et ergonomique servant de support d'aide à la décision. Les gestionnaires de sites pollués peuvent ainsi visualiser toutes les informations enregistrées sur l'évolution de la pollution et donc facilement identifier les indicateurs pertinents à confronter aux paramètres généraux (météo, etc..) ou aux différents scénarii de simulation de transport de polluants.

This thesis consists of the four papers which consider different aspects of stochastic process modeling, error analysis, and minimization of computational cost.      In Paper I, we construct a Multipath Fading Channel (MFC) model for wireless channels with noise introduced through scatterers flipping on and off. By coarse graining the MFC model a Gaussian process channel model is developed. Complexity and accuracy comparisons of the models are conducted.      In Paper II, we generalize a multilevel Forward Euler Monte Carlo method introduced by Mike Giles for the approximation of expected values depending on solutions of Ito stochastic differential equations. Giles' work proposed and analyzed a Forward Euler Multilevel Monte Carlo (MLMC) method based on realizations on a hierarchy of uniform time discretizations and a coarse graining based control variates idea to reduce the computational cost required by a standard single level Forward Euler Monte Carlo method. This work is an extension of Giles' MLMC method from uniform to adaptive time grids. It has the same improvement in computational cost and is applicable to a larger set of problems.      In paper III, we consider the problem to estimate the mean of a random variable by a sequential stopping rule Monte Carlo method. The performance of a typical second moment based sequential stopping rule is shown to be unreliable both by numerical examples and by analytical arguments. Based on analysis and approximation of error bounds we construct a higher moment based stopping rule which performs more reliably.      In paper IV, Born-Oppenheimer dynamics is shown to provide an accurate approximation of time-independent Schrödinger observables for a molecular system with an electron spectral gap, in the limit of large ratio of nuclei and electron masses, without assuming that the nuclei are localized to vanishing domains. The derivation, based on a Hamiltonian system interpretation of the Schrödinger equation and stability of the corresponding hitting time Hamilton-Jacobi equation for non ergodic dynamics, bypasses the usual separation of nuclei and electron wave functions, includes caustic states and gives a different perspective on the Born-Oppenheimer approximation, Schrödinger Hamiltonian systems and numerical simulation in molecular dynamics modeling at constant energy. / <p>QC 20120508</p>

L'objectif principal de ce travail est de proposer des outils pour une nouvelle gouvernance du risque industriel majeur et du territoire péri-industriel concerné. Pour ce, il est proposé une méthodologie d'aide à la réflexion à destination des décideurs publics locaux. Celle-ci repose sur une étude de la vulnérabilité du territoire péri-industriel. Cette vulnérabilité se compose de 3 dimensions : les deux premières sont liées à l'occurrence d'un accident et à ses conséquences potentielles, la troisième est liée à la pérennité de ce territoire spécifique et aux conséquences que pourraient induire les mesures d'atténuation envisageables des deux premières dimensions de la vulnérabilité. Cette méthodologie a été testée sur un territoire péri-industriel à proximité de Saint-Etienne. Nous proposons ensuite l'utilisation de l'évaluation de la vulnérabilité dans le cadre d'une démarche de concertation comme le propose la loi du 30 juillet 2003. Cette démarche participative doit permettre l'émergence des intérêts de tous les acteurs (forts, faibles ou absents) concernés. Et amener le décideur local à prendre des décisions respectueuses du développement durable du territoire dont il a la responsabilité.

La valorisation du biogaz est une technologie permettant de recueillir et de traiter le biogaz issu des déchets organiques fermentescibles en vue de produire de l'énergie tout en préservant l'environnement grâce à la réduction des émissions de gaz à fort effet de serre tel que le méthane, l'élimination des odeurs et des risques d'explosion. Une des méthodes de la valorisation du biogaz est la production d'électricité dans des groupes électrogènes constitués des moteurs à biogaz couplés à des génératrices électriques. Pour une efficacité optimale de cette valorisation, il est très important que la production du biogaz et sa composition soient stables. Cependant, il y a beaucoup de facteurs qui influent sur la variation de la concentration de composants du biogaz, en particulier les paramètres météorologiques et les méthodes d'enfouissement. L'ensemble de ce travail a permis une étude à trois niveaux (à court terme, à moyen terme et d'un point de vue global) de la dynamique des processus de production et de comportement du biogaz sur des Centres de Stockage des déchets ménagers en fonction de différents paramètres extérieurs (météorologiques, d'exploitation).