Dans cette thèse, nous analysons les phénomènes météorologiques régionaux révélés par les récentes missions martiennes. L'approche est numérique et observationnelle : nous avons construit un modèle météorologique méso-échelle complet pour la planète Mars, dont les applications potentielles sont nombreuses, et réalisé une cartographie à haute résolution de la pression de surface en nous appuyant sur les données du spectro-imageur OMEGA à bord du satellite Mars Express. Nous nous concentrons notamment sur les intenses circulations atmosphériques au voisinage des volcans, canyons et cratères martiens. Nous analysons également l'activité météorologique régionale des plaines martiennes, bien plus marquée que ne l'indique l'analyse synoptique. Les mouvements convectifs dans la couche limite martienne sont étudiés. Mars apparaît comme un environnement propice à d'intenses phénomènes météorologiques régionaux.

A Mayotte, la tomate est la principale culture maraîchère et elle est produite essentiellement en saison sèche en plein champ. Sa culture fait appel à des pratiques de conduite de la plante encore mal connues dans le détail, et ce dans un contexte marqué par de fortes incertitudes pour l'accès aux ressources productives. La plupart des producteurs sont des migrants en situation irrégulière. Nous avons donc cherché à savoir quel était l'effet des contraintes d'accès aux ressources productives sur la constitution des systèmes de culture maraîchers avec tomate et sur les performances de ces systèmes évaluées au travers de la conduite culturale de la tomate. La démarche combine d'une part une analyse approfondie des décisions techniques sur la constitution des systèmes de culture maraîchers, sur la localisation et la conduite de la culture de tomate, et d'autre part une évaluation par diagnostic agronomique des performances et problèmes de la culture. Un dispositif d'enquête a été mis en place en parcelles paysannes et suivi pendant deux ans. A ce dispositif ont été associées deux expérimentations : l'une pour évaluer les effets de trois modalités de conduite de la végétation sur la croissance et les composantes du rendement de la tomate, l'autre pour évaluer l'effet de traitements phytosanitaires sur l'état sanitaire des peuplements. En nous appuyant sur les concepts de système de culture et de modèles de décisions techniques, nous avons mis en évidence une diversité de systèmes de culture maraîchers à l'échelle annuelle et à celle de la saison culturale. C'est l'accès à l'eau qui détermine en priorité la zone cultivable maraîchère. L'insécurité sur le foncier se décline particulièrement sur le choix des cultures, la succession et le nombre de cultures sur l'année. La pratique de densités élevées, la double culture tomate-tomate, les forts pourcentages de sole tomate dans la sole maraîchère sont autant de traduction de cette incertitude, et se rencontrent surtout chez les agriculteurs ayant peu de ressources en terres (types gf2/b2, gf3/b2, gf4/b2). La formalisation des règles de conduite culturale de la tomate a permis de dégager une typologie d'itinéraires techniques qui se distinguent notamment par la conduite de la végétation avec des opérations de taille, tuteurage, effeuillage et égourmandage qui sont source d'hétérogénéité du nombre de tiges et du nombre de bouquets par pied. Nous avons vu que l'agriculteur s'adapte aux incertitudes en prévoyant des solutions de rechange qui tendent à privilégier une moindre dépendance vis-à-vis des tiers et qui induisent des variabilités de pratiques culturales, d'états du milieu avec des répercussions sur le fonctionnement de la culture que nous avons évaluées au travers de la variable rendement de la tomate. L'analyse des performances des systèmes de culture a révélé une grande diversité des rendements de la tomate sur les deux années, s'étalant de 0,7 t/ha à 89 t/ha. La principale variable explicative de cette diversité été le nombre de fruits par m², le poids moyen du fruit étant moins variable. Le rôle très déterminant du nombre de tiges sur le nombre de fruits (à travers le nombre de bouquets) a été mis en évidence. Les variations du nombre de fruits sont moins bien associées à celles du nombre de bouquets et du nombre de fruits par bouquet. L'analyse des profils de bouquets et de tiges a montré que les deux premiers bouquets des deux premières tiges concentraient environ 70% de la production. Ces paramètres majeurs ont été reliés aux états du milieu et aux pratiques qui en sont à l'origine. La taille des tiges et les égourmandages réguliers en cours de culture réduisent le nombre de tiges par plant et par conséquent les nombres de bouquets et de fruits par plant. Ce constat est corroboré par les résultats de l'essai taille réalisé en station. Les résultats obtenus débouchent sur des propositions en termes de recherches ultérieures et de développement (par exemples modification de la conduite de la végétation et celle de l'irrigation). Notre démarche qui a consisté à mener de front analyse des décisions techniques de la conduite d'une culture et diagnostic de l'élaboration du rendement sur cette culture participe à une nouvelle approche de l'analyse et de l'évaluation des systèmes de culture.

Les altérations hydrothermales et minéralisations enregistrées dans un gisement produisent des changements dans la minéralogie magnétique de la roche encaissante et, par conséquent, dans leurs propriétés magnétiques. En considérant que l'aimantation rémanente peut être utilisée comme marqueur de l'histoire géologique d'une roche, on a effectué une étude paléomagnétique dans deux méga-gisements de type porphyre cuprifère au Chili : (1) CHUQUICAMATA (Eocène-Oligocène), dont la minéralisation est hébergée dans des roches granodioritiques; et (2) EL TENIENTE (Miocène supérieur-Pliocène inférieur) avec un complexe de roches andésitiques minéralisées. L'objectif principal de cette recherche a été de déterminer les effets de l'altération hydrothermale sur la minéralogie magnétique et les enregistrements paléomagnétiques. <br>Le gisement de Chuquicamata est limité longitudinalement par une faille majeure (Falla oeste) et les minéralisations d'intérêt économique sont principalement concentrées à l'est de la faille. La susceptibilité magnétique et l'intensité de l'aimantation rémanente diminuent fortement en fonction de l'altération quartz-séricite qui augmente à l'approche de la faille. L'intensité de la déformation tectonique qui se surimpose aux effets de minéralisations ne permet pas de conserver un signal paléomagnétique cohérent dans les roches minéralisées de Chuquicamata. A l'ouest de la Falla Oeste, la situation est différente au niveau de la granodiorite Fiesta sans minéralisation d'intérêt économique. La susceptibilité magnétique (k ~0.01-0.05 SI) et l'intensité de l'aimantation rémanente naturelle (~0.1 Am-1) ne présentent pas de variation spatiale majeure. La susceptibilité magnétique est dominée par de la magnétite en gros grains qui est le porteur de la forte anisotropie de la susceptibilité magnétique (1.1< P <1.4) de la Granodiorite Fiesta. Par contre les directions caractéristiques de l'aimantation rémanente de polarité normale sont portées par une autre phase magnétique de plus haute coercivité liée à la formation de lamelles de titano-hématite lors de l'altération à biotite et chlorite. La foliation magnétique est sub-verticale et présente de larges variations d'orientation corrélées aux déviations antihoraires de la déclinaison magnétique de l'aimantation rémanente (entre 330° à 230°). Les enregistrements paléomagnétiques sont interprétés comme la conséquence de rotations antihoraires de petits blocs associés à la déformation le long de la Falla Oeste en accord avec les interprétations tectoniques antérieures suggérant un mouvement sénestre de ~35km ayant permis la juxtaposition du porphyre cuprifère de Chuquicamata avec la granodiorite Fiesta.<br>Dans le gisement d'EL Teniente, les contrastes magnétiques sont forts entre les dacites et quartz-diorite faiblement magnétique (k <0.001 SI) et le complexe d'andésites (CMET) (<0.01 < k < 0.2 SI). Le principal minéral "ferromagnétique" présent dans ces roches est la magnétite. Sur la base des associations minérales, les observations pétrographiques permettent de classer la magnétite dans 5 sous-types : [i] TYPE 1a: magnétite en grains fins dans les plagioclases; [ii] TYPE 1b: magnétite en grains fins +quartz crypto-cristalin (masse fondamentale et veines); [iii] TYPE 2: magnétite en gros grains+biotite+(>>anhydrite-quartz); [iv] TYPE 3: magnétite en gros grains+chlorite+quartz diffus +rutile; et [v] TYPE 4: magnétite en gros grains+tourmaline+ quartz diffus. Une aimantation rémanente très stable portée par la magnétite en grains fins est mise en évidence particulièrement dans les « andésites » minéralisées. Une zonation spatiale de la polarité magnétique est clairement mise en évidence au niveau de la mine. Dans le secteur N-NE une polarité INVERSE est enregistrée en probable relation avec l'intrusion du Porphyre Dacitique El Teniente aussi de polarité inverse. Dans le secteur S-SE, la polarité est normale. L'aimantation rémanente naturelle est d'origine chimique/ thermorémanente et est acquise au cours de la minéralisation. Compte tenu des fréquentes inversions de polarité du champ magnétique terrestre au cours de la période 4.5-5Ma, l'absence de superposition d'aimantation de polarité opposée au sein du même échantillon suggère une acquisition d'aimantation et de minéralisation très rapide (~0.1-0.2Ma) au cours d'épisodes successifs. Les directions caractéristiques ne montrent ni rotation tectonique ni basculement du gisement postérieur à la minéralisation.

Le transfert radiatif est une théorie indispensable à l'astrophysique. Le développement d'outils numériques réalistes, plus rapides et plus précis, est d'actualité pour améliorer l'exploitation des données de nombreux instruments déjà existants et futurs. La première partie de mon travail de thèse a consisté à développer un nouveau code radiatif hors Equilibre Thermodynamique Local (hors-ETL) en géométrie 2D cartésienne pour des atomes à plusieurs niveaux d'énergie. Ce code repose sur des algorithmes de type Gauss-Seidel/Successive Over-Relaxation (SOR) combinés à des techniques multi-grille (Paletou & Léger 2007, Léger et al. 2007). La seconde partie de ma thèse a consisté à appliquer ce code à l'étude du spectre de He I des protubérances solaires. Certains de ses multiplets sont largement utilisés pour le diagnostic du champ magnétique dans ces structures. La structure fine atomique de He I est prise en compte, ce qui permet de synthétiser des raies spectrales directement comparables aux observations obtenues à haute résolution spectrale, par exemple avec THéMIS. Des effets de géométrie sont mis en évidence sur la formation de ces multiplets. Enfin les premiers calculs du spectre de He I considérant des structures filamentaires en 2D ont été effectués (Léger & Paletou 2008).

Depuis les débuts de l'astrophysique nucléaire, les découvertes ont toujours été liées à des progrès instrumentaux. Cela est particulièrement vrai dans le domaine X-durs / gamma mous où l'intense bruit de fond induit dans les détecteurs par les rayons cosmiques et les ceintures de van Allen, associé à la faible section efficace d'interaction des rayonnements avec les matériaux du détecteur limitent la sensibilité des télescopes. Il semble aujourd'hui que la technologie des télescopes à masque codés arrive à ses limites, avec les deux instruments à bord d'INTEGRAL. Comment dans ces conditions continuer à faire des découvertes? De nombreuses équipes développent actuellement des télescopes Compton de deuxième génération qui semblent pouvoir apporter une partie de la réponse. Au CESR, une option complémentaire est développée depuis quelques années, réaliser une lentille focalisant les rayons gamma de faible énergie. <br /><br />Les lentilles de Laue qui ont été étudiées focalisent les rayonnements de la bande des rayons gamma mous (100 keV – 1 MeV) par le biais de la diffraction de Bragg dans le volume de cristaux. La focale associée à une telle lentille est de l'ordre de 100 m, ce qui nécessite un vol en formation pour pouvoir réaliser un télescope spatial. L'avantage de ce concept est de concentrer les rayons gamma depuis une large surface de collection vers un détecteur de faible volume, augmentant ainsi le rapport signal sur bruit significativement par rapport aux instruments actuellement en vol, et donc permettant d'atteindre une sensibilité sans précédent dans cette bande d'énergie.<br /><br />La faisabilité du concept ayant précédemment été démontrée par le projet CLAIRE, mon travail de thèse a consisté à faire évoluer ce premier prototype vers un concept de mission exploitable scientifiquement. Je me suis principalement attaché à deux aspects : D'une part, la modélisation de la lentille, avec le développement d'un code de simulation rapide (non Monte-Carlo) qui a par la suite été la base de nombreux outils d'optimisation du design et d'évaluation des performances en terme de surface efficace, champs de vue, et sensibilité. <br /><br />L'autre partie de mon travail a consisté à trouver et caractériser des cristaux potentiellement intéressants pour la réalisation d'une lentille de Laue. Des cristaux de cuivre mosaïque, de germanium mosaïque, des alliages de silicium et germanium avec un gradient de concentration et des empilements de wafers de silicium et de germanium ont été mesurés sur différentes installations incluant le synchrotron européen de Grenoble (ESRF) ainsi que l'instrument GAMS 4 de l'ILL. Ces mesures m'ont permis de dresser l'état de l'art des cristaux actuellement disponibles et utilisables pour une lentille gamma. <br /><br />Ces travaux ont été appliqués à la conception et l'évaluation des performances des missions MAX et Gamma Ray Imager respectivement proposées au CNES et à l'agence spatiale Européenne.

Les échantillons étudiés proviennent de carottages effectués lors de la campagne en mer Ticoflux 2 au large de la côte ouest du Costa Rica, en 2002. Ils ont été prélevés sur les pentes nord-ouest du « Mont Dorado » : une zone où des décharges diffuses de fluides de faible température ont été localisées. Nos données ont été focalisées sur la carotte GC50, composée de boues hémipélagiques altérées présentant des argiles, des zéolites, localement des oxydes Fe/Mn, ainsi que des phosphates.<br />La caractérisation minéralogique (DRX, MEB, MET-EDX) et chimique (majeurs, traces, terres rares) des nouvelles phases minérales formées in situ dans le sédiment GC50 a permis de mettre en évidence deux phases d'altération. La première phase consiste en un processus de diagenèse précoce. La deuxième phase d'altération engendre la précipitation d'apatites et d'oxydes Mn/Fe essentiellement localisés près de l'interface sédiment-basalte. Les données de la géochimie isotopique du strontium et du néodyme, ainsi que la distribution des spectres des Terres Rares, ont permis de préciser la nature du fluide à l'origine de la seconde phase d'altération. Ces marqueurs géochimiques suggèrent la décharge d'un fluide hydrothermal de basse température ayant très peu interagit avec le basalte lors de sa circulation dans la croûte.<br />Une étude plus poussée (EXAFS, METHR) sur les échantillons riches en oxydes Mn/Fe a permis de proposer un modèle de formation et d'évolution des oxydes Mn, dans ce contexte hydrothermal hors axe. Ce modèle démontre que la formation de todorokite (tectomanganate), minéral ubiquiste en milieu marin, nécessite la présence d'un précurseur, ici la vernadite (phyllomanganate).

Nous avons étudié l'influence de fluctuations de grandes échelles sur le seuil de l'instabilité dynamo. Pour cela, nous avons résolu le problème cinématique pour un champ de vitesse hélicoïdal, auquel nous avons rajouté à sa partie stationnaire, une modulation périodique dans le temps, également hélicoïdale. Pour un champ de vitesse hélicoïdal stationnaire des études précédentes ont montré que pour de grands nombres de Reynolds magnétique le champ magnétique était généré au niveau d'une surface caractérisée par une condition de résonance sur le champ de vitesse. Pour un champ de vitesse modulé, nous avons montré que pour une faible amplitude de modulation, c'est la condition de résonance portant sur la partie stationnaire qui gouverne la génération du champ magnétique. Pour une grande amplitude de modulation, c'est la condition de résonance portant sur la modulation qui contrôle la génération du champ magnétique. Dans la plupart des cas et si la condition de résonance est vérifiée pour les deux parties du champ de vitesse, on trouve que le seuil augmente en fonction de l'intensité de la modulation, puis diminue tout en restant supérieur au seuil de l'écoulement stationnaire de même géométrie. Si la condition de résonance n'est pas vérifiée pour la modulation, alors le seuil augmente drastiquement avec son intensité.<br />Cette étude suggère que l'optimisation des expériences dynamo dépend non seulement de la partie stationnaire du champ de vitesse, mais aussi de ses fluctuations de grande échelle. Si ces dernières ne sont pas optimisées alors le seuil dynamo peut augmenter drastiquement, même si celles-ci sont de faible intensité.

Depuis 2004, les rovers Spirit et Opportunity de la mission MER (Mars Exploration Rover) explorent leurs sites d'atterrissage respectifs, le cratère Gusev et les plaines de Meridiani. Ces travaux de thèse portent sur l'analyse et l'interprétation des données de l'instrument APXS (Alpha-Particle X-ray Spectrometer), situé au bout du bras articulé de chacun des rovers, dont le rôle est de déterminer la composition chimique des roches et des sols martiens par spectrométrie X. Grâce à leur surprenante longévité, Spirit et Opportunity ont pu s'éloigner à plusieurs km de leurs lieux d'atterrissage initiaux et les APXS ont analysé de nombreux échantillons fournissant des indices sur le rôle que l'eau a pu jouer dans le passé martien. J'ai d'abord choisi d'étudier cette diversité d'échantillons à l'aide d'une approche d'analyse multidimensionnelle. Ceci m'a permis de réaliser une classification des échantillons et de mettre en évidence les relations pétrogénétiques entre les roches et les sols de Gusev et Meridiani. Je présenterai les principaux résultats obtenus grâce à cette méthode ainsi que leur lien avec l'organisation spatiale et stratigraphique des échantillons. Je montrerai ensuite comment ces résultats m'ont incité à tester un modèle géochimique numérique d'altération de basalte martien par un brouillard acide de SO3. Je décrirai les hypothèses de ce modèle avant d'en comparer les résultats avec les données MER. Nous verrons enfin quelles en sont les implications, au niveau de la géologie des sites de Gusev et Meridiani et plus généralement vis-à-vis de l'histoire géologique de Mars et des conditions qui ont prévalu à sa surface dans le passé.

Les bassins versants influencés par la présence de barrages-réservoirs constituent les objets d'étude de cette thèse. L'objectif principal est de mettre au point une méthode de prise en compte, au sein d'un modèle pluie-débit global, de l'impact de retenues d'eau artificielles sur le comportement hydrologique du bassin versant. Un tel outil, simple dans sa conception, doit permettre d'améliorer la simulation des débits de bassins versants influencés et d'évaluer l'impact de barrages-réservoirs sur le régime hydrologique des cours d'eau, en particulier lorsque l'on se place loin à l'aval de l'ouvrage. La démarche adoptée est empirique dans le sens où l'on a cherché, sur une base de données de 46 bassins versants situés en France, aux Etats-Unis et au Brésil, à exploiter au mieux, dans la structure du modèle pluie-débit, une information simple sur les ouvrages, à savoir l'évolution temporelle des volumes stockés dans les retenues. La diversité des conditions hydro-climatiques présentes dans la base de données donne aux résultats obtenus un caractère assez général. Au cours de cette thèse, un grand nombre de solutions de prise en compte des barrages-réservoirs a été testé. Les résultats montrent que cette information sur les remplissages des ouvrages peut être utilement exploitée au sein d'une structure de modèle global pour améliorer la simulation des bassins influencés. Les solutions qui se sont révélées être les plus performantes n'engendrent pas de complexification de la structure initiale du modèle puisqu'aucun ajout de paramètre n'a été nécessaire. Des gains de performances significatifs ont été réalisés, en particulier sur la simulation des étiages. Il s'agit d'un résultat important de la thèse car il montre qu'il est possible de prendre explicitement en compte, dans un modèle pluie-débit global, les barrages-réservoirs présents sur le bassin versant. Nous avons ensuite essayé de comprendre le lien entre la méthode de prise en compte des barrages-réservoirs et certaines caractéristiques physiques des bassins versants et des ouvrages de stockage afin de tenter d'adapter la solution au bassin versant considéré. Les résultats de ces tests ont montré que ce lien est difficile à mettre en évidence et qu'à ce stade, une solution générique semble la plus efficace. La solution la plus performante a ensuite été évaluée sur un échantillon complémentaire de 31 bassins versants n'ayant pas servi à son développement. L'évaluation a confirmé l'intérêt de la méthode pour l'amélioration des simulations des débits mais a également montré sa sensibilité à la disponibilité des données de stockages ainsi qu'aux transferts interbassins inconnus.

L'hétérogénéité des espaces urbains et l'interaction avec les bâtiments sont à l'origine de processus complexes à prendre en compte dans les études de pollution atmosphérique et de climat urbain à petite échelle. Afin d'estimer l'impact des bâtiments sur l'écoulement et la dispersion de polluants, une étude détaillée dans un milieu urbain idéalisé a été effectuée avec le modèle numérique tridimensionnel Mercure_Saturne, en modélisant à la fois les concentrations moyennes et leurs fluctuations. Pour prendre en compte le rayonnement atmosphérique en milieu bâti et les effets thermiques des bâtiments, nous avons implémenté un modèle radiatif tridimensionnel adapté à la géométrie complexe. Ce modèle, adapté d'un schéma utilisé pour le rayonnement thermique, résout l'équation des transferts radiatifs en milieu semi-transparent, en utilisant la méthode des ordonnées discrètes. Le nouveau schéma a été validé en milieu transparent sur des cas idéalisés et comparé à un cas complet.