A set of large-scale laboratory experiments were conducted to study channel meander migration. Factors affecting the migration of banklines, including the ratio of curvature to channel width, bend angle, and the Froude number were tested in the experiments. The effect of each factor on the evolution of channel plan form was evaluated and quantified. The channel bankline displacement was modeled by a hyperbolic function with the inclusion of an initial migration rate and a maximum migration distance. It is found that both the initial migration rate and maximum migration distance exhibit a Gaussian distribution along a channel bend. Correlations between the distributions and the controlling parameters were then studied. Two sets of equations were developed for predicting the initial migration rate and the maximum migration distance. With the initial migration rate and maximum migration distance being developed as a function of geometric and flow parameters, a hyperbolic-function model can be applied to estimate the bankline migration distance. The prediction of channel centerline migration was also developed in this study. The channel centerline was represented with a combination of several circular curves and straight lines. Each curve with the radius of curvature and bend angle was used to describe the channel bend geometry. HEC-RAS was applied to estimate the flow hydraulic properties along the channel by adjusting the channel bed slope. The intersections of two consecutive centerlines were found to be the inflection points of the centerline migration rate. Phase lag to the bend entrance was measured and correlated with the bend length and water depth. The migration rate between two successive inflection points demonstrated a growth and decay cycle. A sine function was used to model the centerline migration rate with regression analysis of the measurement data. The method was applied to four sites of four natural rivers in Texas. The results showed that the prediction equation provides agreeable results to the centerline migration of natural rivers.

Les calcaires du Dogger des plateaux de Vesoul et de Combeaufontaine, qui se situent sur les bordures nord du Fossé bressan, sont parmi les plus karstifiés de Haute Saône. Les plateaux de Vesoul et de Combeaufontaine, dépourvus le plus souvent d’écoulements superficiels, possèdent de très nombreuses formes karstiques (dolines, dépressions fermées de dimensions hectométriques, pertes, grottes, gouffres) inscrites dans les 5 formations calcaires du Dogger : Calcaires à entroques, Calcaires à polypiers, Grande Oolithe (Bajocien), Calcaires compacts (Bathonien) et Dalle nacrée (Callovien inférieur). Parmi ces formes, les dolines, de dimensions pluridécamétriques, sont les plus nombreuses et sont représentées surtout par des dolines dissymétriques localisées surtout dans les vallées sèches souvent perchées au-dessus des vallées principales. Sous les deux plateaux, les circulations des eaux souterraines s’effectuent dans de vastes réseaux de galeries en partie noyées, pouvant atteindre 9 km (Deujeau) et participent à une réorganisation de drainage vers le Fossé de la Saône. L’essentiel du karst est un karst infra-talweg développé en lien avec l’intense fracturation des calcaires du Dogger, qui correspond à l’amont, aux pertes inscrites dans les percées cataclinales des bordures nord des deux plateaux, aux phénomènes karstiques situés dans les vallées sèches et aux circulations souterraines sous les vallées, ainsi qu’aux sources souvent abondantes Font de Champdamoy), situées dans les vallées des bordures méridionales des plateaux et de la bordure occidentale du plateau de Vesoul. Les galeries souterraines sont orientées le long de directions N10° à N40°, conformes à la fracturation régionale ou perpendiculaires à cette direction pour les réseaux se développant par érosion régressive à partir de la bordure ouest du plateau de Vesoul. Le karst infra-talweg concerne au moins en partie aussi les cavités perchées, façonnées en relation avec l’incision des vallées, comme la grotte des Equevillons (+113 m) façonnée en régime noyé. Le karst de contact lithostratigraphique est particulièrement discret sur le plateau de Vesoul en raison de la faible épaisseur des marnes du Callovo-Oxfordien recouvrant la Dalle nacrée (< 50 m). L’ancienneté de la karstification, attestée par l’existence de galeries perchées jusqu’à près de 350 m d’altitude absolue, est confortée par la longueur des galeries souterraines (10% > à 2 km), les dimensions des salles, ou de celles des dépressions fermées hectométriques drainées vers l’endokarst. Les cavités les plus anciennes pourrait remonter au début du Quaternaire, lorsque le soulèvement régional lié aux mouvements jurassiens a entraîné une incision les long des vallées de la Saône et de l’Ognon d’environ 50 m. De cette période, daterait le décapage des altérites ferrugineuses sur les plateaux et leur piégeage dans plusieurs grottes, comme celle des Equevillons. L’intense karstification des calcaires du Dogger, liée à leur fracturation, rattachent davantage les formes des plateaux de Vesoul et de Combeaufontaine à celles d’un karst jurassien, plutôt qu’à celles des plateaux de mêmes altitudes de l’Est du Bassin parisien. / The Dogger Limestones of the plateaus of Vesoul and Combeaufontaine, which are located in the northern margin of the Bresse graben, are one of the most karstified areas of Haute-Saône Department. These plateaus don’t have active superficial flows. They have numerous karstic forms (sinkholes, forest hollows and closed depressions of hectometric dimensions, interrupted flows, caves, vertical shafts) in the 5 limestones formations of the Middle Jurassic (Dogger) : “Calcaires à entroques”, “Calcaires à polypiers”, “Grande Oolithe” (Bajocian), “Calcaires compacts” (Bathonian) et “Dalle nacrée” (Lower Callovian). The most numerous exokarstic forms are the multidecametric asymmetrical sinkholes, located on sections of dry valleys above the main valleys. Under the both plateaus, the subterranean waters flow in a vast networks of galleries, which could reach 9 km (Deujeau) and participate in a reorganization of drainage towards the graben of the Saône. The main part of the karst is an infra-talweg karst, which is developed in connection with the greatly fractured Dogger limestones. Its corresponds, upstreams, to the sinkholes of the consequent valleys located on the Dogger cuesta on the Northern borders of the both plateaus, under these plateaus, to the karstic active forms situated in dry valleys and to the subterranean circulations, and, on the Southern borders of these plateaus and the western border of the plateau of Vesoul to abundant emergences (Font of Champdamoy) situated in the main valleys. The subterranean galleries are oriented towards the N10° to N40° directions, in accordance with the regional faults or perpendicularly to these directions due to regressive erosion of the rivers from the Western border of the plateau of Vesoul. The infra-talweg karst also concerns high cavities, shaped in connection with valleys incision, as the cave of Equevillons (113 m) which has been shaped under conditions of drowned palaeovalleys. The forms of the lithostratigraphic karst is particularly not very numerous on the Vesoul plateau due to the low thickness of the Callovo-Oxfordian marls located on the « Dalle nacrée » formation (50 m deepth). The old age of the karstification is attested by the presence of karstic galleries until about 350 m ASL of absolute height, by the galleries lengths (10 % > 2 km), the sizes of the caves, or the presence of hectometric closed karstic depressions drained towards the endokarst. The most ancient cavities could be attributed to the beginning of the Quaternary Period, when a regional uplift occured in connection with the Jura tectonic movements and cause a general incision reaching 50 m deepth along the Saône and the lower Ognon valleys. The erosion of the ferruginous weathering profiles of the plateaus and the trapping of weathered sediments in caves (e.g. Equevillons) may be dated to this period. The intense karstification of the fractured Dogger limestones is closer to the forms of the Jura karst, rather than those of the Eastern Paris Basin, which is present at similar altitudes.

Au sein de l’hémisphère sud, l’Afrique australe et le sud-ouest de l’océan Indien forment l’une des trois zones préférentielles de développement des interactions entre les tropiques et les moyennes latitudes. Il s’agit de la Zone de Convergence Sud-Indienne (ZCSI) où se forment, principalement en été austral, des systèmes synoptiques (entre 3 et 5 jours) caractérisés par des bandes nuageuses orientées nord-ouest/sud-est : les Talwegs Tropicaux-Tempérés (TTT). Cette recherche doctorale vise à améliorer les connaissances liées aux TTT, avec une étude sur la dynamique associée à ces systèmes et une analyse de leur évolution possible au cours du XXIème siècle. La première partie de l’étude s’attache à identifier les conditions favorables à la formation et au développement des TTT. Une classification en régimes de temps est utilisée pour identifier les TTT d’une part, et les perturbations des moyennes latitudes d’autre part, permettant de mieux documenter la variabilité spatio-temporelle des TTT et les conditions de leur développement. Ces événements sont responsables d’environ 20% des précipitations saisonnières sud-africaines. Cette contribution augmente selon un gradient ouest-est. La comparaison entre les deux classifications confirme que les perturbations des moyennes latitudes sont une condition nécessaire pour le développement de TTT, mais non suffisante. Dans les tropiques, des advections d’humidité depuis l’océan Atlantique tropical associées à un excès d'énergie statique humide sur le canal du Mozambique forment les conditions supplémentaires favorables à la convection atmosphérique profonde à proximité du continent. La seconde partie étudie comment les TTT, les précipitations et de manière plus générale le climat d’Afrique australe, pourraient évoluer au cours du XXIème siècle sous l’effet du forçage radiatif associé aux émissions de gaz à effet de serre (GES). Cette approche est multi-modèle (huit modèles climatiques sont retenus de l’exercice 5 du GIEC) et multi-trajectoire (RCP 8.5 et 2.6). Les huit modèles restituent convenablement les caractéristiques actuelles du climat d’Afrique australe ainsi que les bandes nuageuses associées aux TTT, tant en termes de variabilité spatiale que de fréquence d’occurrences. Sur le XXIème siècle, ils divergent sur l’évolution des précipitations saisonnières (NDJF). En revanche, ils convergent sur l’augmentation des quantités précipitées par jour de pluie sur le sud-est de l’Afrique australe. Ces changements ne sont pas à relier à une évolution spatio-temporelle des TTT, leur structure spatiale, leur fréquence d’occurrence et leur contribution aux précipitations restent stationnaires tout au long du siècle, mais à des événements pluviogènes extrêmes plus fréquents et plus intenses. / In the Southern Hemisphere, Southern Africa and the south-west Indian Ocean are one of the three preferred regions where interactions between the tropics and midlatitudes develop. This is the South Indian Convergence Zone (SICZ), where northwest-southeast oriented cloud bands form at the synoptic scale (between 3 and 5 days). These bands are mainly found during the austral summer and are commonly referred to as tropical temperate troughs (TTTs). This research aims at improving our knowledge related to TTTs, with a study on the dynamics associated with these systems, and an analysis of their possible evolution during the 21st century.The first part of this thesis aims at identifying favorable conditions for the formation and the development of TTTs. Weather regimes analysis is used to identify TTTs on the one hand and mid-latitude perturbations on the other hand, allowing us to better document the spatial and temporal variability of TTTs together with background climate conditions. The events identified account for 20% of seasonal rainfall on average. Their contribution increases according to a west to east gradient. The comparison between these two classifications, partitioned using a k-means clustering, first confirms that midlatitude perturbations are a necessary condition for TTT development, but they are not sufficient. An excess of moist static energy over the Mozambique Channel partly supplied by advections from remote regions (mostly the southern Atlantic basin and the south-west Indian Ocean) form additional conditions favoring deep atmospheric convection over and near the Southern Africa. The second part investigates possible changes in precipitation, TTTs and more generally climate over Southern Africa during the 21st century in response to radiative forcing associated with greenhouse gas emissions (GHG). A multi-model (height climate models taken on the IPCC Fifth Assessment Report) and multi-scenario (RCP 8.5 and 2.6) approach is chosen. All models are skillful to reproduce Southern Africa current climate characteristics and cloud bands associated with TTTs, both in terms of spatial variability and frequency of occurrences. During the 21th century, there is no consensus between the models on the future evolution of seasonal rainfall (NDJF). However, all simulate an increase in the amounts precipitated by rainy day over the south-east part of southern Africa. These changes are not related to an evolution of TTTs: their spatial patterns, frequency of occurrences and contribution to rainfall remain stationary throughout the 21st century, but they associated with extreme rainfall events that become more frequent and more intense.