Ce travail, basé sur l'utilisation des déséquilibres radioactifs des isotopes du thorium (Th), a été réalisé dans le but de quantifier les flux de particules et les échanges entre la phase dissoute et particulaire dans trois bassins océaniques distincts. En mer de Barents, région peu profonde, les mesures de flux de 234Th dans la colonne d'eau ont montré qu'en été les pièges à particules avaient une bonne efficacité de collecte. Pour estimer les flux de Carbone Organique Particulaire (POC) exportés, on utilise un rapport POC/234Th. Ce dernier est 10 fois plus faible dans les grosses particules piégées que dans les particules en suspension. Ceci est sans doute dû à une reminéralisation préférentielle du POC sur le 234Th et à une prépondérance de pelotes fécales dans les pièges. Ces résultats montrent l'importance des grosses particules dans le flux vertical de matière. Cela suggère que les valeurs d'export de carbone basé sur la composition des particules en suspension dans les autres régions de l'Arctique ont été sans doute surestimées. Dans le secteur Indien de l'océan Austral, les estimations des flux de POC exportés sont maximum dans la région du Front Polaire (PFZ). Les profils de 230Th dans la colonne d'eau montrent un renouvellement rapide des eaux de fond (1-15 ans) dû à l'écoulement de l'eau Nord-Atlantique Profonde (NADW) et de l'eau Antarctique de Fond (AABW) dans la zone d'étude. Les processus dynamiques concernant les particules marines en surface ont pu être quantifiés grâce au couplage 230Th-234Th. Ces estimations suggèrent que les grosses particules filtrées ont une vitesse de chute plus faible dans la zone au nord du front des Aiguilles (AF). En outre, on a pu constater que les processus de désorption et de désagrégation étaient rapides conséquence, sans doute, de la présence de matière détritique importante et/ou d'activité bactérienne intense limitant ainsi l'export de matière organique vers le fond. Dans le cadre des travaux menés en mer Méditerranée Occidentale, l'utilisation des isotopes 230Th et 232Th dans les expériences d'incubations in vitro de grosses particules marines nous ont permis de montrer que le processus d'agrégation des grosses particules filtrées doit être pris en compte dans les modèles concernant la dynamique des particules. D'autre part, les résultats suggèrent que les flux d'éléments réfractaires sont dominés par la dissolution des particules continentales provenant des marges. Pour quantifier les apports des particules lithogènes en Méditerranée Occidentale, il convient donc de prendre en compte le transport advectif.

Ce travail a pour but de déterminer le coefficient d'infiltration et d'expliquer la circulation superficielle et profonde du bassin versant du Bruyant/Cuves de Sassenage/Furon .

Les Latosols correspondent à environ 40% du Plateau Central brésilien. Ils sont caractérisés par une faible activité de l'argile, une faible différenciation de leurs horizons, une macrostructure peu développée et une microstructure en revanche très développée représentée par des microagrégats de 50 à 300 µm de diamètre. Dix Latosols (L) ont été sélectionnés le long d'une toposéquence régionale d'environ 350 km de long qui recoupe la Surface Sud Américaine (SAS) (L1 à L4) et la Surface Velhas (VS) (L5 à L10). Ces différents Latosols rendent compte de la variabilité de composition granulométrique et minéralogique, et de celle de matériau parental que l'on peut rencontrer dans le Plateau Central brésilien. Nos résultats montrent que la variabilité de proportion de gibbsite et de kaolinite peut s'expliquer à la fois par l'âge de la surface géomorphologique et les conditions hydriques en fonction de la position topographique au sein de chaque toposéquence. Les résultats montrent également que la structure microagrégée ne varie pas en fonction de la composition granulométrique ou minéralogique. Elle est apparue en revanche liée à la bioturbation du sol par les termites. Il a aussi été montré que les microagrégats des Latosols étudiés ne sont pas rigides mais diminuent de volume lors de la dessiccation. De plus, la composition minéralogique de la fraction argileuse ne jouerait qu'un rôle marginal dans les variations du volume poral lors de la dessiccation. Les microagrégats des Latosols situés sur la SAS diminuent moins de volume lors de la dessiccation que les microagrégats situés sur la VS, cette différence serait liée à leur histoire hydrique. Enfin, les propriétés de rétention en eau et la conductivité hydraulique à saturation varient respectivement en fonction de la teneur en argile et du développement des pores de diamètre supérieur à 300 µm, et par conséquent sans lien étroit avec la minéralogie de la fraction argileuse.

Les micrométéorites antarctiques (MMAs) échantillonnent le matériel présent lors des premiers instants de la formation du système solaire. Deux nouvelles familles de MMAs, bien préservées de l'altération terrestre ont été identifiées dans la collection CONCORDIA 2006: (i) les MMAs à grain fin (FgF ¬- Fine-grained Fluffy), et (ii) les MMAs ultracarbonées (UCAMMs - Ultracarbonaceous Antarctic Micrometeorites). Les FgF présentent des caractéristiques similaires à celles des particules de poussières interplanétaires (IDPs). Les UCAMMs ont une composition exceptionnellement riche en carbone (50 à 90 vol%). Les caractéristiques des MMAs ont été comparées aux résultats récents obtenus par la mission de retour d'échantillons cométaires STARDUST. Les MMAs ont été caractérisées par des observations spectroscopiques, minéralogiques, pétrographiques et isotopiques. Le degré d'ordre structural de la matière carbonée des MMAs a été analysé par spectroscopie Raman. Les résultats montrent qu'environ 65% des MMAs contiennent une matière carbonée présentant un fort degré de désordre. Le radical nitrile a été identifié dans une UCAMM. La minéralogie des UCAMMs a été décrite par microscopie électronique à transmission, afin de mieux comprendre leur processus de formation et d'évolution. Les minéraux principaux (olivines, pyroxènes et sulfures de fer) sont généralement présents sous forme d'agrégats, rarement sous forme de minéraux isolés ou dans des objets présentant une texture ignée. Des objets similaires aux Glass with Embedded Metal and Sulphides des IDPs ont été identifiés dans une UCAMM. La matière carbonée de ces UCAMMs est très enrichie en deutérium, jusqu'à 30 fois la valeur terrestre. L'association d'une matière carbonée avec une composante minérale formée à haute température confirme la présence d'un mécanisme de transport dans le disque protoplanétaire. Les MMAs offrent une opportunité unique d'étudier le continuum astéroïde-comète.

Ce document résume les travaux de recherche effectués au BRGM depuis la fin de ma thèse dans la thématique de la mesure de la déformation de la surface du sol à partir de techniques de télédétection spatiales. Les applications de ces techniques s'inscrivaient dans la perspective d'une contribution à l'évaluation de risques naturels ou anthropiques et par conséquent ciblaient les phénomènes entrant dans ces domaines (tels que subsidence urbaine et minière, glissement de terrains, séismes,...). Nous avons principalement utilisé des techniques d'interférométrie radar satellitaires (conventionnelle et persistent scaterrers) et de corrélation d'images. Ces techniques peuvent apporter une alternative ou un complément aux techniques de surveillance au sol nécessaires au suivi de ces phénomènes. Le document présente notre contribution à cette thématique aussi bien sur le plan méthodologique (évaluation et amélioration des techniques) que des applications (analyses en termes de phénomènes ou de conséquences en terme de risques). Les publications les plus représentatives parmis celles qui ont découlé de ses travaux sont incluses dans le document.

L'objectif de cette thèse est d'analyser les impacts des changements climatiques sur l'évolution des glaciers alpins. L'impact le plus direct concerne les changements des bilans de masse des 25 dernières années. L'analyse des bilans de masse de plusieurs glaciers au cours des 50 dernières années indique un signal commun sur l'ensemble de la chaine alpine. Il en résulte des variations très importantes de la dynamique des glaciers, en terme de variations d'épaisseur, de longueurs et de vitesses d'écoulement. Le réchauffement climatique a également un impact sur le régime thermique des glaciers "froids" de très haute altitude. Enfin, notre étude s'est intéressée à 3 cas de risque d'origine glaciaire qui sont les séracs de Taconnaz, le lac de Rochemelon en 2005 et la poche d'eau du glacier de Tête Rousse.

La "Central Asian Orogenic Belt" (CAOB), également connue sous le nom d'"Altaïdes" est en général considérée comme le résultat d'accrétions répétées d'arcs volcaniques et de microcontinents le long de la bordure Sud du craton sibérien et associée à une période de croissance continentale qui s'étend du Néoprotérozoïque au Mésozoïque supérieur. Une approche pluridisciplinaire incluant une analyse stratigraphique et structurale et une étude de terrain menée dans la région de Patom nous permet de préciser l'histoire géodynamique de la région. Les successions sédimentaires observées confirment l'existence d'une mise en place de marge passive au Riphéen supérieur (autour de 900 Ma), suivie durant le Vendien inférieur (vers 630-600) de l'obduction de la ceinture ophiolitique de Baïkal- Muya et de l'inversion du foredeep riphéen. Ce premier stade d'accrétion n'induit pas de déformations significatives et apparaît plutôt comme un épisode de "soft-docking". Une longue période de relative quiescence tectonique est ensuite enregistrée jusqu'à la phase de collision principale (au Carbonifère) attestée par de nouvelles contraintes sur les âges (datations, thermochronologie basse température, analyse géochimiques). La géodynamique régionale est donc marquée par une évolution lente avec de longues périodes de stabilité de plus de 250 Ma séparant des épisodes de collage tectoniques. Nous observons également une déformation limitée et de faibles taux de raccourcissement qui semblent caractéristiques d'un contexte péricratonique, et nous en concluons que les orogène d'accrétions sont immatures. D'autre part, des analyses de traces de fission sur apatites (thermochronologie basse température) ont été effectuées sur des échantillons de la plateforme sibérienne, de la chaîne de Patom et des bassins cénozoïques du système de rift Nord Baïkal. Ces nouvelles données révèlent des mouvements verticaux relatifs et montrent clairement une réactivation des principales limites tectoniques paléozoïques au Jurassique supérieur - Crétacé inférieur. Ces résultats mettent en évidence les stades successifs de collages tectoniques et d'accrétions de terranes entre le Néoprotérozoïque et le Mésozoïque, montrent le rôle joué par la rhéologie et la forme du craton sur les structures et les déformations de la chaîne de Patom, et soulèvent la question de la stabilisation des cratons et des orogènes d'accrétion péricratoniques, ainsi que de la croissance continentale par ce type de processus.

La caractérisation d'un environnement tel que le milieu urbain est une tâche délicate car ce milieu est un phénomène complexe par différents aspects. Parmi ceux-ci, l'aspect géographique est considéré comme le plus important qui puisse être étudié par les technologies d'acquisition et les techniques d'analyse de la télédétection. En particulier, la télédétection hyperspectrale a montré son potentiel pour l'acquisition de données et l'extraction d'informations nécessaires pour la modélisation du milieu urbain. Dans cette thèse, pour l'analyse d'image hyperspectrale, deux stratégies supervisée et non supervisée ont été choisi. Nous avons appliqué les techniques de Mise en Correspondance Spectrale, en tant que les méthodes supervisées, en vue de la cartographie des matériaux urbains. Afin d'améliorer les résultats de ces techniques, nous avons proposé une technique de fusion au niveau de la décision. Par ailleurs, une technique non supervisée basée sur l'Analyse en Composantes Indépendantes pour la séparation spectrale et la classification, comme une solution de problème de mélange, est proposée. Elle emploie la technique de groupage C-Moyens Flou, afin d'obtenir une carte de classification floue et sub-pixelique. Ces techniques sont employées sur les données images hyperspectrales acquises par le capteur CASI sur la ville de Toulouse, en France. Elles sont enregistrées en 32 canaux spectraux avec la résolution spatiale de 2 mètres et 48 canaux en 4 mètres de résolution spatiale. Enfin, nous avons comparé les résultats de ces méthodes avec des données de vérité terrain et une évaluation du taux d'erreur de classification a été réalisée pour toutes les techniques.

Le lien entre les mécanismes de déformation macroscopique et les mécanismes de déformation microscopique lors du plissement n'est pas complètement établi, et cela malgré les différents travaux effectués sur cette thématique. Dans le but de mieux comprendre le mécanisme de plissement, ce travail a consisté à étudier comment, où et quand la déformation interne des strates s'exprime pendant la "vie" d'un pli. Cet objectif a pu être atteint par une combinaison inédite des résultats d'analyses micro- et mésostructurales. Cette combinaison a englobé des résultats d'analyses des macles de la calcite (méthodes d'Etchecopar et de Groshong), des résultats d'analyses des propriétés magnétiques et élastiques (anisotropie de susceptibilité magnétique ; ASM, anisotropie de vitesse des ondes P ; AVP) et des résultats d'analyses de la fracturation et des failles. L'analyse des macles de la calcite par la méthode d'Etchecopar et l'analyse des failles sont de bons outils pour la quantification des paléocontraintes encaissées au cours du plissement, tandis que l'analyse de l'ASM, de l'AVP et des macles de la calcite par la méthode de Groshong nous aide à caractériser la microdéformation enregistrée par les couches plissées. Durant cette étude, on a été confronté à quelques problèmes qui concernent les limites d'utilisation de ces méthodes d'analyses, comme la signification du signal magnétiques dans les roches diamagnétiques ou les roches faiblement magnétiques pour l'ASM, ou comme la valeur du seuil de maclage pour des cristaux de calcite de très petite ou de très grande taille. La combinaison de ces différentes méthodes d'analyses et de leurs données a été un moyen de passer outre ces difficultés et d'en tirer le maximum de résultats. Ces méthodes ont été appliquées à deux structures plissées: Sheep Mountain (Wyoming, USA) qui est un analogue de réservoirs mixtes grès/carbonates et Kuh-e Khaviz (Iran) qui est un analogue de réservoirs carbonatés fracturés, et sur la province du Fars appartenant à la chaîne plissée du Zagros (Iran). On a pu établir l'histoire tectonique complète de la genèse du pli de Sheep Mountain, incluant l'empreinte laissée par l'orogénèse Sevier et les effets de l'orogénèse Laramienne, et cela avec les détails de l'évolution des orientations et des grandeurs des contraintes au cours du plissement. Plus régionalement, dans la province du Fars la comparaison des données structurales obtenues par ces différentes méthodes a montré une stabilité et une constance directionnelle des états de contraintes orogéniques dus à la convergence entre les plaques Arabie-Eurasie à long et à court-terme depuis ~20 Ma. Le fait que cette dernière ne soit pas très oblique dans le Fars explique l'absence d'un partitionnement dans cette région. Un partitionnement qu'on note dans la région du Dezful, dans laquelle on a étudié l'anticlinal de Khaviz par une analyse des macles de la calcite. Cette analyse a permis de retracer l'évolution des orientations des contraintes avant, pendant et après le plissement, ce qui a conduit à une meilleure compréhension et interprétation de l'histoire de la fracturation. Régionalement, dans le Dezful la combinaison des données de macles avec celles de la fracturation et des failles a permis de confirmer le partitionnement suggéré par de précédents travaux et de mieux contraindre la période à laquelle ce dernier s'est initié. Outre les conclusions locales et régionales propres à chacun des chantiers et des conclusions sur les méthodes et leurs limites, la combinaison des résultats de ces différentes méthodes d'analyse a permis de confirmer la complémentarité existant entre les mécanismes de déformation à différentes échelles, avec une prédominance de la microdéformation avant le plissement s.s. et après ce dernier, et une primauté de la macro- et de la méso-déformation pendant le plissement s.s., et d'établir une histoire tectonique complète du plissement.

Cette étude s'inscrit dans le cadre de la modélisation distribuée à base physique des interactions entre processus de surface et de subsurface. Une nouvelle approche de modélisation, dite darcéenne multidomaine , est présentée. Les équations de Richards et de l'onde diffusive sont respectivement utilisées pour décrire le processus d'infiltration et de ruissellement. L'équation de l'onde diffusive est transformée en une équation de diffusion non linéaire similaire à l'équation de Richards. L'écoulement d'eau à la surface du sol est alors assimilé à un écoulement dans un milieu poreux aux propriétés particulières. Une couche de milieu poreux, appelée couche de ruissellement, est introduite dans le domaine de calcul. L'ensemble de la dynamique surface/subsurface est alors décrite dans un continuum darcéen par une seule équation de Darcy non linéaire avec des paramètres domaine-dépendants. Cela permet notamment d'imposer une continuité hydraulique entre l'eau de surface et l'eau de subsurface. Un modèle de transport permettant de s'attaquer à la problématique de la séparation d'hydrogramme est également implémenté. Le modèle développé est évalué à partir de cas tests classique de la littérature. Une analyse de sensibilité ainsi qu'une étude détaillée du ruissellement hortonien sont ensuite présentée. Enfin, l'expérience réalisée par l'IRD sur la parcelle de Thies au Sénégal est reproduite. Les résultats sont encourageants et laisse penser que l'approche de modélisation développée permet de reproduire correctement à petite échelle la dynamique fortement couplée des systèmes hydrologiques de type parcelle ou versants.