La redistribution temporelle et spatiale des masses environnementales déforment la surface de la Terre. Ces déformations sont observables par des techniques de géodésie spatiale telles que le GNSS. Depuis que les produits d'orbite et d'horloge très précis de l'IGS sont disponibles, que des algorithmes sophistiqués ont été développés, l'iPPP a ouvert une nouvelle ère pour l'analyse du GNSS et pour son application dans les études géophysiques. Ce travail fait partie des premières études pour analyser les différents effets de surcharge, en utilisant des séries temporelles de positionnement, en particulier avec le logiciel GINS-PC et les nouveaux produits d'orbite et d'horloge REPRO2 du GRGS (GR2). Nous visons à exploiter les positions sub-diurnes d'iPPP pour étudier divers effets de déformation de la Terre à différentes échelles de temps: sub-diurne à saisonniers et annuels. Notre objectif est de contribuer à la validation des modèles géophysiques, à l'observation des différents phénomènes non-maréaux, mais aussi de présenter la performance du mode iPPP et du logiciel GINS-PC. Ce dernier est un outil puissant pour les applications géodynamiques, qui permet d'étudier l'influence des effets de surcharge sur l'interprétation géodésique des séries temporelles. Après un aperçu des principales déformations de la surface de la Terre, nous présentons les techniques de géodésie qui ont déjà démontré leur potentiel dans l'analyse de déformation, en particulier dans les études de déformation de surcharge. Nous présentons ensuite la technique de GNSS et le mode de traitement iPPP que nous utilisons pour l'analyse des données. Nous montrons ensuite les résultats de deux études régionales. La première analyse étudie l'influence des effets de surcharge sur la détermination des vitesses tectoniques dans la chaîne des Pyrénées à partir de campagnes GNSS espacées dans le temps. Le deuxième cas d'étude tente de suivre l'évolution spatiale et temporelle des déformations induites par un événement de tempête extrême, à savoir la tempête Xynthia qui a eu lieu en France en 2010. Cette étude tente également d'identifier la réponse dynamique de l'océan pour le système de basse pression atmosphérique se déplaçant rapidement en utilisant des séries temporelles sub-diurnes. Enfin, nous allons vers une étude globale qui pose les bases pour de futures recherches. / The temporal and spatial redistribution of the environmental masses deform the surface of the Earth. These deformations are observable by space geodetic techniques such as GNSS. Since highly accurate IGS satellite and clock data are available and sophisticated algorithms have been developped, the integer fixed ambiguity Precise Point Positioning (iPPP) method opened a new era for the Global Navigation Satellite System (GNSS) analysis and its application in geophysical studies. This work is among the first studies to investigate the different loading effects using iPPP time series, particularly using the GINS-PC software and the new, reprocessed REPRO2 orbit and clock products of GRGS (GR2). We aim to exploit the sub-daily iPPP time series to study various Earth deformation effects at different time scales, from sub-daily to seasonal and annual periods. Our goal is to contribute to the validation of geophysical models, to the observation of the various non-tidal phenomena, as well as the presentation of the performance of the iPPP mode and the GINS-PC package that is a powerful tool for geodynamical applications, and to investigate the influence of the loading effects on geodetic time series interpretation. After an overview of the main deformations of the Earth's surface, we present the geodetic techniques that already demonstrated their potential in deformation analysis, in particular in loading deformation studies. We then review the GNSS technique and the iPPP processing mode as it was our choice for the data analysis. We then demonstrate two regional studies. The first one investigates the influence of the loading effects on GNSS campaign to determine tectonic velocities in the Pyrenees mountain chain. The second case study attempts to track the spatial and temporal evolution of an extreme storm event, the Xynthia windstorm that occured in France, in 2010. This study also tries to identify the ocean's response to the fast moving low pressure system using sub-daily iPPP time series. Finally we go towards a global study which gives base for future research.

Les submersions marines d’origine météorologique sont des catastrophes naturelles majeures, responsables chaque année de milliers de morts et de milliards d’euros de dégâts. La partie centrale du Golfe de Gascogne est un territoire particulièrement vulnérable à cet aléa, comme nous l’a rappelé la forte submersion engendrée par la tempête Xynthia en 2010. L’objectif de ce travail est d’améliorer la compréhension des surcotes et des submersions marines dans cette zone de France dans une approche pluridisciplinaire mêlant la géomorphologie, l’océanographie et l’analyse d’archives historiques. Afin de juger du caractère exceptionnel de Xynthia, une recherche de l’ensemble des submersions marines qui ont affecté la région d’étude depuis 500 ans a été menée. La modélisation numérique des surcotes des 5 tempêtes engendrant des submersions au 20ème siècle, révélées par ces recherches, montre que des conditions météo-marines variées ont induit des niveaux d’eau et des submersions comparables à ceux provoqués par Xynthia. Ce constat est en désaccord avec les estimations de périodes de retour de niveau marin extrêmes basées sur l’analyse statistique de mesures marégraphiques et met en avant l’apport de l’approche historique dans de telles problématiques. Devant la forte vulnérabilité des Pertuis Charentais aux submersions marines, la modélisation statique de la submersion marine, méthode simple mais néanmoins fréquemment utilisée pour estimer l’extension des zones inondées, a été évaluée. Cette méthode fournit de bonnes estimations de l’extension de l’inondation dans les zones de faibles altitudes caractérisées par une faible distance entre le trait de côte et la limite continentale de la zone inondable, mais mauvaises lorsque cette distance est grande. En effet, lorsque l’inondation se propage loin du trait de côte, la dynamique de l’écoulement ne peut plus être négligée sur ces grandes distances. Afin d’anticiper de futures submersions, deux configurations des digues ont été testées par modélisation numérique au travers de l’exemple de l’estuaire de la Charente. Les hauteurs d’eau et l’inondation de Xynthia sont simulées en augmentant la hauteur des digues de l’estuaire, empêchant toute inondation des zones basses adjacentes ; puis en abaissant les digues bordant l’estuaire au niveau des plus hautes marées astronomiques et en créant une seconde rangée de digues protégeant les zones habitées. Cette seconde configuration permet l’inondation des zones non habitées mais empêche l’inondation des zones à enjeux importants, comme la ville de Rochefort. Il est montré que la rehausse de l’ensemble des digues entraîne des niveaux d’eau supérieurs de 1.2 m à Rochefort par rapport à la simulation sans modification de digues, alors que l’abaissement de celles-ci et la protection des zones à forts enjeux ne modifient pas la hauteur d’eau dans l’estuaire. Ainsi, la rehausse des digues côtières n’est pas une solution systématique car la protection contre l’inondation de toutes les zones côtières peut augmenter la vulnérabilité des zones à forts enjeux. / Storm-induced coastal flooding are major natural disasters, responsible for thousands of deaths and billions of euros of damages each year. The central part of the Bay of Biscay is vulnerable to this hazard, as recently shown by the strong flooding induced by Xynthia in 2010. This study aims to improve the understanding of storm surges and coastal floods in this area of France, using several methods such as numerical or static modeling. To assess the uniqueness of Xynthia, historical researches of coastal floods affecting the study area for 500 years was conducted. Numerical modeling of the storm surges related to 5 storms of the 20th century revealed by these researches shows that various meteo-oceanic settings induced water levels and coastal floods comparable to those caused by Xynthia. This finding challenges return periods estimations of extreme sea levels based on statistical analysis of tide gauges measurements and highlights the contribution of the historical approach to such issues. Given the high vulnerability on coastal floods of Pertuis Charentais, static modeling, a simple but frequently used method to estimate the extension of flooded areas is evaluated. This analysis shows that this method provides good estimations of flood extents in low-lying areas characterized by a small distance between the shoreline and the continental limits of the lower area, but bad estimations when this distance is large. These poor performances when floods spread away from the coastline are explained by the dynamics of the flow, which can no longer be ignored. Two coastal defenses strategies are investigated in the Charente-river Estuary by numerical modeling. Water levels and coastal floods induced by Xynthia are simulated with increased dikes height, preventing flooding of adjacent low-lying areas, and then with dikes lowered to highest high spring tide height and with a second rank of dikes preventing flooding of important issues areas, such as the town of Rochefort. It is shown that raising dikes leads to higher levels of 1.2 m in Rochefort compared to the simulation without changing dikes, while protecting issues do not affect the water level in the estuary. Thus, it is demonstrated that the systematic raising of dikes is not a solution because it can increase the vulnerability of important issues areas.

Cette thèse de doctorat porte sur l’analyse des dommages et sur l’évaluation des coûts induits sur les habitations par les submersions marines. L’étude se base sur les données d’assurance de deux évènements récents ayant touché la France et causé des submersions sur les côtes bretonnes et atlantiques : les tempêtes Johanna (mars 2008) et Xynthia (février 2010).Dans un premier temps, l’analyse des données d’expertise et d’indemnisation d’assurance, en lien avec celle des paramètres de l’aléa et des enjeux exposés, a eu pour but la meilleure compréhension des différents types de dommages, et l’explication des coûts observés. En parallèle, un travail de modélisation de l’aléa a été réalisé à une échelle régionale, afin de déterminer des indicateurs des forçages météo-marins, et à une échelle locale, afin de préciser les processus d’endommagement sur les sites étudiés pour les deux tempêtes. La caractérisation de la vulnérabilité et de la valeur des enjeux (coûts de construction) a été menée à l’aide de différents paramètres issus de bases de données nationales (INSEE et IGN) et de campagnes de terrain.Dans un second temps, les informations recueillies ont permis la construction de modèles empiriques de prédiction du coût des dommages aux habitations spécifiques à l’aléa submersion marine, outils aujourd’hui inexistants en France. Les différents types de modèles testés sont basés sur des approches statistiques univariées (fonctions d’endommagement) et multivariées. L’apport des données d’assurance à la réalisation de tels modèles est discuté, et des recommandations ainsi que des perspectives de recherche sont évoquées, afin de rendre ces modèles opérationnels et d’augmenter leur capacité de prédiction des coûts d’évènements catastrophiques futurs. / This PhD work aims at analysing damage and evaluating costs related to coastal flooding on residential buildings. The study is based on insurance data from two recent storm events, which caused coastal flooding in the Brittany and Atlantic regions in France: the storms Johanna (March 2008) and Xynthia (February 2010).At first, the analysis of insurance indemnities and loss adjustment data, in connection with hazard parameters, and exposed assets characteristics, allowed a better understanding of the different types of damage and costs observed. At the same time, hazard models were carried out at a regional level, in order to identify meteorological forcing indicators, and at a local level, in order to link damages to the associated physical flooding processes on the studied sites. The characterization of the asset’s vulnerability and values (construction costs) was conducted using different parameters from national databases (INSEE and IGN) and field survey.In a second step, empirical cost-assessment models were built on the basis of the data analysed, using univariate (damage functions) and multivariate statistical approaches. This study is the first attempt in France to elaborate models for the prediction of damage costs linked to coastal flooding on housing. The contribution of insurance data to the implementation of such models is discussed, and recommendations and research perspectives are expressed, in order to make the models operational and to increase their capacity to predict future catastrophic events costs.

La thèse, inscrite en octobre 2009, a été rattrapée par l’actualité, suite aux submersions liées à la tempête Xynthia de février 2010. En raison du changement climatique et de la pression foncière toujours plus forte sur le littoral, la vulnérabilité des activités humaines à la submersion marine ne fera que croître, en fonction de l’élévation du niveau marin. Les outils juridiques doivent donc se renouveler : non seulement ils doivent garantir que cesse l’urbanisation sur les zones vulnérables du littoral, mais ils doivent également accompagner la relocalisation de certains biens ou activités déjà menacés en associant acteurs publics et assureurs. L’anticipation nécessaire aujourd’hui doit permettre de réfléchir de façon participative aux notions de solidarité, d’équité, ainsi qu’à l’acceptabilité des solutions à mettre en œuvre à l’avenir. La thèse porte sur les moyens juridiques et assurantiels qui peuvent être mis en œuvre pour réduire la vulnérabilité des biens et des activités humaines face aux submersions marines, et sur la mise en œuvre de moyens de protection, de prévention, et/ou d’adaptation pour réduire les conséquences humaines et économiques de ce risque. L’observation des outils existants et de leurs limites conduit à rechercher et proposer de nouveaux mécanismes juridiques innovants. Parallèlement à la question du rôle des acteurs publics, étatiques ou locaux, se pose celle de l’assurabilité de ce risque émergent et de l’impact qu’il peut avoir sur les enjeux financiers des assureurs. De fait, le rôle que ces derniers peuvent jouer dans l’élaboration de stratégies de prévention ou de mitigation de ces risques peut s’avérer important / This thesis, registered in October 2009, has been effected by recent revents; the floods that were caused by the storm, Xynthia, in February, 2010. Due to the climate change and to the land pressure still stronger on the coast, the vulnerability of the human activities in the flooding will only increase, according to the rise of the marine level. The legal tools thus have to be renewed: they have not only to guarantee the stop of the urbanization on the vulnerable zones of the coast, but they also have to accompany the relocation of some properties or activities already threatened by associating public actors and insurers. Today, the necessary anticipation has to allow to think in a participative way about the notions of solidarity, equity, and also the acceptability of the solutions to be implemented in the future. This thesis concerns the implementation of legal and insurance means to reduce the vulnerability of the properties and human activities in front of the floodings, and of the means of protection, prevention, and/or adaptation to reduce the human and economic consequences of this risk. The observation of the existing tools and their limits, leads to look for and to propose new innovative legal mechanisms. At the same time, as the question of the role of the public, state or local actors, settles the insurability of this emergent risk and the impact he can have on the financial stakes of the insurers. Actually, the role which the insurers can play in the elaboration of strategies of prevention or mitigation of these risks can become important

Cette thèse de doctorat porte sur l'analyse des dommages et sur l'évaluation des coûts induits sur les habitations par les submersions marines. L'étude se base sur les données d'assurance de deux évènements récents ayant touché la France et causé des submersions sur les côtes bretonnes et atlantiques : les tempêtes Johanna (mars 2008) et Xynthia (février 2010).Dans un premier temps, l'analyse des données d'expertise et d'indemnisation d'assurance, en lien avec celle des paramètres de l'aléa et des enjeux exposés, a eu pour but la meilleure compréhension des différents types de dommages, et l'explication des coûts observés. En parallèle, un travail de modélisation de l'aléa a été réalisé à une échelle régionale, afin de déterminer des indicateurs des forçages météo-marins, et à une échelle locale, afin de préciser les processus d'endommagement sur les sites étudiés pour les deux tempêtes. La caractérisation de la vulnérabilité et de la valeur des enjeux (coûts de construction) a été menée à l'aide de différents paramètres issus de bases de données nationales (INSEE et IGN) et de campagnes de terrain.Dans un second temps, les informations recueillies ont permis la construction de modèles empiriques de prédiction du coût des dommages aux habitations spécifiques à l'aléa submersion marine, outils aujourd'hui inexistants en France. Les différents types de modèles testés sont basés sur des approches statistiques univariées (fonctions d'endommagement) et multivariées. L'apport des données d'assurance à la réalisation de tels modèles est discuté, et des recommandations ainsi que des perspectives de recherche sont évoquées, afin de rendre ces modèles opérationnels et d'augmenter leur capacité de prédiction des coûts d'évènements catastrophiques futurs.