L'évolution géodynamique néogène des Andes équatoriennes a été enregistrée dans les séquences sédimentaires syn-orogéniques qui se sont déposées dans les bassins d'avant-arc, sur la façade pacifique, dans les bassins intra-montagneux, à l'axe de la chaine, et dans le bassin d'avant-pays, sur le versant amazonien. Nous avons réalisé une analyse stratigraphique et structurale ainsi qu'une évaluation de la masse sédimentaire accumulée dans ces bassins, a partir de données de sismique, de forages et de campagnes de terrain. L'évolution néogène peut ainsi être divisée en quatre périodes : 1) au miocène inferieur (23-21 a 14-12 ma), les flux sédimentaires a dominante argileuse alimentent les bassins avant-arc de Manabi et Progreso. Leur activité tectonique et leur géométrie sont contrôlées par des décrochements dextres associes a l'obliquité de la subduction a la marge équatorienne. Aucun bassin n'existe à l'axe de la chaine. Le bassin flexural amazonien est le réceptacle de dépôts importants provenant du craton guayanais et de la cordillère orientale. 2) au miocène moyen terminal (14-12 a 10-9 ma) les bassins intramontagneux s'ouvrent en transtension dextre. Dans l'ensemble de l'avant-arc, les flux sédimentaires diminuent et le matériel dépose devient géeseux. 3) au miocène supérieur (10-9 ma a 5,3 ma) les cordillères occidentale et orientale se soulèvent. Les bassins intramontagneux sont inverses et se ferment en transpression dextre. Le bassin amazonien enregistre une subsidence flexurale. 4) du pliocène a l'actuel, la chaine équatorienne est dans sa phase orogénique majeure. L'érosion domine dans le domaine montagneux en surrection. La zone subandine est comprimée et soulevée, permettant la mise en place définitive du système de drainage amazonien actuel. L'entrée en subduction de la ride de Carnegie provoque l'émersion des bassins avant-arc de Manabi et Progreso. Le bassin du golfe de Guayaquil s'ouvre et enregistre les plus forts taux d'accumulation de masse du néogène.

Les glaciers des régions sub-polaires entre 45 et 60°S ont reculé dramatiquement au cours du dernier siècle. L'archipel des Kerguelen (49°S, 69°E) constitue un site unique dans ces régions où peu d'observations sont disponibles pour comprendre le recul glaciaire. Situés à faible altitude et proches de l'océan, ses glaciers ont montré une sensibilité particulière aux variations atmosphériques et océaniques. Ainsi, depuis les années 60, la calotte Cook (~400 km2) a reculé de manière spectaculaire, perdant 20% de sa surface en 40 ans. L'objectif de mon travail de thèse était d'évaluer l'état actuel et futur de la calotte, et de comprendre les causes de ce recul tout en les replaçant dans un contexte global. Pour ce faire, un réseau météorologique et glaciologique a été mis en place en 2010 sur l'archipel et des campagnes de mesures ont depuis été réalisées annuellement. L'analyse de ces mesures nous permet de confirmer le bilan de masse négatif de la calotte. Parallèlement, l'étude de l'albédo de l'ensemble de la calotte Cook à partir d'images satellites MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) permet d'évaluer l'évolution de la ligne de neige de la calotte depuis 2000, mettant en évidence une réduction importante de sa zone d'accumulation au cours des dix dernières années. La modélisation du bilan de masse de la calotte Cook à l'aide d'un modèle degré-jour couplé à une routine dynamique révèle par ailleurs que son retrait est principalement dû à une forte diminution des précipitations sur l'archipel depuis les années 60. Afin de replacer le recul des glaciers aux îles Kerguelen dans un contexte global, les tendances climatiques sur l'ensemble des zones subpolaires sont étudiées, faisant apparaître que la zone sub-Antarctique est actuellement celle où les retraits sont les plus forts à l'échelle du globe. Pour comprendre ces variations, nous analysons un ensemble complet de jeux d'observations de terrain, de satellites et de résultats de modélisation : réanalyses, modèles de l'exercice CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5), observations de température atmosphérique et océanique, précipitations, etc. Ceux-ci révèlent un réchauffement et un assèchement quasi généralisé de l'ensemble de la zone 40-60° S, lié à un déplacement vers le sud des zones dépressionnaires en réponse aux phases de plus en plus fréquemment positives du mode annulaire austral (Southern Annular Mode, SAM). Le recul récent des glaciers des îles Kerguelen, mais également d'autres zones glaciaires des régions subpolaires de l'hémisphère sud, est donc principalement lié à un déficit d'accumulation causé par le SAM, et amplifié par le réchauffement atmosphérique. L'évolution future du bilan de masse de la calotte Cook aux îles Kerguelen est évaluée grâce au Modèle Atmosphérique Régional (MAR), forcé à ses frontières par les modèles de l'exercice CMIP5. Des simulations du bilan de masse récent sont d'abord effectuées sur base des réanalyses ERA-Interim et NCEP1, et comparées aux observations in situ. Parallèlement, des simulations d'un an sont réalisées avec le désagrégateur de précipitations SMHiL (Surface Mass balance High resolution downscaLing) en sortie du MAR, à différentes échelles, afin d'évaluer l'impact du changement d'échelle sur la représentation des précipitations. Une évaluation des modèles CMIP5 par rapport à ERA-Interim sur la période récente est ensuite réalisée sur base de certaines variables climatiques-clé. Le modèle le plus proche d'ERA-Interim sur la période récente, et les deux modèles les plus extrêmes sont ensuite utilisés pour forcer le MAR sur le prochain siècle, et les sorties de bilan de masse de surface sont analysées de manière critique. L'analyse du retrait de la calotte des îles Kerguelen à l'aide de différents outils a permis de mieux comprendre le lien entre glaciers et climat, mettant en évidence le rôle majeur du SAM, mais a également soulevé de nouvelles questions. / Glaciers of the southern hemisphere sub-polar regions between 45 and 60°S have declined dramatically over the last century. The islands of Kerguelen archipelago (49°S, 69°E) represent a unique location in regions where few data are available to understand glacier retreat. Situated at low altitudes and close to the ocean, their glaciers have shown particular sensitivity to atmospheric and oceanic variations. Thus, since the 1960s, the Cook Ice Cap (~400km2) has retreated spectacularly, losing 20% of its area in 40 years. The aim of my thesis was to assess the present and future state of the ice cap, and to understand the causes of this decline while putting them in a global context. To do so, a meteorological and glaciological network was set up in 2010 on Kerguelen archipelago and field campaigns have been carried out annually since then. Analysis of these measurements confirms the negative mass balance of Cook Ice Cap. In parallel, the study of the albedo over the whole ice cap from MODIS satellite images (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) gives us access to the evolution of the snow line since 2000, highlighting an important reduction of Cook Ice Cap accumulation area over the last decade. Mass balance modelling of the Cook Ice Cap using a degree-day model coupled to a simple ice motion routine further reveals that its retreat is mainly due to a strong decrease in precipitation over the Kerguelen Islands since the 1960s. In order to put the decline of the cryosphere on Kerguelen in a global context, climatic trends over the whole sub-polar regions are studied, revealing that the sub-Antarctic area is currently the one where glacier retreat is the strongest. To understand these variations, we analyse a complete set of field and satellite observations and modelling results : reanalyses, models from the CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5) experiment, atmospheric and oceanic temperature and precipitation observations, etc. The latter show warming and quasigeneralised drying of the whole 40-60°S area, linked to the southward shift of storm tracks in response to the more frequent positive phases of the Southern Annual Mode (SAM). Recent glacier retreat on Kerguelen archipelago, and for other glaciers and ice caps located at similar latitudes, is thus mainly due to a deficit of accumulation caused by the SAM, and amplified by atmospheric warming. The future evolution of Cook Ice Cap mass balance is evaluated using the MAR (Modèle Atmosphérique Régional) model, forced at its boundaries by CMIP5 models. Recent mass balance simulations are first carried out using ERA-Interim and NCEP1 reanalyses, and compared to in situ observations. In parallel, one-year simulations are produced with the precipitation desagregation scheme SMHiL (Surface Mass balance High resolution downscaLing) on MAR outputs, at various scales, in order to evaluate the impact of downscaling on precipitation. An evaluation of CMIP5 models over the recent period against ERA-Interim is then carried out, considering certain key climatic variables. The model closest to ERA-Interim as well as the two most extreme models are then used to force the MAR model over the next century, and surface mass balance outputs are critically analysed. The analysis of the decline of the Kerguelen ice cap using different tools and techniques brought new insights on the link between glaciers and climate, highlighting the major role of the SAM, but also raised new questions.

Une étude de terrain réalisée dans le massif du Mont Blanc a été couplée à une étude expérimentale de laboratoire (en collaboration avec le GFZ-Potsdam) dans le but de comprendre les relations entre déformation, transferts de matière et de fluide dans les roches quartzo-feldspathiques. Une attention particulière a été portée aux transferts de matière par diffusion qui sont le plus souvent négligés.<br />Une étude pluridisciplinaire basée sur des observations de terrain, des analyses géochimiques et pétrologiques a été réalisée dans le massif du Mont Blanc. Des transferts de matière associés à divers degrés d'interactions fluide-roche couplés à la déformation ont été identifiés. Au cœur du massif la remontée d'un front métasomatique responsable de transformations majeures du granite (précipitation intense de biotites et de chlorites magnésiennes) implique la circulation de fluides profonds magnésiens à travers l'ensemble du massif. Le réseau de zones de cisaillement et l'épisyénitisation du granite (perte du quartz et de la biotite dans le granite situé aux épontes de veines ouvertes) apparaissent comme essentiellement contrôlés par la déformation, plutôt que par la circulation de fluides externes. <br />Des expériences ont été réalisées en laboratoire afin de contraindre les mécanismes supposés participer aux transferts de matière dans le massif du Mont Blanc. Des expériences de dissolution-cristallisation sous contrainte indiquent que ce processus est efficace aux conditions de la croûte supérieure sous des conditions isotropes. Un processus similaire pourrait donc être responsable de la formation des épisyénites du Mont Blanc. Une étude identique réalisée avec des billes de verre témoigne de la compétition de plusieurs processus aussi bien ductiles (plasticité, dissolution-cristallisation sous contrainte) que fragiles (fracturation). Ces expériences montrent également que la présence d'une faible quantité de fluide dans la porosité favorise la déformation. Des expériences conduites sous un gradient de température permettent de déterminer la séquence de cristallisation résultant du refroidissement d'un fluide dont la composition est tamponnée par celle du granite encaissant. La séquence de cristallisation observée expérimentalement (quartz, feldspath alcalin, mica et argile) ne correspond pas aux précipitations observées dans les zones de cisaillement, ce qui semble en accord avec l'hypothèse que les zones de cisaillement puissent se former en système presque clos, avec des interactions fluide-roche limitées. Enfin une série d'expériences a été réalisée, également sous gradient thermique, afin de quantifier le coefficient de diffusion de la silice dans l'eau pure aux conditions de la croûte moyenne.

Face au changement climatique global, il est de plus en plus important de prêter attention à la performance thermique-hydro-mécanique des constructions géotechniques sous l'effet des conditions atmosphériques. L'objectif principal de cette étude est d'étudier le comportement hydro-thermique des sols soumis au effets du changement climatique par la modélisation numérique.Un modèle hydro-thermique couplé est tout d'abord développé pour décrire le comportement du sol hydro-thermique. La théorie utilisée pour décrire l'interaction sol-atmosphère est présentée sous forme des bilans de masse et d'énergie. Ensuite, une approche numérique pour analyser le comportement hydro-thermique du sol est proposée en combinant le modèle hydro-thermique couplé avec un modèle d'interaction sol-atmosphère. La validation de cette approche est réalisée par la comparaison entre les résultats numériques obtenus en utilisant le code FreeFem++ et les données des essais de la colonne de séchage qui sont trouvées dans la littérature. Cette approche est d'abord utilisée pour la modélisation numérique des essais à la chambre environnementale, réalisés par Song en 2014. Des résultats de simulation satisfaisants sont obtenus en termes de variations de la température et de la teneur en eau volumétrique du sol. Ensuite, cette approche est appliquée à deux remblais, à Héricourt et à Rouen. Pour le remblai d’Héricourt, une étude numérique a été menée pour une durée de 20 jours. La bonne concordance obtenue entre les résultats de simulation et les mesures montre que l'approche proposée est pertinente pour l'analyse du comportement hydro-thermique du sol dans le cas de remblais bidimensionnels. Elle prouve également que les conditions aux limites et les paramètres du sol adoptés sont appropriés. Dans le cas du remblai de Rouen, deux périodes différentes, 187 jours et 387 jours, sont prises en considération. On vérifie également la bonne performance de l'approche proposée pour estimer le comportement hydro-thermique du remblai sous l'effet du climat. La comparaison entre les calculs et les mesures révèle également l'importance d'adopter correctement les conditions aux limites thermiques et hydrauliques ainsi que les paramètres du sol. De plus, à partir des simulations numériques, plusieurs suggestions sont faites pour collecter des données d'entrée dans l'application de cette approche pour prédire les variations de la température et de la teneur en eau du sol à plus long terme / Facing the global climate change, it is more and more important to pay attention to the thermal-hydro-mechanical performance of geotechnical constructions under the effect of atmospheric conditions. The main objective of this study is to investigate the hydro-thermal behavior of soil subjected to climate change through numerical modelling.A coupled hydro-thermal model is developed for describing the coupled hydro-thermal soil behavior. The soil-atmosphere interaction is studied through the mass and energy balances. Afterwards, a numerical approach to estimate soil hydro-thermal behavior by integrating the coupled hydro-thermal model with a soil-atmosphere interaction model is proposed. The validation of this approach is performed through the comparison between the numerical results using FreeFem++ code and the experimental data available from column drying tests reported in literature. This approach is firstly used for the numerical modelling of the environmental chamber tests carried out by Song in 2014. Satisfactory simulation results are obtained in terms of variations of soil temperature and soil volumetric water content. Afterwards, this approach is further applied to two cases of embankments, in Héricourt and in Rouen respectively. For Héricourt embankment, a numerical investigation was conducted for 20 days, and a good agreement between simulation results and filed measurements is obtained, showing that the proposed approach is suitable for analyzing the soil hydro-thermal behavior in the case of two-dimensional embankments. It proves also that the boundary conditions and the soil parameters adopted are appropriate. In the case of Rouen embankment, two different periods, 187 days and 387 days, are considered. The good performance of the proposed approach in estimating the embankment hydro-thermal behavior under the climate effect is also verified. The comparison between calculations and measurements also reveals the importance of appropriately adopting the thermal and hydraulic boundary conditions as well as the soil parameters. Based on the numerical simulations, several suggestions are made in terms of collection of input data for the application of this approach to predict soil temperature and volumetric water content variations in longer term