La pollution atmosphérique et ses conséquences sur la santé et l'environnement constituent un domaine d'étude complexe à cause du nombre de phénomènes physiques mis en jeu. L'objectif de ce travail est d'étudier les principales caractéristiques de l'écoulement et de la dispersion d'un scalaire passif au sein de la canopée urbaine. Pour ce faire, un code numérique a été développé. Il résout les équations de Navier-Stokes dans le cadre d'un écoulement incompressible pour une atmosphère neutre en faisant usage de la méthode de la compressibilité artificielle selon la méthode des volumes finis. Le modèle de Spalart-Allmaras a été utilisé pour la modélisation de la turbulence. La canopée urbaine est explicitement prise en compte et est modélisée par un groupe d'obstacles de forme cubique. Le code fut d'abord testé pour des configurations bidimensionnelles avec un seul et 4 obstacles en configuration alignée selon deux approches : une simulation stationnaire RANS et instationnaire URANS qui reproduit le décrochement tourbillonnaire. La prise en compte du décrochement tourbillonnaire se traduit par une diffusion dans le sillage turbulent du groupe d'obstacles. Les résultats ont été comparés à des mesures expérimentales et d'autres résultats numériques de référence dans la bibliographie et montrent l'amélioration du champ de vitesse moyen par l'approche code fut ensuite testé sur un cas tridimensionnel avec un groupe d'obstacles organisés selon 2 configurations géométriques: alignée et en quinconce. Afin d'éliminer les effets des conditions aux limites, l'écoulement fut calculé sur un volume élémentaire de calcul en utilisant des conditions aux limites périodiques. Deux types de simulations furent réalisés: l'approche RANS classique et la version DDES du modèle de Spalart-Allmaras. L'écoulement obtenu par la DDES améliore de façon significative les résultats par rapport au RANS en comparaison de mesures expérimentales de simulation directe et montrent la bonne potentialité du modèle. La dispersion d'un scalaire passif émis au sein de la canopée fut obtenue sur un domaine plus important comprenant 16 volumes élémentaires par le biais des conditions aux limites périodiques utilisées. Une analyse du champ de concentration a ensuite été réalisée et des comparaisons effectuées en fonction du type de calcul et de la configuration géométrique. / Atmospheric pollution and its impact on health and the environment depend on many physical phenomena, and this makes it a difficult subject to study. The main objective of this work is to investigate the main characteristics of the flow and dispersion of a passive scalar in the urban canopy. Specifically, the urban canopy is simulated by a group of cubical obstacles in a neutrally-buoyant atmospheric boundary layer. A numerical code bas been developed as a tool to aid in this study; flow is computed by solving the Navier-Stokes equations for an incompressible flow, using a finite volume approach, and the method of artificial compressibility. The turbulence is modeled using the method proposed by Spalart and Allmaras. The code was tested first in a 2-D configuration, for flow over a single obstacle, and over a group of 4 obstacles; in both cases two types of simulation were studied: a stationary RANS simulation, and an unsteady RANS (URANS), which reproduced vortex shedding from the obstacles. The explicit inclusion of vortex shedding in the URANS simulation leads to diffusion in the obstacle wakes, and the results compare better with experimental measurements and other published numerical simulations than do those for the RANS simulations. The code was then tested for some 3-D cases consisting of a group of obstacles arrangcd either in aligned or staggered configurations. In order to avoid the influence of boundary conditions, the flow field was simulated using periodic boundary conditions and a small sub-unit from the group of obstacles. Two types of simulation were performed: a classical RANS type calculation and the DDES proposed by Spalart and Allmaras. The results obtained using the ODES agree much more closely with experimental measurements and the results of other numerical simulations than do those obtained using RANS, and indicate the potential of this approach. The dispersion of a passive scalar in the urban canopy was simulated on a much larger domain consisting of 16 of the sub-units used to compute the flow field. The concentration fields were analyzed to show the influence of the geometrical configuration and the type of model.

Dans un contexte de changements globaux, il est primordial de mettre au point des pratiques de gestion durable des forêts tropicales assurant le maintien de services environnementaux clés (e.g., biodiversité, stockage de carbone) et la production de biens essentiels aux communautés locales. La mesure, la spatialisation et la compréhension des déterminismes de la structure des forêts tropicales est un challenge pour la gestion durable des ressources forestières. Les forêts denses humides (FDH) de Nouvelle-Calédonie, un point chaud de biodiversité localisé dans le Pacifique Sud-Ouest, sont un modèle d'étude idéal pour comprendre les déterminants de la structure des FDH. En effet, les FDH néo-calédoniennes sont réparties le long d’une chaîne de montagne et sont ainsi soumises à de forts gradients environnementaux auxquels se superposent différents gradients de perturbations naturelles ou anthropiques. Les objectifs de cette thèse sont (i) de définir les caractéristiques structurales des FDH néo-calédoniennes, (ii) de cartographier les FDH et prédire leur structure à large échelle, et (iii) de quantifier l'influence de l’environnement et des dynamiques forestières sur la structure des FDH. Pour cela, 23 parcelles d’inventaire forestier de 100 m x 100 m ont été mise en place en Province Nord, entre 250 et 900 m d'altitude et 1500 et 3000 mm de précipitations annuelles. En plus de caractériser localement la structure des FDH, ces parcelles ont permis de calibrer un modèle prédictif basé sur l’analyse de la texture de la canopée, à l'aide la méthode FOTO (FOurier transform Textural Ordination), qui a été appliqué à huit images satellitaires à très haute résolution Pléiades (couvrant 1295 km2). Un tel modèle capable de lier texture et structure repose sur le postulat que la relation allométrique entre le DBH (Diameter at Breast Height) et l'aire de la couronne des arbres de canopée est stable. Nous avons également testé cette relation à échelle pantropicale. Nos résultats ont montré que les FDH néo-calédoniennes sont denses (1182 ± 233 tiges/ha), ont une aire basale élevée (44 ± 11 m2/ha), une canopée relativement basse (14 ± 3 m) et une biomasse aérienne caractéristique des forêts tropicales (299 ± 83 t/ha). Elles se distinguent également par une importante variabilité structurale. Cette variabilité est du même ordre que ce soit le long de gradients environnementaux ou de gradients de succession forestière. La méthode FOTO appliquée aux images Pléiades a permis de prédire et de spatialiser des paramètres structuraux clefs (tels que la densité de tiges et la biomasse aérienne des FDH) à partir de corrélations robustes avec les indices de texture de la canopée (R² ≥ 0,6; RMSE ≤ 20%). La structure des FDH est principalement dirigée par l'insolation potentielle et l'altitude à l'échelle des massifs montagneux, et par la pente et un indicateur topographique d'humidité à l'échelle du versant. Ces travaux permettront d'estimer les ressources forestières à l'échelle de la Nouvelle-Calédonie et de définir une nouvelle typologie des FDH sur le territoire intégrant leur variabilité structurale. / In the course of global change, new practices of sustainable management in tropical rainforests that maintain key environmental services (e.g., biodiversity, carbon sequestration) and produce goods on which local communities rely is needed. The measurement, spatialization and understanding of the drivers of rainforest structure at large scale is challenging for managing sustainably forest resources. Rainforests of New Caledonia, a biodiversity hotspot located in the South-West Pacific, are a well-suited study model to explore the drivers of rainforest structure. Indeed, New Caledonian rainforests are distributed along a mountain chain, which creates strong environmental gradients overlaid by a range of natural and anthropogenic disturbance gradients. The aims of this thesis are (i) to define some structural features of New Caledonian rainforests, (ii) to map rainforests and to predict their structure at large scale, and (iii) to quantify the influence of the environment and the forest dynamics on rainforest structure. To this end, 23 one hectare forest inventories were set up in the North Province of New Caledonia. In these plots, elevation ranged between 250 and 900 m and annual rainfall between 1500 and 3000 mm. In addition to characterize locally rainforest structure, these plots were used to calibrate a predictive model based on a textural analysis of the canopy, using the FOTO (FOurier transform Textural Ordination) method, which was applied to eight very high resolution images from a Pléiades satellite (covering 1295 km2). Such a model able to relate texture and structure is based on the hypothesis that the allometric relationship between the DBH (Diameter at Breast Height) and the crown size of a canopy tree is stable. We tested this hypothesis tropics-wide. Our results show that New Caledonian rainforests are dense (1182 ± 233 tree/ha), with a high basal area (44 ± 11 m2/ha), a relatively low canopy (14 ± 3 m) and an above-ground biomass typical of tropical rainforests (299 ± 83 t/ha). These forests are also characterized by a high structural variability. This variability has the same range when influenced by environmental gradients as when influenced by forest succession gradients. The FOTO method applied to Pléiades images allowed to predict and spatialize key structural parameters (like the stem density or the above-ground biomass of rainforests) from robust correlations with the textural indices of the canopy (R² ≥ 0,6; RMSE ≤ 20%). The structure of New Caledonian rainforest is mainly driven by the potential insolation and the elevation at the scale of mountain massifs, and by the slope and the topographic wetness at the scale of a mountainside. These findings will enable to estimate rainforest resources across the territory and to define a new typology of New Caledonian rainforests taking into account their structural variability.

La représentation des phénomènes météorologiques est un enjeu essentiel en Informatique Graphique dans l’optique d’obtenir des scènes extérieures visuellement réalistes. Depuis quelques années, les chercheurs se sont penchés sur la simulation de la pluie en synthèse d’images. Ce mémoire a pour but de présenter deux méthodes de rendu : une première méthode pour le rendu de la pluie, et une seconde pour le rendu des égouttements provenant des arbres. Notre modèle de rendu de pluie est une méthode multi-échelle permettant de tenir compte des propriétés locales et globales de ce phénomène. Nous avons réussi à mettre en corrélation la densité des gouttes proches de l’observateur (échelle mésoscopique) avec l’atténuation de la visibilité (échelle macroscopique), en fonction d’un seul paramètre global cohérent : l’intensité des précipitations. Cette méthode a fait l’objet d’une publication [56] dans la revue Computers & Graphics en 2015. D’autre part, nous basons notre méthode pour le rendu des égouttements sur une approche phénoménologique. Une telle approche s’avère plus adaptée pour gérer les grands espaces, et présente l’avantage d’être indépendante de la complexité de la scène. L’approche choisie s’appuie sur des expérimentations et des mesures hydrologiques effectuées par des chercheurs spécialisés dans l’hydrologie des forêts. Nous proposons ainsi un modèle d’égouttement cohérent, tenant compte des propriétés intrinsèques à chaque type d’arbres. Cette méthode a fait elle aussi l’objet d’une présentation à la conférence Eurographics Symposium on Rendering (EGSR) ainsi qu’une publication [57] au journal Computer Graphics Forum (CGF) en 2016. / This dissertation aims to present a coherent multiscale model for real-time rain rendering which takes into account local and global properties of rainy scenes. Our goal is to simulate visible rain streaks close to the camera as well as the progressive loss of visibility induced by atmospheric phenomena. Our model proposes to correlate the attenuation of visibility, which is due in part to the extinction phenomenon, and the distribution of raindrops in terms of rainfall intensity and camera's parameters. Furthermore, this method proposes an original rain streaks generation based on spectral analysis and sparse convolution theory. This allows an accurate control of rainfall intensity and streaks appearance, improving the global realism of rainy scenes. We also aim at rendering interactive visual effects inherent to complex interactions between trees and rain in real-time in order to increase the realism of natural rainy scenes. Such a complex phenomenon involves a great number of physical processes influenced by various interlinked factors and its rendering represents a thorough challenge in Computer Graphics. We approach this problem by introducing an original method to render drops dripping from leaves after interception of raindrops by foliage. Our method introduces a new hydrological model representing interactions between rain and foliage through a phenomenological approach. Our model reduces the complexity of the phenomenon by representing multiple dripping drops with a new fully functional form evaluated per-pixel on-the-fly and providing improved control over density and physical properties. Furthermore, an efficient real-time rendering scheme, taking full advantage of latest GPU hardware capabilities, allows the rendering of a large number of dripping drops even for complex scenes.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR (Agence National de la Recherche) "Flowres" ayant pour objectif d’améliorer la prédiction des crues extrêmes. Il a récemment été démontré que le dérèglement climatique tend à augmenter la fréquence et l’intensité de ces événements extrêmes, provoquant ainsi de nombreux dégâts, notamment dans les zones urbaines. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier les configurations extrêmes, où une "canopée urbaine" est faiblement immergée. Cette étude repose sur une série de mesures expérimentales réalisées en canal hydraulique à surface libre, dans lequel différentes profondeurs de canopée et niveau d’immersion ont été considérées. Les canopées étudiées sont composées d’alignements d’éléments prismatiques. La première partie de ce travail à consister à élaborer le dispositif expérimental permettant d’acceder à la structure complète D de ces écoulements. Pour cela, un dispositif de PIV 2D-2C a été mis en place, couplé à l’utilisation de moyens techniques sophistiqués, comme des prismes transparents en verre BK7 ainsi qu’une optique télécentrique. Ce dispositif a permis d’obtenir des statistiques hautement résolues tant temporellement que spatialement, et ont aussi permis d’étudier la sensibilité de ces statistiques à l’échantillonnage spatial. Une fois le système de mesure mis en place, l’effet de l’immersion et de la profondeur de canopée sur la structure verticale 1D de ces écoulements a ensuite été étudiée. Les résultats montrent que la structure d’un écoulement dans une canopée profonde (k/` = 6) fortement immergée peut être décrite par différentes couches (sillage, couche de mélange, couche logarithmique). Cependant, la diminution de l’immersion et/ou de la profondeur de canopée tend à forcer les interactions entre les couches, et en supprimer certaines dans certains cas. De plus, on remarque que pour de très faibles immersions, le tenseur total devient négatif. Afin de comprendre et caractériser ce phénomène inattendu, une analyse par quadrant du tenseur de Reynolds a été effectuée. Dans le cas d’écoulements fortement immergés, les éjections (Q 2 ) et les balayages (Q4 ) contribuent majoritairement à l’écoulement. Cependant, la diminution de l’immersion est accompagnée d’une augmentation importante d’événements Q 3 dans la canopée, conduisant à un tenseur de Reynolds négatif pour des cas extrêmes. Pour finir, la compréhension de ces écoulements turbulents par l’intégration des profils verticaux 1D a permis de déterminer les lois de frottement globales associées. Il a été montré qu’il est nécessaire de définir correctement les grandeurs utilisées pour le coefficient de frottement f 0 , comme une vitesse débitante prenant en compte la porosité de la canopée ou encore une vitesse de frottement u 0 basé sur le fond du canal et non sur le sommet des prismes. On observe une corrélation entre l’immersion de la canopée et le coefficient de frottement f 0 . De plus, deux comportements distincts semblent émerger pour les faibles (h/k < 4) ou fortes (h/k > 4) immersions. / This PhD work is part of the ANR project "Flowres" where aims is to improve the prediction of nextreme flood events. It has been shown that the climate change will increase the frequency and intensity of these extreme events, leading to major damages, especially in urban areas. The objective of this PhD was to investigate extrem configurations where urban canopy is weakly submerged. This work is based on experimental analysis carried out in a hydraulic open-channel flume in which various canopy depth and submergence levels were investigated. The canopies were built by alignment of prismatic roughness elements. The first part of this PhD work aimed at developping the experimental set-up allowing to obtain the complete structure of the flow. To this end, a PIV 2D-2C apparatus was used, paired with the use of advanced technical tools, such as prisms of BK7 glass and a telecentric optics. This set-up has enabled to obtain highly converged statistics (spatially and temporally), allow an investigation of sensitivity of these statistics to the spatial sampling. Once the experimental set-up designed, the effect of the flow immersion and of canopy depth on the 1D vertical structure was then investigated. Our results have shown that the flow structure of a depth canopy with an high submergence can be described by different (layers wake layer, mixing layer, logarithmic zone). A decrease of the submergence and/or the canopy depth increase interactions between the different layers, and sometimes, cancel it. Additionally, for some low submergence flow regimes, the total stress becomes negative. In order to understand and better characterize this unexpected result, we performed a quadrant analysis of the Reynolds stress. In the case of highly submerged flow, ejections (Q 2 ) and sweeps (Q 4 ) mostly contribute to the flow. By contrast, the decrease of the submergence is coupled with an significant increase of the Q3 event within the canopy. It can lead to a negative Reynolds stress in some flow regimes. Finally, the understanding of turbulent flows through integration of the 1D vertical profiles allowed calculation of thes associated global friction law. It has been shown that it is necessary to properlydefine the quantities used for the friction coefficient f 0 , such as a flow rate taking into account the porosity of the canopy, and a speed of friction u 0 based on the bottom of the channel (and not on the top of the prisms). There is a correlation between canopy submergence and the coefficient of friction f 0 . Moreover, two different behaviour appear for low submergence (h/k < 4) or high submergence (h/k > 4).

L’urbanisation croissante fait émerger des enjeux sociétaux et environnementaux relatifs à la pollution atmosphérique et au microclimat urbain. La compréhension des phénomènes physiques de transport de quantité de mouvement, de chaleur et de masse entre la canopée urbaine et la couche limite atmosphérique est primordiale pour évaluer et anticiper les impacts négatifs de l’urbanisation. Les processus turbulents spécifiques à la couche limite urbaine sont étudiés par une approche de simulation des grandes échelles, dans une configuration urbaine représentée par un arrangement de cubes en quinconce. Le modèle de sous-maille de type Smagorinsky dynamique est implémenté pour mieux prendre en compte l’hétérogénéité de l’écoulement et les retours d’énergie des petites vers les grandes structures. Le nombre de Reynolds basé sur la hauteur du domaine et la vitesse de l’écoulement libre est de 50000. L’écoulement est résolu dans les sous-couches visqueuses et le maillage est raffiné dans la canopée. Le domaine est composé de 28 millions de cellules. Les résultats sont comparés à la littérature et aux données récentes obtenues dans la soufflerie du LHEEA. Chaque contribution au bilan d’énergie cinétique turbulente est calculée directement en tout point. Cette information, rare dans la littérature, permet d’étudier les processus dans la sous couche rugueuse. Grâce à ces résultats 3D, l’organisation complexe de l’écoulement moyen (recirculations, vorticité, points singuliers) est analysée en relation avec la production de turbulence. Enfin, une simulation où les obstacles sont remplacés par une force de traînée équivalente est réalisée à des fins d’évaluation de cette approche. / The rapid development of urbanization raises social and environmental challenges related to air pollution and urban climate. Understanding the physical processes of momentum, heat, and mass exchanges between the urban canopy and the atmospheric boundary-layer is a key to assess,predict and prevent negative impacts of urbanization. The turbulent processes occurring in the urban boundary-layer are investigated using computational fluid dynamics (CFD). The unsteady flow over an urban-like canopy modelled by a staggered arrangement of cubes is simulated using large eddy simulation (LES). Considering the highspatial and temporal in homogeneity of the flow, a dynamic Smagorinsky subgrid-scale model is implemented in the code to allow energyback scatter from small to large scales. The Reynolds number based on the domain height and free-stream velocity is 50000. The near-wall viscous sub-layers are resolved and the grid is refined in the canopy resulting in about 28 million grid cells. LES results are assessed by comparison with literature and data recently acquired in the wind tunnel of the LHEEA. The turbulent kinetic energy budget in which all contributions are independently computed is investigated. These rarely available data are used to analyse the turbulent processes in the urban canopy. By taking advantage of the three-dimensionality of the simulated flow, the complex 3D time-averaged organization of the flow (recirculation, vorticesor singular points) is analyzed in relation with production of turbulence. Finally a drag approach where obstacles are replaced by an equivalent drag force is implemented in the same domain and results are compared to obstacle-resolved data.

Quantifier la totalité des apports atmosphériques, notamment particulaires, est nécessaire pour mieux comprendre les cycles biogéochimiques en vue d'une gestion durable des écosystèmes forestiers. En effet, l'intensification des récoltes de bois-énergie induit une pression nutritive supplémentaire sur les forêts. Le but de ce travail est de combler les lacunes concernant le dépôt atmosphérique particulaire (taux de dépôt, composition minéralogique et chimique), ainsi que d'étudier son influence sur les cycles biogéochimiques forestiers. Pour ce faire, un échantillonnage de 2 ans a été mis en place dans 4 hêtraies de la moitié Nord de la France. Un développement métrologique a été nécessaire pour concevoir les capteurs hors et sous canopée et pour séparer les particules de la phase dissoute puis compartimenter le dépôt particulaire en fonction du modèle conceptuel organo-minéral établi dans cette étude. Les résultats obtenus valident ce modèle et montrent (i) un taux de dépôt annuel de 19±3 kg.ha-1.an-1 de minéraux peu solubles témoignant d'origines diverses, (ii) des flux de nutriments inférieurs à ceux des dépôts dissous et de l'altération des minéraux du sol mais qui contribuent à améliorer la fertilité des forêts, (iii) un captage supplémentaire induit par la canopée et (iv) une dissolution des particules minérales lors de leur transport atmosphérique qui enrichit les précipitations en nutriments. Un échantillonnage optimisé sur le long terme est indispensable pour confirmer et préciser les tendances observées, en particulier concernant les épisodes de très fort dépôt particulaire et le dépôt sous la canopée / Quantifying the little-known inputs of atmospheric particulate deposition (APD) is critically important for a sustainable management of forest ecosystems. Indeed, harvesting and subsequent nutrient losses are going to increase so as to meet the demand in renewable energy, including fuel-wood. This work aims at filling this gap by (i) describing the deposition rate, mineralogical and chemical compositions of APD and (ii) evaluating the influence of APD nutrient inputs on forest biogeochemical cycles. To do so, 4 beech stands in North French forests were equipped for a 4-week sampling. After a metrological development, samplers out of and below canopy were used for a 2-year sampling, as well as methods to separate APD from atmospheric dissolved deposition. These methods were conceived to separate the organic and mineral fractions of APD according to the conceptual model designed in this work. My results validated this model and indicated (i) a quite constant deposition rate of 19±3 kg.ha-1.year-1 of hardly soluble minerals over the North of France, made of various minerals suggesting heterogeneous sources of particles, (ii) nutrient inputs inferior to those of atmospheric dissolved deposition and soil weathering, but improving ecosystem fertility, (iii) an interception effect of the canopy, and (iv) the dissolution of mineral particles in the atmosphere which enriched atmospheric dissolved deposition in nutrients. Extending and optimizing the sampling would allow confirming and clarifying these results, especially concerning high atmospheric load periods and APD below canopy

Cette thèse porte sur les interactions entre les déformations halocinétiques locales au sein des mini-bassins salifères et les déformations régionales compressives. L’étude s’appuie sur une analyse structurale multi-échelle détaillée d’une province à mini-bassins se développant dans le bassin d’avant pays de Sivas (Turquie). Une analyse de terrain approfondie, associée à une étude de données de subsurface, permet de proposer une révision des cartes géologiques ainsi qu’une évolution tectonosédimentaire identifiant les déformations liées à la tectonique salifère et celles liées à la propagation de la ceinture de plis et de chevauchements dans l’avant-pays. A partir de l’Eocène supérieur, le fluage del’évaporite autochtone, initié et entretenu par le chargement sédimentaire différentiel ainsi que par la déformation compressive, permet la formation d’une première génération de mini-bassins. Ces minibassins, constitués par une formation continentale Oligocène, vont être recouverts par une nappe d’évaporite allochtone accueillant une seconde génération de mini-bassins constitués de formations continentales et marines Oligo-Miocène. L’initiation du domaine de mini-bassins secondaires est caractérisée par une distribution polygonale du réseau de diapirs et de murs d’évaporites. Ces mini-bassins enregistrent localement les effets de la tectonique salifère par le développement d’une grande variété de structures halocinétiques à différentes échelles telles que les séquences halocinétiques unitaires (crochet et éventail), séquences composites (tabulaire ou fuseau) et megaflaps. Une série de modélisation analogique préliminaire amontré que ces structures peuvent se développer avec ou sans l’application d’une compression aux limites. De plus, les analogies géométriques entre les mini-bassins de Sivas et les provinces salifères connues suggèrent que la dynamique de formation de ces mini-bassins est au premier ordre contrôlée par le chargement sédimentaire différentiel, découplé partiellement de la compression régionale. Néanmoins, l’analyse du réseau de fractures et de l’endommagement matriciel souligne l’enregistrement précoce de la déformation compressive régionale lors de l’initiation des mini-bassins.L’influence du raccourcissement sur la structuration de la province à mini-bassins s’exprime de manière croissante par l’écrasement des corps salifères permettant : (i) le développement de dépocentres linéaires préférentiellement perpendiculaire à la direction de raccourcissement, (ii) l’émergence de corps allochtones d’évaporites en surface, ainsi que (iii) la rotation et translation des mini-bassins. Cette province à mini-bassins génère une discontinuité dans la propagation et l’accommodation de la déformation compressive : la déformation compressive est accommodée auniveau du réseau polygonal de murs d’évaporites formant des structures multidirectionnelles. De plus, cette concentration de la déformation par écrasement des structures salifères entraine la remobilisation des évaporites vers l’avant-pays générant alors un nouveau système salifère. / This doctoral work studies the interaction between withdrawal of minibasins and regional shortening during evolution of a foreland fold-and-thrust belt. This is achieved by a multiscale structural analysis of the Sivas Basin (Turkey). Extensive field work and regional seismic lines interpretations helped to build a new and detailed geologic map of the central Sivas Basin and to provide a new tectonosedimentary framework highlighting the influence of salt tectonics and the regional shortening, starting in the Late Eocene by the autochthonous evaporite deposition. This level is remobilized by the northward migrating sedimentary load, shortening and tilting of the basin southern margin during propagation of the foreland fold-and-thrust belt. Evaporite flow is recorded by the withdrawal of a primary generation of continental Oligocene minibasins which are then covered by an evaporite canopy. The canopy extending northward allows the development of second generation of continental to shallow marine mini-basins from Oligocene to Middle Miocene. Secondary minibasins initiation in the central part of the Basin, is characterized by sub-circular minibasins surrounded by polygonal diapirs and walls. Flanking these minibasins, a large variety of halokinetic structures is described: halokinetic sequences (hooks and wedges), composite halokinetic sequences and megaflaps. Preliminary sand-box modeling study suggests the development of thesehalokinetic structures both with and without shortening. Furthermore, minibasins geometries are closely similar to those imaged or mapped in other salt provinces suggesting that mini-basin withdrew is first control by sedimentary load, probably due to decoupling by the salt. However, the fractures and anisotropy of magnetic susceptibility analyses suggests the record of shortening since the minibasins initiation. The increase influence of regional shortening on the minibasins domain is expressed by salt walls and diapirs squeezing inducing: (i) the development of linear mini-basins perpendicular to the shortening direction, (ii) salt sheet emplacement and (iii) the translation/rotation of minibasins. The minibasins province produces a discontinuity for the fold-and-thrust belt propagation. Indeed, the minibasins province accommodates the shortening deformation along the polygonal network of salt walls and diapirs forming multidirectional structures. Furthermore, the regional shortening accommodation by salt structures squeezing produce an evaporitic remobilization and migration of a salt canopy toward the foreland basin. / Bu doktora tezi/çalışması, bir önülke kıvrım ve bindirme kuşağının evrimi sırasında minihavzaların çekilmesi ve bölgesel kısalma arasındaki etkileşimi konu edinir. Çoklu ölçekteki bu yapısal analiz Sivas Havzası (Türkiye) ölçeğinde gerçekleştirilmiştir. Kapsamlı saha çalışması ve bölgesel olarak sismik kesitlerden ortaya çıkarılan yorumlamalar, Sivas Havzası’nın orta kesiminde detaylı bir jeolojik haritalama yapımına yardımcı olmuş ve otokton evaporit depolanmasının başladığı Geç Eosen’den başlayarak havza için tuz tektoniği ve bölgesel kısalmanın etkisindeki yeni bir tektono-sedimanter çatının ortaya çıkarılmasına neden olmuştur. Söz konusu seviye, önülke kıvrım ve bindirme kuşağının ilerlemesisüresince kuzeye doğru sedimanter dolgunun göçüyle birlikte havzanın güney kenarında kısalıma uğrayarak ve eğim kazanarak remobilize olmuştur. Evaporit akışı, kıtasal Oligosen minihavzalarının ilksel olarak oluşumundan sonra çekilmesine bağlı olarak gözlenmiş ve sonrasında evaporit yaygılarıyla örtülmüştür. Kuzeye kadar uzanan bu yaygı, Oligosen-Orta Miyosen arasında kıtasaldan sonra sığ denizel tipteki ikincil minihavzaların gelişimine de neden olmuştur.Havzanın orta kesimindeki ikincil minihavza başlangıcı, poligonal diyapir ve duvarlar tarafından çevrelenen dairesel minihavzalarla karakterize olur. Bu minihavzaların kanatlarında halokinetik yapılar tanımlanmıştır. Kanca (hook) ve kama (wedge) tiplerde olmak üzere halokinetik seriler, kompozit halokinetik seriler ve megaflaplar bu yapılar arasında sayılabilir. Çalışmanın başlangıcında yapılan kum kutusu model deneyi, bu halokinetik yapıların kısalmayla veya kısalma olmaksızın geliştiğini göstermiştir. Buna ek olarak minihavzaların geometrisi, muhtemelen tuzun ayrışmasından dolayı tortul yükün ilkkontrolünden dolayı çekilen diğer tuz bölgelerinde önerilen haritalanmış minihavzalara benzerdir. Bununla birlikte kırık ve manyetik suseptibilite analizleri, minihavzaların başlangıcından itibaren kısalmanın kayıt edilebilmesi hakkında fikir vermektedir. Minihavza bölgelerindeki bölgesel kısalımın artışı, tuz duvarları ve diyapirlerin sıkışmasıyla birlikte(i) kısalma yönüne dik durumdaki çizgisel minihavzaların gelişimi, (ii) tuz örtülerinin yerleşimi ve (iii) minihavzaların yer değiştirmesi veya dönmesiyle açıklanır. Minihavzalar bölgesi, kıvrım ve bindirme kuşağının gelişimi için bir süreksizlik üretir. Aslında, minihavzalar birçok yönde yapılar oluşturarak tuz duvarları ve diyapirlerin polygonal şekildeki yerleşimi boyunca kısalma deformasyonuna eşlik eder. Üstelik, tuz yapılarının eşlik ettiği bölgesel kısalma önülke havzalarına doğru evaporitik bir göçe de neden olmaktadır.

Les paysages ruraux et urbains sont caractérisés par une très forte hétérogénéité spatiale liée à la présence de végétation, bâtiments, clairières, routes, ..., ayant des propriétés physiques, des états hydriques et une résistance au vent très variables. Cette hétérogénéité locale des surfaces ajoutée à la topographie agissent sur les échanges entre la canopée et l'atmosphère, et donc sur les champs atmosphériques (vent, température, humidité), générant des conditions micrométéorologiques complexes sensibles à cette hétérogénéité. La modélisation des champs micrométéorologiques à l'échelle de paysages ruraux et urbains est important i) pour améliorer les prédictions météorologiques, en particulier les événements locaux, mais aussi ii) pour de nombreux domaines de la recherche environnementale liés par exemple à la climatologie urbaine, à la qualité de l'air, à la dissémination de grains de pollen transgéniques, à la stabilité des peuplements au vent, à la propagation des feux de forêt, aux échanges de CO2 entre la biosphère et l'atmosphère, etc. Ceci est d'autant plus vrai dans le contexte du changement climatique et notamment du possible accroissement des événements extrêmes aux conséquences environnementales, sanitaires et économiques lourdes. Bien que la modélisation des champs microméteorologiques ne puisse pas influer sur ce changement, elle peut être un outil pour comprendre l'impact du changement climatique sur les écosystèmes, pour explorer différents aménagements des surfaces rurales et urbaines, ou pour modifier les pratiques agricoles, afin de limiter les conséquences de ces événements extrêmes. Mes travaux de recherche au cours de ces dix dernières années ont principalement eu pour objectif de (i) développer et valider des modèles de canopées urbaine et rurale pour une meilleure simulation des champs micrométéorologiques à l'échelle paysages complexes, et (ii) d'étudier à partir de ces modèles l'impact des hétérogénéités de surface et de la petite topographie sur ces champs, sur la stabilité des arbres au vent, et sur la dispersion de pollen de maïs. Après une revue générale du contexte scientifique dans lequel mes travaux de recherche se situent, je décline mes principaux résultats de recherche suivant les quatre thématiques : 1) modélisation de la canopée urbaine, 2) dynamique du vent à l'échelle de couverts hétérogènes, 3) interaction vent-plante, et 4) dispersion environnementale de grains de pollen de maïs. Un bilan scientifique et académique est ensuite fait avant de présenter mon projet de recherche pour les années à venir.

L’objectif de ce travail est d’étendre l’étude locale de la stabilité linéaire des interactions fluide-structure à des domaines peu ou pas encore abordés dans la littérature ; l’influence des interfaces poroélastiques sur les couches limites bidimensionnelles, tridimensionnelles, ou aspirées, ainsi que l’écoulement dans une canopée modélisé par un profil de vitesse réaliste, sont ainsi traités. Les résultats révèlent que dans les couches limites 3D, la compliance réduit le domaine d’instabilité du mode TS dominant mais fait apparaître des modes hydroélastiques ; à l’inverse, la perméabilité stabilise ces derniers tout en déstabilisant l’onde TS, s’apparentant en cela à un amortissement. Sur les ailes en flèche, la transition dépend localement d’instabilités nommées tourbillons Crossflow (CF) d’origine non-visqueuse ; l’effet déstabilisant de la perméabilité sur celles-ci est presque nul tandis que son action positive sur les modes hydroélastiques reste intact, offrant des perspectives prometteuses. Dans le domaine des couches limites aspirées, la quasi-totalité des études publiées reposent sur l’hypothèse d’une perméabilité négligeable et d’une paroi rigide ; or il est démontré ici que la perméabilité (indissociable de la succion) exerce même à faible dose une déstabilisation sur la perturbation dominante et que la compliance (pouvant résulter d’un allègement) provoque l’apparition d’une instabilité absolue. Pour finir, l’attention est portée sur les écoulements dans une canopée -assimilables à des couches de mélange. La stabilité linéaire de l’onde nommée monami ou honami est étudiée sur la base d’un profil de vitesse moyenne réaliste calculé numériquement, puis comparé aux résultats obtenus avec le profil en lignes brisées usuellement employé. L’effet de la force de traînée, communément considéré comme amortissant, se révèle au contraire déstabilisant lorsqu’il est pris en compte dès le calcul du profil de vitesse moyenne. / Local linear stability of fluid-structure interactions is investigated in uncustomary fields such as swept, unswept and asymptotic suction incompressible boundary layers developing over compliant, porous plates –in the limit of small permeability– or relatistically-modeled incompressible flows over a canopy. Results show that compliance has a stabilizing effect on the 3D most instable hydrodynamic mode but allows hydroelastic modes to emerge, which take the form of travelling wave flutter instabilities ; conversely, permeability tends to damp the latter ones but to destabilize the former ones. Transition on swept wings also locally depends on 3D unviscid instabilities called Crossflow vortices, hardly unstabilized by permeability ; this provides promizing outlets, since permeability has still a strong positive effect on 3D hydroelastic modes. In the field of incompressible parallel boundary layer flows with uniform suction through the wall, most of the existing studies are based on the assumption that plate’s porosity and flexibility are negligible. Nevertheless, proof is given here that permeability (linked to suction) exerts a strong destabilizing effect on the Tollmien-Schlichting most instable mode. Besides, compliance (that can result from lightering measures) reveals to provoke an absolute instability that is likely to contaminate the entire domain. Finally, attention is paid to incompressible flows across a canopy, that are similar to mixing layers. Linear stability of the coherent motions called monami or honami is adressed using a relatistically-computed velocity profile, then compared to the results obtained with the customary piecewise linear velocity profile. Then, drag force variations are taken into account as soon as velocity profile computing. The result is that drag happens to have a destabilizing effect on the flow, instead of the commonly admitted damping effect.

Ce travail a consisté à développer un modèle de canopée (CIM), qui pourrait servir d’interface entre des modèles méso-échelles de calcul du climat urbain et des modèles micro-échelles de besoin énergétique du bâtiment. Le développement est présenté en conditions atmosphériques variées, avec et sans obstacles, en s’appuyant sur les théories précédemment proposées. Il a été, par exemple, montré que, pour être en cohérence avec la théorie de similitude de Monin-Obukhov, un terme correctif devait être rajouté au terme de flottabilité de la T.K.E. CIM a aussi été couplé au modèle méso-échelle WRF. Une méthodologie a été proposée pour profiter de leurs avantages respectifs (un plus résolu, l’autre intégrant des termes de transports horizontaux) et pour assurer la cohérence de leurs résultats. Ces derniers ont montré que ce système, en plus d’être plus précis que le modèle WRF à la même résolution, permettait, par l’intermédiaire de CIM, de fournir des profils plus résolus près de la surface. / This study consisted in the development of a canopy model (CIM), which could be use as an interface between meso-scale models used to simulate urban climate and micro-scale models used to evaluate building energy use. The development is based on previously proposed theories and is presented in different atmospheric conditions, with and without obstable. It has been shown, for example, that to be in coherence with the Monin-Obukhov Similarity Theory, that a correction term has to be added to the buoyancy term of the T.K.E. CIM has also been coupled with the meteorological meso-scale model WRF. A methodology was proposed to take advantage of both models (one being more resolved, the other one integrating horizontal transport terms) and to ensure a coherence of the results. Besides being more precise than the WRF model at the same resolution, this system allows, through CIM, to provide high resolved vertical profiles near the surface.