Les études pétrographique, microtectonique et isotopique de quelques massifs plutoniques et des formations cristallophylliennes encaissantes ont permis de préciser l'histoire hercynienne des Domaines mésétien et de la chaîne atlasique du Maroc, ainsi que l'origine de certains massifs éruptifs. Ces études, menées conjointement, ont permis de montrer, en particulier pour la Haute Moulouya,qu'il était possible de "caler" les phénomènes tectono-métamorphiques par rapport à l'intrusion des roches éruptives et de proposer une hypothèse logique pour expliquer des résultats géochronologiques qui paraissaient anormaux en première analyse.

Ce travail utilise les propriétés des géochronomètres et de traceur pétrogénétique des systèmes isotopiques Sm-Nd, Rb-Sr et U-Pb, pour apporter une contribution à l'interprétation géodynamique de la Chaîne Hercynienne d'Europe. Dans ce but, on a étudié des formations d'origine magmatique diverses, choisies pour leur signification vis-à-vis des reconstitutions paléo-tectoniques. Les résultats obtenus sur certaines suites bimodales (par ex. groupes leptyno-amphiboliques), et des associations basiques-ultrabasiques de nature ophiolitique (Chamrousse, Sudètes) suggèrent l'existence d'au-moins deux épisodes de distension majeurs, accompagnés de formation de croûte océanique, au Cambro-Ordovicien et au Dévonien. La caractérisation de paléo-magmatismes d'arc et/ou de marge active montre que des phénomènes de subduction ont également marqué, à plusieurs reprises, l'évolution hercynienne (par ex. Dévonien sup. du N du Massif Central). Par ailleurs, l'étude des granulites s.l. de la chaîne met en évidence leur dualité d'âge et d'origine. Aux éclogites et granulites de haute pression, formées dans un contexte de subduction au Paléozoïque moyen, s'opposent des granulites de pression plus faible, d'âge tardi-hercynien, qui constituent la croûte inférieure de l'Europe moyenne (par ex. Zone d'Ivrée, Zone Nord-Pyrénéenne). La croûte supérieure est caractérisée par des granitoïdes carbonifères, dont l'abondance inhabituelle souligne, non seulement l'ampleur du phénomène thermique hercynien s.s., mais aussi la très large prépondérance des matériaux "fertiles", surtout métasédimentaires, sur d'éventuels fragments de socle Précambrien repris. D'une façon générale, le rôle essentiel des processus de la Tectonique des Plaques est confirmé. Le schéma d'évolution historique proposé met l'accent sur l'existence de deux événements tectono-métamorphiques majeurs, séparés par une période de régime distensif. Le premier, d'âge Silurien, est important au plan métamorphique, mais mineur du point de vue orogénique. Il ne peut donc pas correspondre à une collision continent-continent, mais pourrait plutôt être interprété en termes d'obduction, ou de collision arc-continent. Le second événement, éo-Carbonifère, correspond à la fermeture des domaines océaniques. Il marque le début d'une évolution intra-crustale complexe, dominée d'abord par une tectonique tangentielle de grande ampleur, à double déversement, puis par un régime général de cisaillements décrochants. Une culmination thermique, d'origine probablement mantellique, accompagne cette dernière période, et semble responsable de la différenciation intra-crustale du segment médio-européen. A de nombreux égards, ce schéma de développement de l'Europe Varisque peut trouver un analogue plus récent dans le système alpin et méditerranéen. Les deux chaînes paraissent en effet résulter de processus voisins sinon identiques, impliquant la fermeture d'océans successifs, et ne différer que par la nature, immature (Hercynides) ou cratonisée (Alpes), des domaines engagés dans les phénomènes de collision.

Le Sahel est particulièrement exposé à la variabilité de la mousson Ouest-Africaine dont les répercussions socio-économiques peuvent prendre un caractère dramatique. Cette région est en outre confrontée à l'une des plus fortes croissances démographiques jamais observées, se traduisant par une pression toujours plus forte sur de faibles ressources naturelles et un environnement fragile. Dans ce contexte, un enjeu important se situe dans notre capacité à proposer des outils aidant au suivi des ressources hydriques et végétales, et permettant d'anticiper les impacts climatiques et anthropiques à moyen terme sur ces ressources. Pour cela, il est indispensable d'étudier et mieux comprendre les processus d'échanges d'énergie et de matière à l'interface terre-atmosphère, qui contribuent à la régulation de la mousson d'une part et gouvernent le cycle hydrologique local et le développement végétal d'autre part. Les travaux réalisés s'inscrivent dans cette problématique, portant précisément sur l'analyse des cycles de l'eau et de l'énergie en région sahélienne sous les effets combinés du climat et de l'activité humaine. La démarche s'appuie sur une méthodologie alliant observations in situ et modélisation à base physique. L'étude a été réalisée dans la région centrale du Sahel, dont le système agricole traditionnel associe pastoralisme et cultures pluviales en alternance avec la jachère. Elle s'est appuyée sur le réseau d'observations éco-hydrologiques et énergétiques acquises en continu durant 7 années (2005-2012) par l'Observatoire AMMA CATCH au Sud-Ouest Niger. La qualité et la cohérence de ces observations ont permis de dresser des grands traits du fonctionnement éco-hydrologique des deux couverts végétaux les plus répandus dans la région : cultures de mil et jachères arbustives. Les observations ne permettent cependant pas à elles seules d'établir des bilans complets aux différentes échelles temporelles d'intérêt (infra-journalière à interannuelle). Une modélisation couplée détaillée des cycles de l'énergie et de l'eau a par conséquent été élaborée pour ces deux couverts, à l'aide du modèle de transferts sol-plante-atmosphère SiSPAT. Etalonné sur une période de 2 ans, le modèle a ensuite été validé sur les 5 autres années d'observation, en contraignant les paramètres du modèle à des valeurs physiquement réalistes. En bon accord avec les observations, cette modélisation pluriannuelle s'est révélée être un outil d'analyse précieux, intégrant toute la pertinence, la richesse et la cohérence du jeu de données. La représentativité de la période étudiée a permis d'en exploiter les résultats pour (1) analyser l'impact de la variabilité climatique sur les bilans d'eau et d'énergie aux différentes échelles temporelles et (2) fournir une première climatologie des flux et stocks d'eau et d'énergie à l'interface sol-végétation-atmosphère, à ces mêmes échelles. Les similitudes et différences de fonctionnement éco-hydrologique et énergétique entre écosystèmes ont été mises en évidence. Par exemple, l'évapotranspiration représente plus de 80% des précipitations annuelles et près de la moitié du rayonnement global au cœur de la mousson pour les deux sites. Sa distribution saisonnière et son partitionnement en évaporation du sol et transpiration des plantes diffèrent néanmoins entre les deux écosystèmes, tout comme le ruissellement, et le drainage sous la zone racinaire. Ce dernier apparaît significatif pour le champ de mil mais pas pour la jachère. Une analyse de sensibilité des processus aux caractéristiques du sol et du couvert a été réalisée. La robustesse des résultats produits devrait leur permettre de servir de référence pour les études des processus hydrologiques et énergétiques dans cette région. La modélisation ainsi construite présente un potentiel évident pour des études prospectives, relatives notamment au changement climatique ou à une évolution des pratiques agricoles.

En raison du nombre croissant des populations vivant sur les littoraux, il devient capital de caractériser ces milieux ainsi que leurs évolutions. De par sa diversité instrumentale, la télédétection spatiale présente des possibilités exceptionnelles pour analyser les caractéristiques des littoraux. Ce travail porte sur l'étude de certaines propriétés du littoral à l'aide des images de télédétection. Le trait de côte caractérise la position du rivage. Sous certaines conditions (tempêtes, raz de marée ...), ce dernier peut évoluer rapidement et dans des proportions importantes. À l'aide des radars imageurs, il est possible d'observer les littoraux dans de telles situations. Pour extraire le trait de côte, nous proposons une méthode exploitant la texture de ces images. Cette méthode est évaluée en la comparant avec d'autres méthodes sur un site étalonné, ainsi que sur d'autres sites et avec des instruments différents. Ce travail porte aussi sur l'analyse du milieu côtier à l'aide d'instruments optiques. Nous montrons que les méthodes usuelles d'analyse permettent, en général, de ne traiter qu'une seule caractéristique parmi l'ensemble. Cette façon d'opérer nous a conduit à définir une méthode plus générale pour analyser les caractéristiques optiques du milieu marin non plus séparément mais ensemble. Basée sur une modélisation du transfert radiatif dans les eaux côtières, cette méthode offre des informations sur les natures de l'eau, des fonds marins et sur la profondeur. Cette méthode est évaluée à l'aide de simulations numériques. Elle est ensuite appliquée sur des images acquises avec un spectromètre aéroporté et avec un radiomètre spatial. Ces exemples montrent que cette méthode offre des résultats prometteurs pour l'étude des eaux côtières. Cette étude montre la complémentarité des instruments spatiaux pour l'étude du littoral. Pour obtenir des cartes riches et précises, nous montrons qu'il faut tenir compte d'images acquises à des dates distinctes et avec des instruments différents.

Le golfe d'Aden est un bassin océanique jeune séparant la plaque Arabe de la plaque Somalienne à une vitesse d'environ 2 cm/an depuis au-moins 17,6 Ma, moment du début de l'accrétion océanique ; le rifting ayant débuté il y a environ 35 Ma. Les marges continentales du golfe d'Aden sont volcaniques à l'Ouest, près du point chaud Afar, et non-volcaniques dans la partie orientale du golfe. Encore proches, du fait de leur jeunesse, les marges conjuguées sont facilement corrélables et de plus, elles sont relativement peu sédimentées. Ainsi, l'étude des structures profondes de la marge Nord-orientale du golfe d'Aden et la modélisation thermomécanique appliquée au golfe d'Aden oriental sont simplifiées. Le golfe d'Aden est divisé en trois parties (occidentale, centrale et orientale) par une segmentation de premier ordre (par les transformantes de Shukra-El-Sheik et d'Alula-Fartak). Dans la partie orientale du golfe d'Aden (entre les zones de fractures d'Alula-Fartak à l'Ouest et de Socotra-Hadbeen à l'Est), la marge nord est segmentée au deuxième ordre en trois segment appelés Ashawq-Salalah, Taqah et Mirbat, séparés par des zones d'accommodation. L'acquisition de données de bathymétrie, gravimétrie, magnétisme, sismique réflexion et sismique réfraction sur la marge nord-orientale du golfe d'Aden a été effectuée lors de la campagne Encens (Leroy et al., Février-Mars 2006). L'exploitation et l'interprétation des données de sismique réfraction et de gravimétrie sur le segment d'Ashawq-Salalah ont permis d'imager la structure profonde de la marge. L'amincissement de la croûte continentale se produit sur une distance de 50 à 100 km, les facteurs d'amincissement variant de 3,2 à 5,3. Ces facteurs d'amincissement sont alors suffisant pour que la croûte devienne totalement cassante. Ainsi, l'eau peut pénétrer en profondeur à la faveur de fractures provoquant la serpentinisation du manteau supérieur à la transition océan-continent (TOC). L'épaisseur de la croûte océanique diminue du centre du segment (10 km) vers sa limite avec le segment de Taqah (5,5 km). Cette observation est reliée à une variation d'apport magmatique le long de la paléo-ride océanique. La TOC est étroite (environ 15 km) et on observe en base de croûte un corps à vitesses et densités anormales (vitesses des ondes P entre 7,6 et 7,8 km/s et densité de 3,1 g/cm 3), d'épaisseur maximale d'environ 5 km. Ce corps est interprété comme du sous-plaquage et/ou de la croûte intrudée par du matériel magmatique relié à la présence d'un volcan dans le domaine transitionnel. Ces structures liées à une anomalie de fusion, sont datées d'âge post-rift. Les structures en vitesses de ce segment ne montrent aucune preuve de serpentinisation du manteau, probablement parce que les indices géophysiques de serpentinisation ont pu être effacés par la présence de magmatisme post-rift. Ainsi cette marge non-volcanique montre des évidences de magmatisme, dont le volume observé est cependant moins important que celui des marges volcaniques, et il est en outre associé à un évènement thermique post-rift. La phase de rifting est donc bien amagmatique. La modélisation thermomécanique est réalisée afin d'étudier l'influence sur la chronologie du rifting et l'évolution des marges conjuguées de plusieurs paramètres tels les taux d'érosion/sédimentation, la pression de la colonne d'eau, la résistance de la croûte, l'héritage tectonique, le contraste de densité entre la lithosphère et l'asthénosphère, l'âge thermique du craton et enfin le critère de rupture dans le manteau lithosphérique. Les résultats majeurs montrent que : (1) le contraste de densité entre le manteau lithosphérique et le manteau asthénosphérique gouverne la flexure de la croûte continentale et la profondeur du plancher océanique ; et (2) le critère de rupture dans le manteau lithosphérique contrôle la localisation de la déformation, et de cette manière, la géométrie des marges conjuguées et la chronologie du rifting. La synthèse de ces travaux et les observations disponibles sur le golfe d'Aden ont permis de contraindre les paramètres initiaux qui ont permis la formation et le développement du golfe d'Aden observé aujourd'hui et ainsi de proposer un modèle pour la formation et l'évolution du golfe d'Aden oriental. Ce modèle montre que la fusion partielle du manteau peut se produire au moment de la rupture continentale. Les produits de la fusion partielle peuvent alors " remonter " en surface et de la croûte océanique est susceptible de se former. De cette manière, la TOC peut être constituée de manteau continental exhumé, et être étroite. L'anomalie de fusion post-rift observée grâce aux données géophysiques n'est pas modélisée ici, car elle implique une vision 3D non encore disponible en modélisation thermo-mécanique visco-élasto-plastique. Même en 2D, les travaux de modélisation thermomécanique réalisés apportent une lumière nouvelle sur les processus conduisant à la formation de la TOC d'une marge non-volcanique.

Les processus hydrologiques continentaux jouent un rôle essentiel dans le système climatique global en influençant les échanges d'eau et d'énergie entre les surfaces continentales et l'atmosphère. Récemment, plusieurs études ont souligné la nécessité de prendre en compte les eaux souterraines dans les modèles de surface continentaux utilisés dans les modélisations clima- tiques. L'objectif principal de cette thèse est donc de développer et d'évaluer une modélisation hydrologique globale incluant les eaux souterraines dans le système hydrologique continental ISBA-TRIP du CNRM. Dans cette thèse, un schéma d'aquifère simplifié à été implémenté dans le modèle de routage TRIP. Ce schéma a été évalué sans couplage avec le modèle de surface ISBA sur la France à fine (1/12°) et basse (0.5°) résolutions. Les débits et hauteurs de nappe ont été comparés à un dense réseau de mesures de débit et de hauteur de nappe, ainsi qu'aux sorties du modèle hydrométéorologique SIM. Enfin, les stocks d'eau continentale ont été comparés aux estimations du satellite GRACE. Les résultats ont montré que le schéma d'aquifère améliore les variables hydrologiques simulées par TRIP, le principal effet de l'aquifère étant de soutenir les débits d'étiage en période sèche. Cette évaluation a aussi démontré la capacité du schéma à capturer les variations spatio-temporelles de la nappe. Enfin, l'impact de la résolution sur les débits simulés s'est révélé être relativement faible. Une méthodologie similaire a permis de construire un système de modélisation à l'échelle globale et à basse résolution utilisant le schéma d'aquifère développé dans TRIP. Les débits simulés ont été comparés à un vaste réseau de mesures de débit provenant de plusieurs orga- nismes, le principal étant le GRDC. Les eaux souterraines améliorent les débits pour environ 70 % de ces mesures, et les détériorent pour 15 % d'entre elles. Le temps de résidence introduit par les variations basses fréquences de la nappe tend à décaler et lisser les débits et les stocks d'eau continentale simulés. Ces derniers sont de ce fait en meilleur accord avec les estimations de GRACE. Une expérience de sensibilité sur les forçages de précipitation a par ailleurs montré que le schéma d'aquifère était peu sensible aux incertitudes des précipitations. La dernière phase de développement a consisté à coupler le schéma d'aquifère de TRIP avec le sol d'ISBA dans le but de tenir compte des éventuelles remontées capillaires de la nappe vers le sol. Ce couplage a nécessité l'utilisation de la version multicouche du schéma de sol d'ISBA. L'évaluation de cette nouvelle version sur la France et à l'échelle globale met en évidence des changements dans le bilan d'eau en surface et une amélioration significative des débits simulés. Elle révèle aussi un manque de dynamique dans le schéma de sol conduisant à sous-estimer une partie des débits et à augmenter la sensibilité à la résolution. Le principal effet des remontées capillaires est d'augmenter l'évapotranspiration durant les périodes sèches. Des incertitudes demeurent cependant dans le système couplé ISBA-TRIP. Certaines hypo- thèses du schéma d'aquifère restent discutables et nécessiteraient d'être corrigées. De plus, le schéma d'aquifère remet en cause une partie des paramétrisations de la géométrie de la rivière dans TRIP. En dépit de ces incertitudes, l'impact positif des aquifères sur les variables hydro- logiques simulées suggère que le schéma d'aquifère est apte à être utilisé dans des applications hydrologiques et climatiques globales, ce que confirment les premières applications à l'échelle globale du système couplé, même si des améliorations restent à apporter. L'objectif ultime sera d'introduire le système complet ISBA-TRIP dans le modèle de climat du CNRM de manière à estimer l'impact des eaux souterraines sur la simulation du climat présent et futur.

L'objectif de cette thèse est d'approfondir la connaissance de l'aléa tsunami et des résonances côtières en France. Dans une première partie, nous avons exposé les différents éléments de modélisation des résonances et des tsunamis dans l'approximation en ondes longues et de Boussinesq avec la technique des différences finies. Tous ces éléments ont été comparés et validés lors de benchmarks. Un code résolvant les équations de la dynamique des fluides dans l'approximation de Boussinesq a été développé et validé. La seconde partie a consisté en un ensemble d'applications. Dans un premier temps, nous avons étudié différents évènements qui se sont produits dans l'océan Pacifique. Une étude détaillée du tsunami généré par le séisme de Maule (Mw8.8 28 février 2010) est faite en champ proche (au niveau de la côte chilienne) comme en champ lointain (sur des bouées au large comme en Polynésie française). Une comparaison des différentes sources disponibles a été effectuée. Nous en avons conclu qu'une source unitaire peut être suffisante pour reproduire les données en champ lointain. En champ proche, nous nous sommes intéressés au phénomène de résonances à grandes échelles. En utilisant les données provenant de différents instruments (marégraphiques, inclinométriques), nous avons mis en évidence le piègeage d'ondes de tsunami entre la fosse de subduction et la côte chilienne. Du fait des nombreuses sources de tsunami possible montrant des effets variés dans les différentes baies de la Polynésie française, une étude détaillée des modes de résonance de l'archipel des Marquises a été effectuée contenant une discussion sur la dépendance azimutale entre la position de la source et l'excitation des différentes résonances. Pour terminer, une discussion sur l'aléa tsunami en France métropolitaine a été effectuée. Suite à l'évènement récent de Boumerdès-Zemmouri (2003), le risque tsunami sur la côte méditerranéenne est connu. L'étude d'évènements supplémentaires permet de mieux contraindre le risque. Moins connu, le risque tsunami sur la côte Atlantique française a été étudié par la recherche d'enregistrements passés, afin de valider les simulations numériques effectuées concernant des sources du XXe siècle. Ces modélisations permettent ainsi d'avoir une première analyse de l'impact de tsunamis générés dans la zone Gibraltar--Açores sur les côtes françaises.

L’écologie du Desman des Pyrénées (Galemys pyrenaicus), mammifère semi-aquatique endémique de la péninsule ibérique et des Pyrénées, demeure encore très peu connue. Les objectifs de cette thèse, dans le cadre d’un Plan National d’Actions, ont été d’identifier les variables environnementales agissant sur la répartition de l’espèce à différentes échelles spatiales, en considérant sa détectabilité imparfaite (i.e. fausses absences et fausses présences). Une probabilité de détection élevée, mais spatialement hétérogène à l’échelle des Pyrénées françaises, a été mise en évidence. La distribution du Desman des Pyrénées s’est également révélée spatialement structurée et majoritairement influencée par des facteurs propres aux milieux aquatiques, mais en forte régression depuis les années 80. Ces résultats ont permis de proposer des mesures de conservation pour cette espèce menacée. / The ecology of the Pyrenean desman (Galemys pyrenaicus), a small semi-aquatic mammal endemic to the Iberian Peninsula and the Pyrenees, remains still largely unknown. The aim of this PhD thesis conducted within the framework of a National Action Plan was to identify the environmental variables influencing the Desman distribution at various spatial scales, by accounting for its imperfect detection (i.e. false absences and false presences). A high, but spatially heterogeneous at the French Pyrenees extent, probability of detection was highlighted. The distribution of the Pyrenean Desman was also emphasized to be spatially structured and mainly influenced by aquatic factors, but severely contracting for the last 25 years. These results enabled to suggest conservation measures for this endangered species.

Série du Dogger au Néocomien, molasse miocène et dépôts quaternaires. Zone plissée et chevauchante, affectée par des abaissements d'axe. Convergence du drainage karstique vers la zone structuralement la plus basse, transversale par rapport aux plis. Étude d'une retenue collinaire

Il est communément admis que les écoulements dans les aquifères karstiques sont particulièrement concentrés dans les conduits et les fractures principaux. Dans ce travail, on cherche à décrire le comportement du flux à différentes échelles. A l'échelle locale, on considère une modélisation des écoulements en milieu continu. A cela s'ajoute à l'échelle régionale l'inclusion de drains comme éléments discrets (approche hybride). Nous avons recours pour ceci à l'utilisation d'un modèle d'écoulement défini par des équations aux dérivées partielles qui décrivent l'écoulement dans un milieu à double-porosité. La solution analytique de ce modèle nous permet d'étudier les phases de transition des flux selon une condition à la limite de type charge imposée. Ceci correspond à une perturbation hydraulique tel qu'un puits maintenu à charge constante. Afin d'inclure des conditions aux limites spécifiques (par exemple une limite imperméable) et une géométrie de domaine irrégulière, nous développons et employons un modèle numérique basée sur la méthode des éléments intégrales de frontière. Ceci permet de mettre en oeuvre l'approche hybride (milieu continu et discret) dans laquelle nous considérons les intersections entre conduits verticaux et horizontaux. Ce type de modélisation permet ainsi de considérer une échelle plus importante qu'un modèle continu seul. Par ailleurs, un modèle expérimental de laboratoire est conçu et réalisé afin d'étudier expérimentalement les phases de transition du flux issu de milieux hétérogènes. Cette approche est complémentaire de celle développée à l'aide de la solution analytique et du modèle numérique. Enfin, nous proposons le développement et les essais préliminaires d'un nouvel instrument de mesure. Il s'agit d'une sonde autonome qui a pour objectif de cartographier les conduits noyés dans les aquifères karstiques. Ainsi la géométrie des drains discrets pourra être représentée de façon plus réaliste dans le modèle numérique hybride. Les conclusions principales de ce travail sont les suivantes : à l'échelle locale et régionale, les phases de transition du flux dépendent des propriétés hydrauliques du milieu. La solution numérique permet d'étudier l'influence des géométries de domaine et de conditions aux limites complexes. Le modèle expérimental permet de reproduire qualitativement les phases de transition du flux analysées théoriquement. Enfin, la sonde permet de cartographier son parcours dans des conditions expérimentales contrôlées. Ces nouvelles méthodes contribuent à la caractérisation de l'hydrodynamique dans les aquifères karstiques.