Parmi les problèmes environnementaux globaux, la question du changement climatique occupe une place centrale. Selon une grande majorité de scientifiques, ce problème trouve son origine dans l'accumulation des gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère et liée aux activités humaines. Dans un contexte international de libéralisation des échanges, notre analyse met l'accent sur les conséquences des interdépendances entre les agents économiques que sont les Etats et de leurs comportements stratégiques – à travers la mise en œuvre de leur politique environnementale nationale – sur le milieu naturel. A partir d'une approche délibérément conventionnelle, le fait de considérer le caractère complémentaire des interactions entre les pays modifie par de nombreux aspects les résultats établis dans la littérature. Cette thèse se décompose en quatre chapitres. Notre analyse met ainsi en perspective l'impact de la nature des interdépendances entre les pays i) sur l'existence et les propriétés des solutions d'équilibre – d'abord en l'absence de coopération puis d'un point de vue globalement optimal –, ii) sur la séquence des décisions des pays, à savoir les circonstances dans lesquelles un pays leader émerge de manière endogène dans la mise en œuvre de sa politique environnementale nationale, iii) sur la profitabilité et la stabilité d'un accord international environnemental (AIE), et iv) sur le niveau de participation des pays à un AIE ainsi que sur l'impact environnemental de cette coopération. L'originalité de ce travail repose en outre sur le recours aux théorèmes de la classe des jeux supermodulaires.

Les éleveurs de bovins allaitants sont confrontés à des risques climatiques et à des risques de prix qui peuvent menacer la pérennité de leurs exploitations. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur l'évaluation des impacts des aléas de prix de la viande bovine et de climat sur la gestion du troupeau et des cultures par les éleveurs et sur les résultats technico-économiques qui en découlent. Nous avons pour cela combiné de façon originale et complémentaire des méthodes innovantes relatives à l'analyse d'un panel d'exploitations et à la simulation. Nous avons ainsi 1) déterminé les corrélations entre aléas et variables technico-économiques observées, 2) construit un modèle économétrique pour estimer une fonction de production en présence de deux sources de risque et 3) développé un modèle d'exploitation récursif en programmation dynamique stochastique discrète. Nous avons établi sur la base des données observées que les éleveurs sont averses au risque et que cette aversion augmente lorsque leur richesse diminue. Dans nos simulations, les ajustements tactiques de la production aux aléas prennent le pas sur des adaptations plus stratégiques visant à diminuer l'exposition des exploitations aux risques. Les leviers d'ajustement, préférés et préférables, pour faire face aux aléas climatiques défavorables sont 1) l'augmentation de la part des concentrés dans les rations des animaux et l'achat de fourrages de façon à maintenir les objectifs de production du troupeau et 2) l'ajustement des surfaces fauchées afin de privilégier le pâturage. Pour des variations de prix affectant tous les types d'animaux dans les mêmes proportions, la production simulée reste inchangée. Les variations de prix se répercutent directement sur les recettes des ventes bovines. Les aléas climatiques se font sentir essentiellement sur les charges du troupeau de l'année en cours et de l'année suivante. Les pertes causées par des aléas climatiques négatifs ne sont pas totalement compensées par les surplus de gains engendrés lorsque les années sont favorables, et, deux mauvaises années climatiques de suite peuvent entraîner des baisses de profit très importantes. Une augmentation de la fréquence

Au cours de la période allant de la révolution industrielle aux années 60, le charbon a été massivement consommé en Europe et son utilisation s'est constamment accrue. Après la deuxième guerre mondiale, le charbon a joué également un rôle important dans la reconstruction de l'économie de l'Europe de l'ouest. Il faut noter cependant que la demande de charbon a commencé à décliner depuis le début des années 1960. Il en résulte de la part de certains décideurs une tendance à dire que l'extraction du charbon et son utilisation en Europe sont inutiles. Par conséquent, dans le livre vert de l'union européen 2000 (UE), le charbon est décrit comme un carburant «indésirable», et en se basant sur des critères économiques, sa production n'a aucune perspective. En outre, l'engagement du protocole de Kyoto dans la réduction de l'émission des gaz à effet de serre a aggravé cette perception. Face à cette situation, un nouveau débat sur l'avenir de l'industrie du charbon (extraction et utilisation) dans la perspective d'une politique énergétique communautaire est inévitable. La présente étude s'appuie sur une enquête approfondie en vue d'apporter des réponses à plusieurs questions. L'union européenne a-t-elle toujours besoin du charbon ? Si le charbon est appelé à jouer un rôle au sein de l'UE, d'où proviendrait-il? Que devrait-on faire pour diminuer les incidences négatives sur l'environnement consécutives à l'extraction du charbon et de son utilisation ? Finalement, au regard des soucis d'émission de CO2, quelle sera la situation de l'industrie du charbon dans l'avenir au sein de l'UE ? Pour approfondir l'analyse, un modèle dynamique de système appelé «The Dynamics Coal for Europe

Les outils de simulation numérique occupent une place prépondérante dans les études en physique du bâtiment. La démarche de conception énergétique optimale des bâtiments, qui résulte de l'épuisement des ressources énergétiques et du souci de préservation de l'environnement, n'a fait qu'amplifier leur utilisation. Ces outils, si répandus dans la communauté scientifique, n'ont pas encore trouvé leur place parmi les professionnels. L'enjeu est donc de transférer ces outils vers les praticiens. En parallèle, il faut s'assurer de leur formation dans le domaine de la simulation. Diverses actions, à travers des associations d'ingénieurs ou d'industriels, des projets européens ou de l'Agence Internationale de l'Énergie, sont actuellement menées pour faciliter ce transfert d'outils de simulation. Le travail présenté dans ce mémoire se positionne dans ce cadre. Il cherche à faciliter l'utilisation de la simulation pour les études des systèmes de régulation associés aux installations de génie climatique. Il s'adresse dans un premier temps aux industriels de matériels de régulation pour la conception de nouveaux produits et aussi pour définir des stratégies de régulation. La démarche de modélisation classique se focalise dans la plupart des cas, sur la description d'un problème, sa représentation mathématique et sa résolution numérique. La méthode décrite ici intègre la notion de compréhension du modèle par un utilisateur dans cette démarche de modélisation. Le modélisateur doit garder à l'esprit le profil des utilisateurs potentiels de son modèle de système ou de composant et évaluer leur niveau de compétence. La théorie du Système Général est utilisée pour la description globale du comportement thermique dans le bâtiment. Un Système Bâtiment "générique" adapté aux études sur la régulation résulte de cette description. Dans ce souci de compréhension, les interactions entre les éléments du Système Bâtiment sont définies en utilisant des terminologies technologiques. Ainsi on fait intervenir de fluides caloporteurs (air ou eau), de bus de communication ou de données météorologiques au lieu de caractériser les interactions uniquement en transfert de chaleur et de masse ou en informations. La description accorde une grande importance à l'implémentation informatique de ce Système Bâtiment. Elle fait appel aux techniques de la programmation graphique pour mettre en valeur le caractère sémantique inhérent aux environnements graphiques pour les assemblages de systèmes virtuels identiques aux installations réelles. Il est appliqué dans un environnement de simulation graphique du commerce qui utilise le concept de modularité. L'environnement graphique sert aussi à améliorer la compréhension des modèles des éléments du Système Bâtiment. Le travail propose une méthode de structuration des modèles pour mettre en évidence le schéma fonctionnel. La notion de modularité, couramment utilisée pour la description de système, est introduite au niveau de chaque élément. Le problème du paramétrage des modèles est aussi abordée. La complexité du paramétrage est souvent soulevée comme un obstacle à l'utilisation des outils de simulation par des praticiens. Les modèles proposés doivent avoir une version avec des paramètres "facilement disponibles". Le modèle doit être utilisable même s'il n'est pas le plus performant. Dans certains cas, des données de sources typologiques ou conventionnelles sont proposées. L'environnement graphique permet de fournir différents niveaux d'interface utilisateur. Il est ainsi possible de hiérarchiser les paramètres selon leur complexité. De manière générale, l'architecture ouverte de la programmation graphique permet à un utilisateur de parcourir les modèles selon ses besoins et ses compétences. Il peut le faire tant au niveau du système qu'au niveau des composants. Pour tirer un maximum de profit de cette caractéristique, le modélisateur doit structurer son modèle au cours de son développement dans l'environnement graphique. En même temps il faut être conscient qu'un usage excessif de la programmation graphique peut compliquer la compréhension. Le modélisateur doit constamment déterminer l'utilité de la programmation graphique et le passage à une programmation textuelle. Ce travail se termine par la réalisation d'une bibliothèque de modèles de composants de génie climatique dans un environnement de simulation existant (MATLAB/SIMULINK). Le transfert de la simulation en thermique du bâtiment vers des spécialistes de la régulation et des automatismes se fait aussi par le biais de cet environnement qui est très connu par cette catégorie de professionnels.

L'objectif de notre recherche est d'améliorer les performances des modèles pluie-débit par une meilleure prise en compte de l'ETP au sein de ces modèles. Pour cela, l'échantillon de bassins versants étudiés devait représenter diverses conditions climatiques et hydrologiques. L'assemblage des différentes données collectées (pluie, débit et paramètres climatiques) a permis l'élaboration d'un échantillon de 308 bassins versants dont 221 français, 79 nord-américains et 8 australiens. L'avantage de travailler sur un échantillon assez vaste est de tirer des conclusions relativement libres de toute dépendance vis à vis des caractéristiques particulières de tel ou tel bassin. De plus, quatre modèles pluie-débit ont été utilisés: le modèle GR4J et des versions globales des modèles HBV, IHACRES et TOPMODEL. Tout d'abord, une étude de sensibilité de ces modèles pluie-débit à l'entrée d'ETP a été entreprise. Deux aspects ont été traités en particulier. La première motivation était de tester l'impact d'une connaissance fine du climat par rapport à une connaissance des normales (moyennes interannuelles). Les résultats ont confirmé le manque d'utilisation judicieuse de l'information datée contenue dans les formules d'ETP par les modèles pluie-débit. Le deuxième aspect était de tester plusieurs formules pour représenter les variations de l'ETP au sein des modèles pluie-débit. Les résultats ont montré là aussi une faible sensibilité des modèles quant au choix fait pour la formule d'ETP. Nous avons porté en particulier notre attention sur la formule de Penman, couramment utilisée en modélisation, car elle est la plus satisfaisante d'un point de vue physique, à l'échelle de la parcelle. En modélisation pluie-débit, elle est dépassée par d'autres formules plus simples (utilisant moins de données climatiques). Ainsi, nous pouvons parler de la pertinence d'autres formules que Penman pour la modélisation: des formules simples faisant intervenir uniquement la température de l'air sont aussi performantes que la formule de Penman. D'un point de vue opérationnel, ces résultats sont extrêmement rassurants puisqu'ils suggèrent qu'une entrée d'ETP simple à obtenir peut être utilisée à la place de formules d'ETP plus demandeuses en données. Cependant, d'un point de vue scientifique, le constat d'apparente insensibilité des modèles pluie-débit à l'entrée d'ETP est préoccupant. En effet, le modèle semble se contenter d'une représentation extrêmement simplifiée de la demande évaporatoire. Pourtant, il est légitime de penser que le modèle serait plus performant s'il prenait mieux en compte cette information supplémentaire. Les hypothèses avancées pour expliquer la faible sensibilité des modèles à l'entrée d'ETP sont multiples : - S'agit-il d'un phénomène naturel que le modèle retranscrit assez fidèlement ? - Faut-il remettre en cause la structure du modèle, notamment la partie traitant l'évaporation ? - Les formules d'ETP traditionnelles sont-elles inadaptées à la modélisation pluie-débit ? Alors que la première interrogation nous semblait difficile à investiguer, les deux autres étaient plus à la portée d'un utilisateur de modèles pluie-débit conceptuels. Pour cela, nous avons utilisé une approche par données synthétiques d'ETP qui permet notamment de lever toute incertitude sur la pertinence des données d'ETP. Les résultats ont montré que les différences entre ETP datées et interannuelles étaient presque totalement absorbées par les réservoirs de production des modèles pluie-débit. Le modèle se comporte donc comme un filtre passe-bas pour les données atmosphériques, atténuant ainsi la variabilité temporelle des entrées climatiques.

L'activité de captage permet d'assurer l'approvisionnement en juvéniles d'huîtres creuses,C. gigas, pour de nombreux ostréiculteurs. Les professionnels du bassin d'Arcachon ont constaté une augmentation de la variabilité du nombre de naissains fixés depuis la fin des années 90. Cette thèse vise à identifier les sources d'une telle variabilité du recrutement de l'huître creuse. Cette question est abordée par une analyse originale de chacune des étapes du cycle de reproduction :un modèle DEB pour la gamétogenèse, la valvométrie pour l'émission des gamètes, des séries historiques de pêches de larves pour le stade larvaire et un modèle hydrodynamique pour la dispersion.Concernant la gamétogenèse, les résultats soulignent l'importance du paramètre de qualité du phytoplancton pour la description des variations de la fécondité. L'étude de l'émission des gamètes montre qu'elle intervient préférentiellement aux pleines mer, lors des marées de vives-eaux et pour des amplitudes thermiques quotidiennes importantes. Ces observations rendent l'émission des gamètes prévisible. Le captage à Arcachon dépend de la survie des cohortes larvaires, elle-même dépendante d'un effet climatique complexe structuré autour de la température de l'eau. Enfin, les bassins d'Arcachon et de Marennes-Olèron semblent soumis aux variations de l'apport en larves, avec une source extérieure aux zones de captage en Charente et une source interne déclinante à Arcachon. Ce déclin de l'apport en larves et l'effet climatique sont les deux sources supposées de la variabilité accrue du captage dans le bassin d'Arcachon.

Selon le Groupe Intergouvernemental d'experts sur l'Évolution du Climat (GIEC), il est important de connaitre le climat passé afin de replacer le changement climatique actuel dans son contexte. Ainsi, de nombreux chercheurs ont travaillé à l'établissement de procédures permettant de reconstituer les températures ou les précipitations passées à l'aide d'indicateurs climatiques indirects. Ces procédures sont généralement basées sur des méthodes statistiques mais l'estimation des incertitudes associées à ces reconstructions reste une difficulté majeure. L'objectif principal de cette thèse est donc de proposer de nouvelles méthodes statistiques permettant une estimation précise des erreurs commises, en particulier dans le cadre de reconstructions à partir de données sur les cernes d'arbres.De manière générale, les reconstructions climatiques à partir de mesures de cernes d'arbres se déroulent en deux étapes : l'estimation d'une variable cachée, commune à un ensemble de séries de mesures de cernes, et supposée climatique puis l'estimation de la relation existante entre cette variable cachée et certaines variables climatiques. Dans les deux cas, nous avons développé une nouvelle procédure basée sur des modèles bayésiens semi- paramétriques. Tout d'abord, concernant l'extraction du signal commun, nous proposons un modèle hiérarchique semi-paramétrique qui offre la possibilité de capturer les hautes et les basses fréquences contenues dans les cernes d'arbres, ce qui était difficile dans les études dendroclimatologiques passées. Ensuite, nous avons développé un modèle additif généralisé afin de modéliser le lien entre le signal extrait et certaines variables climatiques, permettant ainsi l'existence de relations non-linéaires contrairement aux méthodes classiques de la dendrochronologie. Ces nouvelles méthodes sont à chaque fois comparées aux méthodes utilisées traditionnellement par les dendrochronologues afin de comprendre ce qu'elles peuvent apporter à ces derniers.

Cette thèse traite de l'intégration des contraintes liées à la mondialisation dans les méthodes de comptabilité environnementales. Nous proposons tout d'abord une analyse de la capacité des principales méthodes actuelles à répondre aux attentes sociétales et à relever les défis liés à la mondialisation. Nous développons à cette fin le premier cadre analytique spécifique à ces méthodes. Nous développons ensuite un modèle intégrant certaines des contraintes liées à la mondialisation. Ce modèle combine un modèle entrées-sorties mondial, décrivant les activités de production, de consommation et de commerce international ainsi que les émissions qui en résultent, avec un modèle mondial de transport de polluants intégrant l'exposition humaine, et un modèle d'impact environnemental. Nous appliquons ce modèle pour établir la première quantification des impacts environnementaux sur la santé humaine liés aux émissions de particules fines (PM2.5) induits par la consommation des pays de l'OCDE dans le reste du monde selon une perspective cycle de vie. Nous appliquons ensuite le modèle entrées-sorties pour analyser le potentiel d'une taxe carbone aux frontières de l'UE. Nous proposons enfin un nouveau type d'analyse structurelle que nous appliquons aux émissions de carbone chinoises afin de déterminer quels sont les pays qui induisent ces émissions de par leur consommation, c'est à dire pour la production des biens et services exportés en incluant leurs chaines de production. Cette analyse est utilisée pour déterminer un potentiel schéma de partage international des coûts de dé-carbonisation de la Chine, tel qu'évoqué durant les préparatifs de la conférence sur le climat de Copenhague.

Les recherches entreprises au cours de la présente thèse s'intéressent à répondre aux questions suivantes: Quels sont les cycles annuels et saisonniers, ainsi que la variabilité interannuelle et intra-saisonnière à moyen et long terme, des principales composantes du cycle hydrologique sur les bassins des rios Huallaga et Ucayali ? Quelles sont les réserves disponibles en eau sur les bassins des rios Huallaga et Ucayali ? Quel est l'impact du changement climatique sur l'hydrologie des rios Huallaga et Ucayali ? En premier lieu, nous décrivons les principales caractéristiques des bassins des rios Ucayali et Huallaga, ainsi que la base de données utilisée. Nous avons ainsi mis en évidence le réchauffement sur notre zone d'étude (estimé à +0.09°C par décade). De plus, les ruptures observées sur les séries de température moyenne à la fin des années 70 concordent avec les séquences d'événements de type « El Niño ». Nous avons aussi démontré une corrélation négative entre les températures et l'indice du Pacifique (Indice d'Oscillation du Sud, IOS). Par contre, aucune tendance n'est mise en évidence dans les séries de précipitation. Néanmoins, environ 10% des stations de notre région d'étude présentent des ruptures significatives dans la période 1991-2000. La production des ressources en eau sur les bassins des rios Ucayali et Huallaga est évaluée pour 7 sous-bassins : 6 situés dans le bassin de l'Ucayali et un situé dans le basin du Huallaga. Pour quantifier ces ressources en eau, nous utilisons deux modèles hydrologiques au pas de temps mensuel (GR2M et MWB3). L'utilisation des données de capacité de rétention en eau des sols (maximum, moyenne et minimum) de la FAO, comme valeurs d'entrée dans les modèles hydrologiques, a contribué à rendre plus physique ces modèles. Les paramètres optimaux obtenus par calibration reproduisent raisonnablement bien l'écoulement observé à l'exutoire des bassins sélectionnés. L'impact des changements climatiques sur l'hydrologie ont été évalué en utilisant comme données climatiques les sorties des modèles de l'IPCC (BCM2, CSMK3 et MIHR), correspondant aux scénarios A1B et B1. Les écoulements annuels simulés sur la période 2008-2099 suggèrent que les impacts du changement climatique sur l'hydrologie varient avec le bassin, le modèle hydrologique choisi, et le scénario: Le sous-basin Requena est caractérisé par une augmentation (respectivement une diminution) d'écoulement en utilisant les modèles GR2M (respectivement MWB3) en considérant les scénarios A1B et B. Les bassins de Chazuta, Maldonadillo et Pisac voient leurs débits diminuer tandis que les bassins de Puerto Inca, Tambo et Mejorada voient leurs débits augmenter. Les changements simulés dans les écoulements mensuels sur la période 2008-2099 suggèrent une augmentation pour tous les sous-bassins, excepté le bassin de Pisac. Juillet, Août et Septembre sont en général les mois caractérisés par les changements les plus marqués, avec une augmentation des débits pour les bassins de Requena, Chazuta, Puerto Inca, Maldonadillo et Tambo.

Afin d'étudier le cycle de l'eau à l'échelle régionale, le couplage d'ISBA (le schéma de surface de Météo-France) avec MODCOU (le modèle hydrologique de l'Ecole des Mines de Paris) a été mis au point sur le Rhône pour l'année 1987/88 par Habets (1998). En raison de la forte composante nivale alpine du bassin, CROCUS (le modèle de neige de Météo-France) a été rajouté dans le système complet. La simulation du bassin versant du Rhône a ensuite été étendue à 14 années (de 1981 à 1994). Les forçages atmosphériques ont été analysés à l'aide du système SAFRAN, spécialement conçu pour les zones de relief. Bien qu'aucun étalonnage sur les débits n'ait été réalisé, les résultats du système sont validés de manière satisfaisante par comparaison avec les débits quotidiens observés en 145 stations de jaugeage sur les grands cours d'eau du bassin versant du Rhône. L'enneigement simulé reproduit bien les hauteurs de neige observées quotidiennement pour 24 postes d'altitude. Le bilan hydrique du bassin apparaît très contrasté et met en lumière trois grands ensembles : les bassins nivo-pluviaux et humides du nord (Saône, Doubs, Ain), les bassins pluviaux et secs du sud (basse Durance, Ardèche) et les bassins alpins fortement enneigés (Isère, Drac, Haute-Durance). L'outil ainsi validé a ensuite été utilisé pour évaluer l'impact d'un changement climatique sur les grandes composantes hydriques du bassin versant. Une attention particulière a également été apportée à l'impact d'une augmentation de la résolution des calculs sur la qualité de la simulation du bassin nival de la Haute-Durance.