La structure de taille et la distribution spatiale du zooplancton ont été étudiées dans deux écosystèmes : une baie de la côte Ouest de la péninsule antarctique et le golfe du Lion en mer méditerranée occidentale. L'acquisition des spectres a été permise par l'utilisation de deux capteurs optiques : le ZooScan / ZooProcess et le Laser Optical Plankton Counter (LOPC). L'impact de différents types de forçages sur les spectres de taille des communautés zooplanctoniques a été mis en évidence dans les deux écosystèmes côtiers, notamment grâce aux caractéristiques des spectres de biomasse normalisée. Le long de la péninsule Antarctique, la fin de l'automne est une période charnière à tous les niveaux trophiques avec la baisse de la production primaire et l'agrégation du krill (Euphausia superba) dans les baies continentales. Les données ADCP ont permis de localiser dans une des baies le plus grand banc de krill échantillonné depuis 20 ans. L'étude du comportement alimentaire du krill en réponse à la baisse de la production primaire a montré l'impact du krill sur les spectres de taille des communautés mésozooplanctoniques, et en particulier sur les espèces de petites tailles. Un autre type de forçage a été mis en avant dans le golfe du Lion, où les structures physiques très variables induites par les apports du Rhône, le courant Liguro-Provençal et les vents influent directement sur la distribution spatiale du zooplancton. Des sous-régions ont été identifiées à partir de corrélations entre des paramètres physiques tels que la stratification de la colonne d'eau et des paramètres biologiques tels que la concentration en chl-a ou la pente des spectres de biomasse normalisée. / Zooplankton size structure and spatial distribution were investigated in a bay along the West Antarctic Peninsula (WAP) and in the Gulf of Lion in Western Mediterranean Sea. Zooplankton size spectra were determined with the use of two optical sensors, the Laser Optical Plankton Counter (LOPC) and the ZooScan / ZooProcess system. Using features of the biomass size spectrum is was possible to identify different forcing processes that affected zooplankton size spectrum and spatial distribution in the two ecosystems. In WAP, late fall is a transition time at all the trophic levels, with the decrease of primary production and the aggregation of Antarctic krill (Euphausia Superba) in continental bays. ADCP data permitted to find in a bay the largest Antarctic krill swarm reported in the last twenty years. Study of krill feeding behavior in response to the decrease of primary production showed impact of krill on mesozooplankton size spectrum and especially a decrease of the small size species abundance. A different type of forcing was found in the Gulf of Lion, where zooplankton spatial distribution was affected by physical structures such as the inputs by the Rhône river, the Liguro-Provençal current and winds. The correlation between physical and biological parameters e.g. water masses stratification, chl-a concentration, slope of the normalized biomass size spectrum (NBSS), allowed the identification of three different regions in the Gulf of Lion. These potential habitats show different zooplankton size structure, with strong NBSS slopes close to the coast and weaker NBSS slopes in the zone of the Rhône plume influence.

Parmi les contaminants introduits dans l'environnement, les éléments radioactifs artificiels apparaissent particulièrement importants à prendre en considération du fait de leur toxicité chimique et/ou de leur radiotoxicité. De nombreux radio éléments étant susceptibles de se retrouver associés aux sédiments, l'étude de la dynamique sédimentaire est un préalable nécessaire à l'étude de leur dispersion en mer. Cette thèse s'intéresse au devenir des sédiments dans le Golfe du Lion (NW de la Méditerranée) et en particulier à l'impact des apports du Rhône, principal vecteur de matière particulaire vers le milieu marin. Afin d'étudier les mécanismes du transport particulaire à différentes échelles spatiales et temporelles, cette thèse s'appuie sur la modélisation mathématique. Le modèle hydro-sédimentaire mis en place dans le Golfe du Lion, qui prend en compte l'effet conjoint des vagues et des courants, a été étayé par l'analyse de données hydro-sédimentaires récemment acquises. Des observations in situ obtenues au cours des expériences CARMA (hiver 2006/2007) et SCOPE (hiver 2007/2008) ont été utilisées pour mieux comprendre les processus physiques contrôlant le transfert des particules au niveau du prodelta du Rhône et valider le modèle mis en place. La période de la crue centennale du Rhône de décembre 2003 a également été simulée afin d'étudier l'impact de ce type d'évènement extrême sur le devenir des sédiments. Pour l'ensemble des périodes considérées, les observations et les simulations utilisées conjointement ont permis de mettre en évidence la capacité d'érosion et de transport importante induite au niveau du prodelta lors des tempêtes de sud-est

L'objectif de ce travail est l'étude de l'enregistrement sédimentaire de la marge du Golfe du Lion pendant son évolution post-rift. On met au point une méthodologie basée sur l'exploitation et de données disparates (Banque du Sous-Sol du BRGM, sismique réflexion industrielle, forages pétroliers profonds, affleurements de terrain), conduisant à des corrélations terre-mer haute-résolution et aboutissant à des interprétations de l'évolution post-rift de plusieurs segments de la marge. On met en évidence le rôle de la crise de salinité messinienne dans l'évolution de la marge et les modalités de la reconstruction de celle-ci, pendant le Plio-Quaternaire. Les évolutions variables selon les segments sont analysées, et mises en relation avec les contrôles locaux (héritages et /ou flux sédimentaires différents). Ces résultats sont appliqués à des problématiques de réservoirs aquifères littoraux.

La dynamique des matières en suspension joue un rôle primordial au sein de la zone côtière en étant le principal vecteur de matière particulaire depuis les sources (rivières) vers les puits (marges continentales, canyons sous-marins, océan profond). Le suivi de cette dynamique, notamment pendant les évènements de crues des fleuves et des tempêtes, est primordial afin d’estimer les budgets sédimentaires des marges continentales, de suivre l’évolution des habitats benthiques et de déterminer le rôle de cette dynamique dans le transport de contaminants. Cette thèse a pour objet l’étude des impacts de tels évènements sur la dynamique des particules en suspension au sein du Golfe du Lion (Méditerranée). Une approche multiplateforme, couplant les différentes plateformes de mesures existantes (campagne en mer, glider, satellite, mouillage, bouée côtière) et basée sur la mesure de la turbidité en terme quantitatif et qualitatif a été adoptée. Les résultats ont permis de décrire 1) la dynamique des néphéloïdes en fonction des forçages (vents, vagues, courants) durant des évènements de crue du Rhône et de tempête marine, 2) la variabilité spatiale et temporelle de l’assemblage particulaire lors de ces mêmes évènements par une caractérisation in situ et 3) de montrer le rôle des plateformes autonomes du type gliders dans le suivi de la dynamique des matières en suspension en zone côtière. / Coastal suspended particulate matter dynamics play a main role in the fate of land-derived material from the source (rivers) to sink (continental margins, submarine canyons, deep sea). The monitoring of this dynamic, especially during flooding and storm conditions, is decisive to understand factors impacting sedimentary budgets of continental margins, health of benthic habitats and spread of contaminants. The aim of this PhD is to study the impacts of such events on the suspended particles dynamics over the shelf of the Gulf of Lions (NW Mediteranean). A multi-platform approach, combining existing observation platforms (survey, glider, satellite, mooring and coastal buoy) and based on the measurement of the turbidity was adopted. Results enabled to describe 1) the impacts of forcings (winds, waves, currents) on the dynamics of nepheloid layers during flooding and storm conditions, 2) the variability of the particle assemblage during such events through an in situ characterization and 3) the role of gliders in the monitoring of suspended particles dynamics within the coastal zone.

De nombreuses espèces de poissons marins côtiers à forte valeur économique ont un cycle de vie complexe impliquant des migrations saisonnières entre l'environnement marin et les habitats côtiers. Une meilleure compréhension de leur cycle de vie, en particulier l'identification de leurs nourriceries clés, est vitale pour la gestion durable des stocks de poissons exploités. Cette étude évalue la fonction de nourricerie des lagunes côtières du Golfe du Lion (Méditerranée NO) pour la daurade royale, Sparus aurata, une espèce d'intérêt commercial, dont les juvéniles colonisent ces habitats chaque année pendant leur premier été de vie. La qualité en tant que nourriceries de quatre lagunes aux conditions environnementales contrastées a été estimée par des mesures de la condition (indices de Fulton et TAG:ST) et du taux de croissance (par otolithométrie) des juvéniles. Les résultats montrent une condition et une croissance des juvéniles plus importantes dans les deux lagunes les plus dessalées et peu profondes (Bages-Sigean et Mauguio) que dans les deux lagunes profondes aux salinités proches de celle de la mer (Salses-Leucate et Thau). Les différences spatiales, stables dans le temps, de signatures élémentaires des otolithes ont permis de valider ces dernières comme tag naturel pour discriminer les habitats des juvéniles de daurade royale. Ainsi, l'identification a posteriori des nourriceries colonisées au stade juvénile chez des adultes pêchés le long de la côte du Golfe du Lion a pu être réalisée. Les estimations de la contribution relative des habitats des juvéniles au stock d'adultes (selon la contribution absolue ou la contribution par unité de surface) révèlent l'importance globale des lagunes pour le maintien des populations. Les lagunes les plus dessalées ont été identifiées comme les meilleures nourriceries de la zone d'étude. Le rôle important de la lagune de Thau pour le maintien des stocks de poissons a également été mis en évidence. Les résultats dans leur ensemble montrent une certaine convergence entre les estimations d'exports potentiel et réel des habitats des juvéniles. Les conclusions de cette étude sont primordiales pour la gestion et la protection des habitats clés des juvéniles ainsi que les ressources exploitées qui en dépendent. / Many coastal marine species of major socio-economic importance exhibited complex life histories include seasonal migrations between offshore marine environments and inshore coastal habitats. An adequate scientific understanding of their life cycle and, in particular the identification of the most significant juvenile nursery grounds are urgently needed for the sustainable management of fish stocks. This present study investigated the nursery function of coastal lagoons in the Gulf of Lions (NW Mediterranean) for a valuable fish species, the gilthead sea bream Sparus aurata, whose juveniles colonize these habitats each year for feeding and growing over their critical first summer of life. Habitat quality of four contrasted lagoons was measured with body condition (Fulton and muscle TAG/ST indices) and otolith growth rate of juveniles. Results showed better condition and higher growth rates in juveniles inhabiting the two shallow and brackish lagoons (Bages-Sigean, Mauguio) compared to the two deeper and more saline lagoons (Salses-Leucate and Thau). Otolith elemental signatures were temporally validated as natural tags to discriminate among juvenile habitats, allowing the retrospective identification of juvenile origin of S. aurata adults captured along the Gulf of Lions coastline. The estimations of relative contributions of juvenile habitats to adult stocks revealed the overall significance of lagoons for the maintenance of population. While, brackish lagoons were identified as the major contributors and best nursery habitats in the area, the importance of Thau lagoon to sustain fish stocks was also highlighted. Combined results of this research revealed some agreement between potential and effective export estimates from juvenile habitats. Information derived from this study is highly valuable for the sustainable management and protection of juvenile habitats, and the fishery resources that depend on them.

Ce travail pluridisciplinaire a pour objectif d'étudier la distribution et la remobilisation du plutonium (Pu) dans les sédiments situés face à l'embouchure du Rhône. Les isotopes 238Pu et 239,240Pu introduis dans le Rhône sont principalement issus des rejets d'effluents faiblement radioactifs effectués par l'usine de retraitement de Marcoule, située à 120 km de l'embouchure du Rhône. Etant données sa très forte affinité pour la phase particulaire et sa longue période radioactive, le 238Pu présente un intérêt particulier en tant que traceur anthropique du devenir des apports solides du Rhône en Méditerranée. Au cours de ce travail, les 3 campagnes REMORA ont permis d'échantillonner spécifiquement les sédiments du prodelta du Rhône et du plateau continental du golfe du Lion. Des mesures d'émetteurs alpha ont permis d'obtenir une première cartographie détaillée des concentrations des isotopes du Pu dans les sédiments situés face au Rhône. L'étude couplée du 137Cs et des isotopes du Pu a permis d'estimer pour la première fois les inventaires en plutonium de la zone étudiée. En 2001, les stocks sédimentaires de Pu sont estimés à 92 ± 7 GBq en 238Pu et 522 ± 44 GBq en 239,240Pu, pour une aire d'environ 500 km2. Le prodelta du Rhône joue un rôle essentiel dans la séquestration du plutonium puisqu'il piège à lui seul environ 50 % de ces stocks sur une aire de 100 km2. La remobilisation du plutonium a été appréhendée par des expériences originales de remise en suspension en canal à courant linéaire. Pour les sédiments du golfe du Lion et un stress hydrodynamique donné, les flux potentiels de remobilisation atteignent au maximum 0,08 Bq.m-2.h-1 en 238Pu et 0,64 Bq.m-2.h-1 en 239,240Pu. En parallèle, des mesures ADCP de courant et de houle ont été réalisées au printemps 2002 pour étudier in situ la dynamique sédimentaire du prodelta du Rhône. Ces mesures mettent en évidence le rôle prépondérant des houles de Sud-est dans l'érosion des sédiments prodeltaïques et dans leur exportation en direction du Sud-Ouest. Un premier bilan sur le devenir du plutonium indique qu'au minimum 85 % du plutonium rejetés par l'usine de Marcoule, au cours des quarante dernières années, sont actuellement piégés dans les sédiments situés face à l'embouchure du Rhône. Le remobilisation du plutonium est un phénomène potentiellement important mais la dispersion des sédiments contaminés serait relativement limitée dans l'espace. Ces résultats suggèrent alors une faible exportation du matériel particulaire originaire du Rhône vers l'ensemble du plateau continental du golfe du Lion et vers le bassin Nord méditerranéen.

Le littoral sableux du Languedoc-Roussillon est un système vulnérable aux risques d'érosion et de submersion. Ces aléas sont liés à la conjonction des facteurs naturels que sont les vagues, vent, élévation du niveau de la mer et apports sédimentaires et sont donc aggravés en période de tempête. En vue d'une gestion des risques, une meilleure connaissance des phénomènes hydrodynamiques de l'échelle littorale à l'échelle côtière est essentielle. Ce travail a conduit à la réalisation d'une plateforme de modélisation numérique composée du modèle de circulation océanique 3D Symphonie, traditionnellement dédié aux échelles régionales et côtières, qui a été modifié pour inclure le forçage par les vagues, modélisées par les modèles Wavewatch III ou Swan, et ainsi étendre sa validité au littoral. Le modèle a été testé sur des cas académiques littoraux. Des mesures sur la plage à double barres de Sète pendant l'hiver 2008-2009, ont également servi à parfaire le modèle qui reproduit ainsi avec succès les caractéristiques des courants en zone littorale : la dérive, les courants sagittaux sur des bathymétries plus complexes et les profils verticaux des courants. Pour valider le modèle à des échelles plus côtières, nous avons confronté ses résultats à des mesures réalisées pendant une tempête hivernale en 2004 aux alentours de l'embouchure de la Têt, mais également sur des tempêtes de 2007 et 2008 dans le Golfe d'Aigues-Mortes. Les courants sont globalement bien reproduits. Les zones d'action des vagues semblent limitées aux zones de profondeur inférieure à 30 m. Notre modèle autorise une reproduction correcte des courants à toutes les échelles et sa nature 3D permet un calcul plus précis de la tension de cisaillement de fond et du courant près du fond, responsables respectivement de la mise en suspension et de l'advection des sédiments.

La dynamique de la circulation marine en région côtière peut être appréhendée par des moyens d'observation et de modélisation. Si le domaine côtier bénéficie de réseaux de mesure adaptés en résolution et en couverture, la mise en oeuvre d'un outil de modélisation s'avère délicate, particulièrement dans la spécification de conditions initiales et de conditions aux frontières ouvertes appropriées. Cette question de l'estimation des conditions aux limites peut être considérée comme relevant d'une problématique plus générale de détermination des paramètres de fonctionnement d'un modèle à partir de l'information apportée par les observations. Ainsi posé, le problème est abordé par l'outil mathématique du contrôle optimal qui conduit à une opération d'assimilation de données par méthode d'adjoint. L'adaptation et l'application de cette formulation inverse à un problème de modélisation océanographique contrôlé par ses conditions frontières font l'objet de ce travail de thèse. Une approche 4D-variationnelle d'assimilation pour le contrôle des conditions frontières est ainsi développée et implémentée sur la base du modèle aux équations primitives OPA (version 'toit rigide') et de son adjoint existant. L'algorithme d'inversion est validé sur trois expériences d'identification: (i) les perturbations du forçage barotrope sur la frontière ouverte d'un modèle non stratifié sont détectées par l'assimilation de courants de surface pris à l'intérieur du domaine; (ii) le développement d'un courant de densité dans un canal semi infini et homogène est retrouvé à partir de profils hydrologiques distribués en aval; (iii) l'observation du " spin up " d'une circulation de plateau induit par un courant côtier permet d'identifier les conditions amonts prévues par le mécanisme de séparation d'un front de Kelvin barocline en incidence sur un talus. Cette méthode d'assimilation est alors proposée pour des applications s'inscrivant dans la problématique scientifique des échanges côte - large sur la zone du Golfe du Lion. Riche en observations et largement ouverte sur le bassin méditerranéen occidental, cette région est soumise à l'influence du courant Liguro-Provençal qui s'écoule en bord de plateau. L'algorithme d'inversion permet de contrôler cette influence régionale sur la circulation de plateau; il est donc évalué à travers des expériences réalistes menées dans le mode diagnostique. En particulier, la faculté de réseaux d'observation à détecter des épisodes d'intrusion du courant côtier sur le golfe est traitée suivant leur couverture spatiale et temporelle.

L'hydrodynamique du Golfe du Lion, situé en Méditerranée Nord Occidentale, fait intervenir de nombreux processus physiques, présentant des échelles de variabilité spatiale et temporelle très hétérogènes. La plupart de ces processus sont générés en réponse aux conditions atmosphériques et en particulier au forçage du vent. Ce travail de thèse contribue à la compréhension de cet impact sur les processus de petit échelle et met en évidence l'intérêt de la haute-résolution de ces forçages. Dans un premier temps, une étude de processus a permis de mettre en évidence l'influence du vent sur la génération d'un tourbillon méso-échelle situé à l'Est du golfe, pécédemment observé par radars HF. Les influences respectives de la bathymétrie, des effets de flottabilité et de la circulation générale ont également été évaluées à l'aide de configurations idéalisées du modèle hydrodynamique MARS3D. Dans un deuxième temps, différents modèles atmosphériques, de résolutions différentes, ont été comparés en tant que forçage d'un modèle hydrodynamique réaliste du Golfe du Lion. D'un point de vue énergétique, les mouvements inertiels de la couche de surface, les oscillations de la thermocline et la variabilité méso-échelle de l'océan sont amplifiés avec le modèle atmosphérique haute- résolution AROME. Cette étude également permis de mettre en évidence l'importance de la variabilité spatiale du vent pour la génération de l'upwelling au Nord du plateau et les intrusions le long de la côte Ouest.

Actuellement, la prévision de l'évolution d'un système littoral représente un enjeu social important. De nombreuses études sont réalisées afin de mieux connaitre la dynamique côtière et donc de comprendre les facteurs qui influencent son évolution. Cette dynamique est contrôlée par la morphologie, les apports sédimentaires, l'hydrodynamique, l'eustatisme... qui agissent à des échelles de temps différentes et avec de fortes interactions. A l'échelle géologique, l'architecture des dépôts, contrôlée par l'eustatisme et la subsidence, est parfaitement décrite dans les zones à forts apports sédimentaires. Par contre, dans les zones à faibles apports sédimentaires, l'enregistrement des cortèges côtiers est réduit et est difficile à interpréter. L'analyse de 250 kilomètres de profils sismiques THR sur le littoral languedocien (Nord du Golfe du Lion, France), de carottages et de données de terrain a permis de déterminer la géométrie en trois dimensions des cortèges sédimentaires côtiers depuis le Quaternaire jusqu'à l'actuel. Ces observations montrent l'importance de la dynamique longshore sur les littoraux pauvres en apports sédimentaires directs. De plus, l'étude d'un système lagunaire sur ce littoral met en évidence les concepts de lagunes protégées et lagunes isolées ainsi que l'importance des vallées incisées dans la génèse de ces environnements. Enfin, la modélisation en laboratoire des processus d'incision de chenaux sous contrôle eustatique et climatique permet de discuter le rôle des vallées incisées en milieu côtier.