Le Golfe du Lion et le Bassin Provençal sont l'objet de recherche intensive à toute échelle de temps et d'espace. Cependant, les budgets sédimentaires et les mouvements verticaux depuis la formation de la marge étaient restés inconnus ou sources de controverses. Ce travail se propose d'aborder leur quantification à partir de l'interprétation de nombreux profils sismiques, d'après les concepts de stratigraphie sismique et séquentielle [Vail et al., 1977], complétée par des données de forages et de sismique réfraction, et validée par des modélisations stratigraphiques avec Dionisos [Granjeon and Joseph, 1999]. L'établissement d'une continuité stratigraphique entre le domaine de plate-forme et le bassin profond offre une vision complète du remplissage sédimentaire de la marge. Les repères stratigraphiques du Plio-Pléistocène (2.6 Ma, 1.6 Ma, 0.9 Ma et 0.45 Ma) ont en effet été corrélés jusqu'au pied de pente. Les jalons messiniens, établis lors des travaux précédents [Bache, 2008] ont également été étendus et précisés localement. La mise en évidence d'une nouvelle unité, interprétée comme les résidus de l'abrasion lors de la transgression mettant fin à la célèbre crise, permet d'apporter des arguments pour l'établissement d'un nouveau scénario de l'évènement [Bache et al., 2012a](soumis). Des lois de conversion en profondeurs (métriques) des différentes unités chronostratigraphiques ont ensuite été établies en 3D à partir de l'ensemble des données de forage et de réfraction (ESP) et appliquées pour chacune de nos unités. Les profondeurs de l'ensemble des jalons plio-pléistocènes et messiniens ont ainsi pu être cartographiées, ainsi que les épaisseurs de chacune des unités définies depuis le substratum jusqu'à l'actuel (1 au Miocène, 6 au Messinien, 5 au Plio-Pléistocène). Les épaisseurs et volumes sédimentaires déposés ont alors pu être quantifiés sur chaque intervalle stratigraphique. Les séries sédimentaires ont été par la suite décompactées et les volumes "vrais" de dépôts et flux sédimentaires recalculés. Il en résulte une augmentation très forte (X2) des apports détritiques autour de 1 Ma en liaison avec les changements climatiques de la révolution Mi-Pléistocène, et le changement de fréquence et d'amplitude des cycles eustatiques. L'accélération mondiale (par 3) des flux terrigènes il y a 5 Ma, défendue par de nombreux auteurs et corrélée avec un soulèvement des grandes orogènes (ici en liaison avec les Alpes), est également observée dans notre bassin, même si la célèbre crise de salinité messinienne tend à perturber le signal. On suggère qu'elle soit en partie responsable de ce pic détritique à 5 Ma. La chute du niveau marin (estimée à 1500 m par [Clauzon, 1982]) et l'érosion qui lui est associée entraînent en effet un transfert considérable de sédiments d'amont en aval. Les flux détritiques sont ainsi multipliés par 15 pendant le Messinien par rapport au Miocène. Nos modélisations stratigraphiques de la crise messinienne ont par ailleurs permis de démontrer la validité de l'hypothèse de [Bache, 2008], [Bache et al., 2012b] quant à l'ampleur des dépôts détritiques issus de l'érosion et du démantellement de la marge. La géométrie des dépôts nous a également fourni de précieux indicateurs des mouvements verticaux ayant affectés les sédiments depuis le rifting. Trois domaines différents de subsidence sont distingués : les domaines de plate-forme, de pente (où la subsidence prend la forme d'un basculement) et le bassin profond (qui s'affaisse de façon purement verticale). Trois lignes charnières ou hinge-line sont ainsi définies : - la première située entre 15 à 20 km en amont du trait de côte actuelle, au début de l'amincissement de la croûte (première remontée du Moho) - la deuxième au niveau de la rupture de pente de l'actuel plateau au-dessus à la transition avec un domaine de croûte continentale plus fortement amincie au sein duquel un sous domaine anomalique à fortes vitesses sismiques est observé, - la troisième à l'aplomb de la transition entre le domaine à croûte continentale fortement amincie et le domaine à croûte atypique. Sur la plate-forme, le basculement plio-pléistocène quantifié par [Rabineau, 2001], [Rabineau et al., soumis), est démontré constant dans le temps et globalement dans l'espace et estimé à 0,16°/Ma et validée par des simulations en 2D. La subsidence post-rift moyenne (depuis 20 Ma) du plateau, quant à elle, apparaît inférieure et variable dans le temps et l'espace. Elle est estimée à 0,11°/Ma sur la plate-forme occidentale, à 0,06°/Ma sur la plate-forme orientale, impliquant une subsidence miocène quasi-nulle sur la plate-forme rhodanienne. La subsidence post-rift moyenne est cependant mesurée sur des réflecteurs qui ont probablement subi des réajustements isostatiques liés à l'événement messinien. Quantifier l'ampleur de ces réajustements isostatiques s'avère donc essentiel pour mieux contraindre la subsidence. L'ordre de grandeur de ces réajustements a été mesuré à 1300 m sur la plate-forme externe occidentale au niveau des canyons de la zone Aude-Hérault, se rapprochant de l'estimation de [Mauffret et al., 2001]. Dans le bassin profond, la subsidence post-rift verticale (depuis 20 Ma) est, elle, estimée à 500 m/Ma. Une simulation préliminaire avec Dionisos, incluant les lignes charnières définies, et considérant un taux de basculement constant de 0,16°/Ma sur le plateau, une subsidence verticale de 500 m/Ma dans le bassin, et un basculement constant sur la pente accommodant les subsidences de part et d'autre, reproduit l'architecture sédimentaire de la marge à partir d'une topographie initiale plane. Elle montre donc que l'hypothèse d'une subsidence post-rift constante du bassin de 500 m/Ma depuis 20 Ma (similaire à celle indiquée par [Séranne, 1999]) est possible, même si un taux de subsidence miocène plus faible n'est pas à exclure. L'enregistrement sédimentaire permet donc de décrypter les lois de subsidence qui semblent corrélées aux diffé- rents grands domaines structuraux sous-jacents : (1) le domaine à croûte continentale, (2) celui à croûte continentale amincie et (3) le domaine à croûte intermédiaire. La position haute de la plate-forme pendant le rifting [Bache, 2008], [Bache et al., 2010], les taux de subsidence particulièrement forts calculés dans cette étude, ainsi que le mouvement subsidant purement vertical dans le bassin ne correspondent pas à l'évolution attendue d'après les modèles conservatifs d'extension des marges. De précédentes études menées sur les marges atlantiques [Moulin et al., 2005], [Aslanian et al., 2009], [Labails et al., 2010] avaient déjà mis l'accent sur ce point. Les résultats de nos travaux confirment donc la nécessité de considérer de nouveaux modèles d'évolution des marges dites passives [Aslanian et al., 2009], [Bache et al., 2010].

Dans la partie ouest du golfe du Lion, Millot (1979, 1982) avait postulé l'existence de tourbillons anticycloniques de mésoéchelle. Comme déjà bien étudié dans l'océan ouvert, ce type de structure pourrait aussi jouer, en zone côtière, un rôle important sur la circulation et sur la biogéochimie, ainsi que dans les échanges de matière et d'énergie entre les zones côtières et hauturières. Les objectifs de cette thèse sont de caractériser les tourbillons anticycloniques à l'ouest du Golfe du Lion et de comprendre leur processus de génération, en utilisant à la fois la modélisation numérique et les données in situ. Le modèle numérique SYMPHONIE est utilisé pour reproduire de manière réaliste la circulation du golfe du Lion afin de nous aider à comprendre la dynamique de ces structures. Une étude de sensibilité sur la résolution spatiale du modèle et sur la diffusion horizontale a été effectuée pour obtenir la configuration optimisée du modèle. L'application de la technique d'analyse en ondelettes sur les résultats du modèle a permis d'identifier les tourbillons et d'estimer leurs caractéristiques (durée de vie, taille,...). Les résultats de la modélisation numérique ont été utilisés pour établir la stratégie des campagnes en mer LATEX et pour nous aider à mieux comprendre les données des mesures in situ. L'analyse des données collectées pendant la campagne Latex08 (1-6 septembre 2008) a confirmé l'existence de tourbillons sur la partie ouest du plateau continental du golfe du Lion et a montré que les caractéristiques des tourbillons observés in situ sont bien comparables avec celles issues des résultats du modèle. Combiné avec les résultats numériques, les mesures in situ ont permis d'améliorer notre connaissance des tourbillons. Grâce à une simulation pluri-annuelle (2001-2008) avec la configuration optimisée choisie, nous avons pu étudier la reproductibilité et la variabilité des tourbillons, et appréhender leur processus de génération. Les résultats de simulation ont montré que, pour chaque année de 2001 à 2008, des tourbillons anticycloniques se produisent régulièrement, de mai à octobre, à l'ouest du Golfe du Lion avec une durée de vie allant de quelques jours jusqu'à plus que deux mois en maximum. Il a été montré que pour qu'un tourbillon de « longue durée de vie » (plus de 15 jours) se développe, deux conditions sont nécessaires: un vent du nord-ouest fort et persistant et une forte stratification de la masse d'eau. L'analyse des effets combinés de ces deux facteurs en fonction de leurs différents degrés d'intensité ont permis d'expliquer la variabilité annuelle et interannuelle des tourbillons générés au cours des 8 ans de simulation numérique. / In the western part of the Gulf of Lion, Millot (1979, 1982) had postulated the presence of mesoscale anticyclonic eddies. As already well studied in the open ocean, such structures could also play, in the coastal zone, an important role on the circulation and biogeochemistry, as well as on the coastal-offshore exchanges of energy and mass. The objectives of this PhD thesis is to characterize the anticyclonic eddies present in the western part of the Gulf of Lion and to understand their generation processes, using in a combined way numerical modelling and in situ measurements. The numerical model SYMPHONIE is used to simulate realistically the circulation of the Gulf of Lion, in order to help us understand the dynamics of such structures. A sensitivity analysis has been carried out, varying the model spatial resolution and the horizontal viscosity, to choose the best model configuration. A wavelet technique is applied on model outputs to identify eddies and estimate their characteristics (duration, size...). The numerical results have been used to set up the sampling strategy of the LATEX cruises and help us interpret in situ data. The analysis of the measurements collected during Latex08 (September 1-6 , 2008) confirmed the presence of an anticyclonic eddy in the western part of the Gulf of Lion and showed that its features agree with the ones of the simulated eddy. These in situ data, combined with the modeling results, allow us to better understand the eddies' dynamics. Thanks to a long period simulation (2001-2008) with the appropriate model configuration, we studied the repetitiveness and variability of the eddies, as well as their generation processes. Modeling results showed that during the 8 years of simulation, coastal anticyclonic eddies are present regularly, from May to October, in the western part of the Gulf of Lion with a life duration varying from several days to more than two months. The eddies with a life duration longer than 15 days need two conditions to be generated: a persistent and strong northwest wind and a strong stratification. Annual and interannual differences between the eddies present in the 8 years of simulation can be explained by varying the intensity of each of the two conditions.

Le Quaternaire terminal a été le théâtre de changements importants du climat, à l'échelle de la dizaine ou de la centaine de milliers d'années. Ces fluctuations ont affecté les enregistrements sédimentaires continentaux et marins à travers le monde. Même si la variabilité du climat est maintenant bien reconnue, les changements associés du niveau marin absolu et de l'environnement, ainsi que l'empreinte de ces changements sur l'organisation stratigraphique restent à préciser.<br />Les travaux entrepris depuis une dizaine d'années sur la marge du Golfe du Lion (Méditerranée occidentale) montrent qu'il s'agit d'une zone exceptionnelle pour explorer l'impact de la variabilité climatique et glacio-eustatique sur l'organisation stratigraphique des sédiments. Les séquences sédimentaires liées aux grands cycles tardi-pléistocènes de 100 000 ans, révélées par la sismique, ont été échantillonnées et interprétées grâce aux données multi-proxies des forages du projet européen "Promess-1". La révision du modèle stratigraphique de la marge, propagé sur l'ensemble de la plateforme, a contribué à préciser les modèles conceptuels de la stratigraphie séquentielle. L'analyse sismo- et litho-stratigraphique à plus haute résolution révèle également l'enregistrement de séquences liées à des cycles climatiques beaucoup plus courts durant le dernier cycle glaciaire (~130 000 ans). L'association des événements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger dans les cycles génériques de Bond présente une expression stratigraphique distincte, sous la forme de paraséquences régressives. Enfin, la modélisation de l'agencement des structures sédimentaires associées à la remontée du niveau marin lors de la dernière déglaciation (~20 000 ans) souligne le rôle des événements climatiques extrêmes dans la formation du message sédimentaire. Cette étude présente enfin une confirmation semi-quantitative et bien contrainte dans le temps, du rôle fondamental des variations du niveau marin et des flux sédimentaires dans l'organisation des séquences de dépôt, y compris à l'échelle des événements climatiques rapides.

La daurade royale (Sparus aurata, L.) est une espèce migratrice, connue pour coloniser les lagunes côtières, fortement anthropisées, du printemps à l'automne. Identifier les lagunes clés pour l'accomplissement du cycle de vie doit donc permettre de mieux gérer et protéger les populations de daurades du Golfe du Lion. Dans ce cadre, la microchimie de l'otolithe est un outil précieux. Au cours de sa croissance, cette concrétion de l'oreille interne incorpore des éléments chimiques prélevés dans le milieu. Piégés dans le réseau cristallin, ils sont une image des conditions environnementales rencontrées par le poisson à une date donnée ce qui rend possible, en théorie, de reconstituer ses migrations. Néanmoins, pour cela, il faut (i) connaître précisément la croissance du poisson et de ses otolithes, (ii) mettre en évidence des différences chimiques entre les zones clés pour le cycle de vie en identifiant les outils statistiques appropriés pour la discrimination des habitats. Ainsi, (i) la comparaison objective de modèles de croissance, associée à l'analyse d'un spécimen exceptionnellement âgé a permis de remettre en cause les données classiquement acceptées sur la croissance de la daurade et le schéma de croissance de ses otolithes a été établi ; (ii) la comparaison de 4 méthodes statistiques de discrimination a permis de sélectionner la méthode du random forest pour différencier les signatures chimiques des otolithes de S.aurata de différentes lagunes. Ces avancées ont permis de confirmer le schéma migratoire précédemment décrit, tout en révélant une variabilité des comportements entre les individus et au cours de la vie du poisson. Les juvéniles semblent préférer les lagunes dessalées, suggérant un rôle de nurserie pour ces habitats, alors que les adultes préfèrent des lagunes profondes comme l'étang de Thau. Le maintien de la diversité des caractéristiques des différentes lagunes est donc nécessaire, afin d'assurer la pérennité de la population de S.aurata dans le Golfe du Lion. / The Gilthead seabream (Sparus aurata L.) is a migratory species, known to colonize coastal lagoons with high anthropogenic load, from spring to autumn. It is necessary to identify key lagoons for the seabream life cycle to allow better management and protection of gilthead seabream populations in the Gulf of Lions. For this, otolith microchemistry is a powerful tool. As it grows, this inner ear concretion absorbs chemical elements taken in its surrounding. Traped in the crystal net, these elements are an image of the environmental conditions met by the fish individual. It is then possible to rebuild fish past migrations. For this it is necessary to (i) precisely know the fish and otoliths growth calendars and (ii) identify chemical differences between the key habitats for the life cycle by choosing statistical methods for habitat discrimination.(i) The objective comparison of many growth models, combined to the analysis of an exceptionally old specimen allowed to propose a new scheme for the gilthead seabream growth and its otolith growth pattern was established ; (ii) the comparison of 4 statistical discrimination methods allowed to select the random forest method to differentiate the otolith chemical signatures of gilthead seabreams from various lagoons. These insights confirmed the already described migration pattern and emphasized a behavioural variability between individuals and between periods of life. The juveniles seem to prefer brackish lagoons, suggesting a nursery rôle for these habitats, whereas the adults prefer deeper lagoons as the Thau lagoon. The maintenance of the lagoons diversity is thus necessary for the preservation of the Gilthead seabream population in the Gulf of Lions.

Les espèces démersales représentent 50% des captures des pêcheries françaises du golfe du Lion, dont la plupart sont pleinement exploitées, voir surexploitées depuis plusieurs décennies. Cette thèse évalue la pertinence d'aires marines protégées (AMPs) comme outil de gestion et de conservation de ces populations. Jusqu'à présent de telles zones ont été uniquement mises en place le long des côtes pour protéger des espèces très peu mobiles. Le problème est plus complexe pour les espèces vivant en haute mer car leur habitat est plus large et plus diffus. Pour ce faire, la distribution spatiale de 12 espèces démersales exploitées clés ont été étudiées de 1994 à 2010, à l'aide d'observations scientifiques et d'outils statistiques ad hoc. Une approche géostatistique a permis de détecter des structures d'auto-corrélation spatiale pour l'ensemble des espèces, et de produire des cartes de distributions annuelles de chaque espèce. Ces distributions sont apparues très stables sur les dix-sept années, mis à part un phénomène d'expansion/ rétraction avec le niveau d'abondance totale sur la région. Par ailleurs une approche par modèle linéaire généralisé a révélé des associations importantes de ces espèces à un habitat stable dans le temps. Ces résultats sont en accord avec la théorie du bassin de MacCall selon laquelle l'association d'une espèce à un habitat est densité-dépendant, et l'augmentation de la densité d'individus dans une zone serait à l'origine de la colonisation d'habitats sub-optimaux. Protéger l'habitat optimal d'une espèce permettrait alors de constituer un habitat «source», si la zone est judicieusement choisie ; en effet le report de l'effort de pêche à l'extérieur de l'AMP peut au contraire rendre cette mesure inefficace voir délétère. Par ailleurs les populations adultes occupaient généralement des zones plus concentrées et incluses dans l'aire de répartition des juvéniles. Ces zones communes d'habitats essentiels (reproduction et nourriceries) peuvent être potentiellement intéressantes à protéger dans un cadre monospécifique. L'hétérogénéité observée des répartitions d'une espèce à l'autre implique l'instauration de zones très clairsemées, et rend la gestion difficile dans une cadre pluri-spécifique. Une zone de taille raisonnable a tout de même été identifiée, représentant 20% de la population de chaque espèce et représentative de la diversité des habitats de cette région. / Demersal species represent 50% of French fisheries catches in theGulf of Lions, most of which are fully exploited, or overfished for decades. This thesis evaluates the relevance of marine protected areas (MPAs) as a tool for conservation and management of these populations. So far these areas have been implemented only along the coast to protect the very few mobile species. The problem is more complex for deep sea species because their habitat is broader and more diffuse. To do this, the spatial distribution of 12 key demersal species exploited were studied from 1994 to 2010, with scientific observations and ad hoc statistical tools. A geostatistical approach allowed to detect spatial autocorrelation structures for all species, and produce maps of annual distributions of each species. These distributions appeared very stable over 17 years, apart from a phenomenon of expansion/ contraction with the level of total abundance in the region. In addition, a generalized linear model approach revealed significant associations of these species to a temporally stable habitat. These results are consistent with MacCall basin theory, according which habitat suitability is a density-dependent thus the increase of individuals in an area make them colonize sub-optimal habitats. An optimal habitat under protection could thus be "source" habitat, if the area is carefully chosen. Indeed reporting the fishing effort outside the MPA can instead make this measure ineffective or deleterious. The adult population were generally in more concentrated areas and included in the spatial range of juveniles. These common areas of essential habitat (breeding and nursery) may be potentially interesting to protect a single species . However, the heterogeneity of distributions of a species to another involves the introduction of very sparse areas, making the management difficult. However an area of ​​reasonable size has been identified, covering 20% ​​of the population of each species and representative of the diversity of bottom habitats in the region.

La marge du golfe du Lion est issue d'une période de rifting Oligo-Aquitanienne suivie de l'ouverture océanique du bassin Provençal vers le Burdigalien. Deux périodes ont été particulièrement étudiées au cours de cette thèse :<br />· L'événement messinien qui constitue un jalon (entre 5,96 et 5.33 Ma) de l'histoire du bassin. Son étude est indispensable à l'interprétation des séries antérieures.<br />· Et la période de formation de la marge, des débuts de l'extension continentale (35-30 Ma) à l'océanisation (20 Ma environ)<br />Cette étude repose sur une synthèse de toutes les données (essentiellement industrielles) disponibles sur le plateau, la pente et le bassin profond du golfe du Lion. Cette importante base de données a été rassemblée dans le cadre du GDRMarges (atelier golfe du Lion).<br /><br />L'étude des géométries sédimentaires sur la marge et dans le bassin profond apporte des éléments nouveaux dans la compréhension de la crise messinienne :<br />· Le premier élément est l'identification, à la transition entre la plate-forme érodée par les fleuves messiniens et le bassin, d'une épaisse série détritique (jusqu'à 1000 m d'épaisseur). La base de cette série érode directement le rebord de la plate-forme miocène et correspond à la première trace de l'événement messinien dans le bassin. Cet épisode détritique correspond à la « crise d'érosion messinienne » qui intervient avec l'exondation de la plate-forme du golfe du Lion avant l'apparition des premières évaporites du bassin. Une chute de quelques centaines de mètres est suffisante à ce stade pour démanteler la plate-forme miocène.<br />· Le deuxième élément important est l'identification, entre l'épisode détritique initial et la halite messinienne bien connue dans le bassin, d'une épaisse série à évaporites inférieures (environ 1500 m). Cette période marque le début de la « crise de salinité messinienne ».<br />· Un troisième résultat concerne le ré ennoiement du bassin juste après le dépôt de la halite messinienne (celle-ci représente le plus bas niveau marin). Nous avons identifié une surface d'abrasion marine, témoin de la transgression de la ligne de rivage, entre les premiers indices de dépôt de la halite et la surface d'érosion fluviatile messinienne. La limite entre cette abrasion marine et la surface aérienne est située à une profondeur constante de 1.6 secondes temps double. Cette limite représente la ligne de rivage juste avant une accélération suffisante de la transgression pour fossiliser la surface d'érosion fluviatile messinienne (autours de 5.3 Ma).<br />Nous identifions au total près de 3500 m de sédiments déposés depuis la « crise d'érosion messinienne » jusqu'au ré ennoiement du bassin. La plate-forme enregistre quant à elle une perte sédimentaire (due à l'érosion) pouvant atteindre 1000 m. Ces transferts sédimentaires énormes ont des conséquences importantes sur l'évolution de la marge. Les premiers résultats issus d'un backstriping 1D et prenant en considération ces interprétations stratigraphiques suggèrent que le bassin était profond de l'ordre de 3500 m avant la crise messinienne. L'étude détaillée des réajustements isostatiques liés à l'événement messinien reste à faire et nous permettra de mieux comprendre comment réagit la croûte à des contraintes de charge.<br /><br />L'étude des structures de la croûte et de la sédimentation initiale de la marge du golfe du Lion (avec plusieurs surfaces d'érosions majeures identifiées et datées) nous permet d'avancer les résultats suivants :<br />· L'ensemble du substratum, mésozoïque et paléozoïque, parait largement érodé. Cette érosion affecte l'ensemble de la marge, pratiquement jusqu'à la zone « océanique ». Une position surélevée de cette zone jusqu'à la fin de l'épisode de rifting est mise en évidence. Cette position haute contraste avec la zone camarguaise où un important bassin synrift Oligocène est connu. <br />· A partir de l'Aquitanien (fin du rifting), la rupture se produit et semble limitée à une zone étroite d'environ 50Km. L'ensemble du golfe du Lion s'affaisse alors.<br />La question se pose de savoir si ce golfe du Lion qui a été soulevé et érodé sur toute sa largeur pendant le rifting, avant de subsider, résulte d'un héritage ou s'il doit sa configuration à l'ouverture du bassin Provençal.<br />A l'échelle du bassin, la marge homologue Sarde présente des caractéristiques équivalentes : toute la zone centrale, homologue du golfe du Lion, est largement affaissée, entre les zones restées hautes de l'Iglesiente et de la Nurra. Comme dans le golfe du Lion, les dépôts synrift parraissent peu développés. Il semble donc évident que c'est bien l'ouverture du bassin Provençal qui contrôle l'évolution verticale du golfe du Lion.<br /><br />Ces résultats nous permettent de proposer une histoire de la marge du golfe du Lion en trois temps. Tout d'abord un événement thermique profond maintient la plate-forme exondée pendant l'épisode initial de rifting. Dans un deuxième temps la rupture se fait (Aquitanien supérieur, vers 20 Ma) et le premier socle « océanique » atypique (zone de transition) se met en place. Le troisième temps correspond à la mise en place de la croûte océanique proprement dite au centre du bassin.

a venir

Le golfe du Lion est une marge continentale à construction deltaïque soumise à l'impact des apports sédimentaires (1) du Rhône, un des plus gros fleuves méditerranéens, à caractère saisonnier ; (2) ainsi que d'une série de fleuves côtiers à caractère torrentiel. Des zones de dépôts temporaires du matériel fin se développent en face de ces fleuves vers 30 m de profondeur à la limite d'action des houles de tempête. La dynamique de ces zones soumise à l'impact des évènements extrêmes joue un rôle important dans (1) la dissémination des sédiments fins et des contaminants associés depuis les sources (bassins versants) jusque vers le large, et (2) la qualité des eaux dans la zone littorale. Une station de suivi automatique haute fréquence et à long terme a été installée sur le fleuve Têt, exemple de fleuve côtier méditerranéen à caractère torrentiel et sur son prodelta afin de suivre la variabilité, l'impact des évènements hydro-climatiques sur le devenir des sédiments fins dans la zone littorale. Les crues engendrées par les entrées maritimes sont les principales sources de sédiments fins à la zone littorale. Les tempêtes qui accompagnent ces crues créent une redistribution de ce matériel vers la vasière circa-littorale vers 50 m de profondeur et la limite du plateau où se situent les canyons sous-marins. La succession de ces évènements extrêmes au cours de l'année détermine la conservation du matériel fin dans la zone littorale ou son exportation vers le large. Une forte variabilité interannuelle existe également dans le golfe du Lion entre des années humides avec de fortes crues et tempêtes apportant et redistribuant de grandes quantités de matériel sédimentaire sur le plateau et des années sèches caractérisées par des courants intenses à l'origine de plongées d'eaux denses dévalant et érodant le plateau jusqu'au canyons sous-marins. Les évènements hydro-climatiques extrêmes (crues, tempêtes, plongées d'eaux denses) sont les acteurs principaux qui façonnent les fonds sédimentaires du golfe du Lion. L'impact des activités humaines et du changement climatique sur la fréquence de ces évènements extrêmes semble jouer un rôle important sur la variabilité de la qualité du milieu littoral et du devenir des sédiments fins et contaminants.

Cette thèse analyse la variabilité des surcotes et des niveaux marins extrêmes dans le Golfe du Lion et les conditions atmosphériques associées à différentes échelles spatio-temporelles de 1905 à 2100. Les analyses se basent sur les données marégraphiques à quatre stations (Port-Vendres, Sète, Grau-de-la-Dent et Marseille), les vents à chacune de ces stations et les champs de pression observés au cours du 20ème siècle et simulés au 21ème siècle, par ARPEGE-climat, selon deux scénarios de changement climatique (A2 et B2). Les séries marégraphiques au pas de temps horaire du Grau de la Dent, Sète et Port-Vendres ont été numérisées et validées sur la période commune 1986-1995 grâce au logiciel NUNIEAU. La série quotidienne des hauteurs d'eau mesurées au Grau de la Dent à 6h TU et les moyennes mensuelles à Marseille ont été utilisées afin d'étudier la variabilité depuis 1905.<br /><br />Les surcotes extrêmes (> 40 cm) sont des événements d'échelle régionale dans le Golfe du Lion, c'est-à-dire qu'elles s'y produisent pratiquement simultanément avec une amplitude similaire. Elles sont principalement forcées par des vents de secteur sud à sud-est, générés par un fort gradient barométrique zonal entre une dépression située entre l'Espagne et les Iles Britanniques et des hautes pressions localisées sur l'Europe centrale. A l'échelle des types de temps (~ 30 millions de km2) et de l'ensemble du domaine centré sur l'Atlantique Nord, les surcotes sont principalement associées à « Greenland Above » (GA), « Blocking » (BL) et à la phase négative de l'Oscillation Nord-Atlantique (ONA), c'est-à-dire lorsque la circulation zonale au dessus de l'Atlantique Nord est décalée au sud de sa trajectoire habituelle. Des surcotes locales peuvent toutefois apparaître par flux de N à NW en fonction de l'orientation de la côte, comme à Port-Vendres et Marseille. <br /><br />A l'échelle du 20ème siècle, la hausse des niveaux marins extrêmes au Grau-de-la-Dent (+ 0.31 mm/an) est associée à la remontée du niveau marin moyen (+ 0.20 mm/an) à laquelle se superpose l'élévation des surcotes (+ 0.12 mm/an), liée à l'augmentation de la fréquence des vents de sud à sud-est dans le Golfe du Lion. Paradoxalement, la fréquence des jours « GA » reste stationnaire au 20ème siècle et la phase moyenne de l'ONA montre une nette déviation positive dans la seconde moitié du 20ème siècle. Cependant, à partir des années 1960, des modifications atmosphériques (augmentation de la pression sur l'Europe Centrale lors des jours « GA » et décalage vers l'est des principaux centres d'action de l'ONA) ont augmenté la probabilité d'occurrence des vents de sud et sud-est et des surcotes dans le Golfe du Lion, durant les phases négatives de l'ONA et les jours « GA ». <br /><br />Au 21ème siècle, la hauteur et la fréquence des surcotes dans le Golfe du Lion restent stationnaires dans les scénarios A2 et B2. Mais des surcotes vont se superposer à un niveau marin moyen inéluctablement croissant. A la fin du 21ème siècle, la fréquence des niveaux marins érosifs dans le Golfe du Lion (> 40 cm NGF) pourrait dépasser 20% de l'hiver dans la scénario B2 et 30% dans le scénario A2, selon les projections basses de la remontée du niveau marin moyen. Selon les projections hautes, le niveau aujourd'hui centennal (> 1 m NGF) pourrait se produire plusieurs fois par hiver dans A2 et B2.

Des observations in situ et la modélisation ont été conjointement utilisées pour mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent les échanges côte-large et étudier les transferts de matière particulaire gouvernés par l'effet des courants et des vagues dans le Golfe du Lion. Cette étude montre que les tempêtes de vent marin induisent une circulation cyclonique sur le plateau et un processus de downwelling dans les canyons sous-marins. En période automnale, lorsque la colonne d'eau est stratifiée et que l'eau du plateau est légère, le downwelling est limité en profondeur. En revanche, en hiver, les plongées d'eaux denses, formées lors des vents de nord froids sur le plateau, intensifient ce processus. D'autre part, les tempêtes de vent marin sont responsables de fortes remises en suspension sur l'ensemble du plateau (> 5 M t) et d'une exportation massive dans la partie ouest du Golfe. Le canyon du Cap Creus apparaît comme une voie d'exportation privilégiée vers le large.