Nous étudions les propriétés de modèles de séries chronologiques vectorielles à composantes binaires en vue de la modélisation du phénomène climatologique de la succession des jours selon leur caractère sec ou humide dans un réseau de stations de mesures. Nous menons une étude expérimentale par simulations des modèles considérés et envisageons leur utilisation dans des essais de modélisation concernant certains sous-réseaux francais de stations météorologiques

L'angle d?avalanche d'un tas de billes de verre dans un cylindre est modifié en présence de<br />forces de cohésion. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l'étude de l'évolution lente,<br />ou «vieillissement», de l'angle d'avalanche avec l'âge du tas. Nous avons montré que l'augmentation logarithmique<br />du coefficient de friction effectif entre les billes dépend de l'humidité de l'atmosphère, ce<br />qui peut être expliqué quantitativement par une augmentation progressive de la force d'adhésion due à<br />la condensation de liquide entre les grains. Nous avons également mis en évidence d'autres paramètres<br />influençant le vieillissement : usure, position du tas au repos ; et observé des effets de vieillissement en<br />présence d'éthanol. Nous avons étudié en détail la métastabilité et les effets de nucléation de la condensation<br />capillaire. Nous avons calculé l'énergie d'activation pour condenser un pont liquide entre deux surfaces<br />parallèles parfaitement lisses. Cette énergie d'activation diverge quand la taille du confinement s'approche<br />de la distance critique de nucléation. Ainsi, l'énergie d?activation est très souvent très supérieure à l'énergie<br />d'agitation thermique. Nous avons ensuite montré qu'il est possible de faire un modèle de condensation<br />capillaire thermiquement activé entre les rugosités des billes qui rend compte de la dépendance temporelle<br />du vieillissement observé avec les billes de verre. Enfin, nous avons construit un appareil à forces de surface<br />qui permet d'étudier les interactions statiques et dynamiques entre les surfaces à l'échelle du rayon de Kelvin,<br />c'est à dire à l'échelle du nanomètre. Après avoir décrit le principe et les performances de cet appareil,<br />nous exposons des premiers résultats concernant la nanorhéologie de fluides simples en milieu confiné ainsi<br />que des mesures de la dépendance de la force d'adhésion entre des surfaces de verre par rapport à la force<br />normale et au temps de contact.

Les ressources en eau se définissent autant par la qualité de l'eau disponible que par sa quantité, et leur évolution future, sous l'influence des pressions anthropiques (pollutions, prélèvements, etc.) ou du changement climatique, est un enjeu majeur pour les sociétés. Ce mémoire fait la synthèse des travaux que j'ai menés dans ce cadre, en commençant par ceux qui portent sur la compréhension et la modélisation du fonctionnement des hydrosystèmes dans leur composante " naturelle ", si tant est que l'on puisse l'isoler en conditions récentes. Il est question des modèles hydrologiques TOPMODEL et CLSM, des incertitudes que révèlent leur confrontation à des observations issues de sites contrastés, et à certains processus couplés à l'hydrologie, comme la dénitrification dans les zones humides, l'hydraulique des cours d'eau et leur température. Une deuxième partie présente ensuite comment je me suis appuyée sur les modèles ainsi développés et évalués pour évaluer l'impact des changement globaux sur les hydrosystèmes, en insistant sur ceux du changement climatique. J'aborde enfin les perspectives de ces travaux, ciblées sur les influences réciproques entre surfaces continentales et climat, avec une attention particulière envers les stress hydriques à l'évapotranspiration et le rôle des eaux souterraines.

Le plateau basaltique du Devès, situé dans la région du Velay, au sud du Massif Central oriental français, compte une dizaine de tourbières dont le contexte hydro-géomorphologique est original. Quatre d'entre elles ont été étudié dans ce travail : une vaste tourbière basse de maar, ainsi que trois petites tourbières basses de bassins. Les objectifs assignés à ce travail de recherche sont triples : - approfondir les connaissances écogéographiques sur les tourbières du domaine volcanique du Devès afin d'obtenir un évaluation générale de leur état de santé. - déterminer les impacts des interventions humaines sur ces sites afin de guider les opérations de gestion conservatoire actuelles et d'orienter les projets de restauration en cours. - acquérir des données paléoenvironnementales, afin d'appréhender les multiples changements qui ont rythmé l'histoire de ces tourbières et de leur environnement physique et humain ; se servir de ces données pour tenter de prévoir leur évolution à moyen terme. Au final, cette étude a permis de mieux comprendre le fonctionnement et la dynamique récente d'une tourbière de maar. Nous avons ainsi fait apparaître des dysfonctionnements sur le cas de la tourbière de Ribains et proposé une réflexion sur la gestion de ce site. Nous avons étudié les cas particuliers de trois tourbières basses du Nord Devès, inscrites dans des dépressions circulaires fermées. Ces tourbières, au contexte hydro géomorphologique original, ont révélé un fonctionnement et une dynamique très similaires. D'un point de vue paléo-environnemental nous avons dégagé dans le Devès deux périodes de mise en place des tourbières. Une première entre le Bølling et le début du Préboréal et une seconde à la charnière du Boréal et de l'Atlantique. Ces résultats renforcent les observations déjà faites dans le Massif Central oriental granitique.

Man-made wetlands are often created to compensate for the loss or degradation of natural wetlands, but little is known about the processes taking place in these artificial environments, especially at the community level. Throughout this thesis, we have assessed the phenomena of primary succession over different time (short-, mid- and long-term) and spatial scales (local, regional, interregional levels), applying different approaches (taxonomic and functional) and subject groups (invertebrates and amphibians). Our main findings regarding time scales show a 3-phase successional pattern in Mediterranean man-made wetlands’ communities, where at the short term (1 year) colonization processes dominate; at mid term perspectives (2 to 7 years) succession signs begin to be conspicuous, and later on (≥ 10 years) parameters such as species richness reach an asymptote. At that moment, some biological strategies dominate, and biodiversity surrogates indicate that communities are indistinct between man-made and natural wetlands. Regarding spatial effects, we corroborated that both local and regional factors affect the establishing communities. Particularly, the low hydrological stability of the Mediterranean region has enhanced biological traits favoring resilience and resistance to disturbances when comparing Mediterranean and cold temperate aquatic communities. Even within the Mediterranean region, low levels of hydrological stability have significant effects on the successional dynamics. In these cases, local communities are highly nested within regional natural ones, and so are not able to make net contributions to regional richness. We also showed the influence of the regional pool of recruiters over local communities, both in the case of invertebrates and amphibians. Especially for the latter group, man-made Mediterranean temporary ponds (MTPs) can play an important role in their conservation. / Les zones humides de nova creació són sovint concebudes per compensar la pèrdua i degradació de les naturals, però el coneixement dels processos que tenen lloc en aquests ambients artificials encara és superficial, especialment a nivell de comunitat. Al llarg d’aquesta tesi, hem analitzat el fenomen de la successió primària a diferents escales temporals (a curt, mitjà i llarg termini) i a diferents escales espacials (a nivell local, regional i interregional), mitjançant diverses aproximacions (taxonòmiques i funcionals) i subjectes (invertebrats i amfibis). Les nostres aportacions pel que fa a les escales temporals mostren un patró de successió basat en 3 fases, on a curt termini (1 any) dominen els processos de colonització; en perspectives de mitjà termini (2 a 7 anys) els signes de successió comencen a ser conspicus, i més tard (≥ 10 anys) paràmetres com la riquesa d’espècies arriben a una asímptota. En aquesta fase avançada, algunes estratègies biològiques dominen, i els índexs de biodiversitat indiquen que les comunitats poden ser indistintes entre les llacunes naturals i les de nova creació. Pel que fa als efectes espacials, hem corroborat que tant factors locals com regionals afecten les comunitats que s’hi estableixen. En particular, la baixa estabilitat hidrològica de la regió Mediterrània ha afavorit trets biològics que proveeixen resiliència i resistència enfront de pertorbacions, sobretot quan es comparen amb les comunitats pròpies del clima temperat fred. Fins i tot dins la mateixa regió Mediterrània, nivells baixos d’estabilitat hidrològica poden tenir efectes importants en la dinàmica de la successió. En aquests casos, les comunitats locals estan altament aniuades en les naturals a nivell regional, i per tant difícilment poden fer contribucions netes a la riquesa regional. També hem mostrat la influència del pool regional de colonitzadors sobre les comunitats locals, tant en el cas dels invertebrats com en el dels amfibis. Especialment per aquest darrer grup, les Basses Temporànies Mediterrànies (BTMs) de nova creació poden jugar un paper important per a la seva conservació.

Ces travaux portent sur la conception et le développement d'un procédé membranaire de captage/stockage du CO2 embarqué pour le transport routier. Dans une première partie, nous réalisons la simulation d'un procédé membranaire embarqué de captage du CO2 dans le cas d'un poids lourd (>3500 kg). Ceci comprend l'analyse énergétique de la séparation et de la compression des gaz, l'évaluation des surfaces et volumes requis ainsi que l'autonomie de l'unité de stockage et la surconsommation engendrée par ce dispositif. Nous étudions dans un second temps la relation entre qualité des supports fibres creuses et celle des membranes nanocomposites MFI-alumine synthétisées. Nous nous intéressons ensuite aux performances des membranes nanocomposites dans la séparation CO2/N2 en phase gazeuse. Plus particulièrement nous évaluons l'influence de la substitution isomorphique du silicium par le bore et le germanium, ainsi que l'échange du proton de valence par d'autres atomes, sur la séparation en question. Un chapitre est dédié à l'évaluation des paramètres thermodynamiques (adsorption) et cinétiques (diffusion) de la séparation CO2/N2. Enfin, nous analysons l'influence de la présence de polluants dans le mélange à séparer (eau, NOx, hydrocarbures) sur les performances séparatives des membranes synthétisées.

Les fonctions ??cologiques des milieux humides permettent de fournir des biens et services ??cologiques utiles ?? la soci??t??, dont plusieurs sont critiques ?? notre survie. Par contre, ces milieux humides subissent souvent de nombreuses perturbations anthropiques modifiant leur capacit?? ?? fournir ces biens et services ??cologiques. Incidemment, leurs fonctions ??cologiques sont d??grad??es. Elles repr??sentent l?????l??ment clef dans la d??marche propos??e pour ??valuer l?????tat des milieux humides. Le projet a d??but?? par l???analyse des sites d?????tude au Qu??bec, soient les bassins versants des rivi??res Yamaska et B??cancour. Par la suite, les fonctions ??cologiques ont ??t?? s??lectionn??es (support d???habitats fauniques, r??gulation des d??bits de crues et r??tention des s??diments) et caract??ris??es pour leur associer des indicateurs spatiaux mesurant leurs caract??ristiques selon le d??veloppement durable. Une approche multi??chelle a ??t?? int??gr??e pour diviser le territoire lors de la cartographie des indicateurs spatiaux afin de poser un diagnostic (sous-bassin : niveau strat??gique) et cibler l???intervention (microbassin : niveau tactique). L???approche multitemporelle a permis, ensuite, de cartographier ces indicateurs pour diff??rents horizons temporels : la situation historique de 1984, l?????tat actuel de 2011 et deux sc??narios de simulation en 2050, soient une vision pessimiste et optimiste quant ?? la gestion des milieux humides. Ces analyses spatiales ont ??t?? combin??es pour proposer un outil d???aide ?? la d??cision permettant de cibler des secteurs probl??matiques. En consid??rant les trois fonctions ??cologiques, une tendance g??n??rale est constat??e pour chaque bassin versant. C???est ?? l???ouest de la rivi??re Yamaska, pr??s de Saint-Hyacinthe, et dans la portion est de la rivi??re B??cancour, autour de Thetford Mines, que les fonctions ??cologiques procur??es par les milieux humides sont en d??ficit. De plus, les fonctions du support d???habitats fauniques et de r??gulation des d??bits de crues comportent le plus grand nombre de secteurs probl??matiques pour les bassins versants des rivi??res Yamaska et B??cancour, respectivement. Le d??veloppement d???indicateurs spatiaux selon des approches multi??chelle et multitemporelle a permis de proposer une solution innovante pour la gestion des bassins versants en tenant compte des fonctions ??cologiques procur??es par les milieux humides. De plus, l???int??gration de l???aspect de durabilit?? est un avantage consid??rable dans l?????laboration d???un outil d???aide ?? la d??cision pour les intervenants.

Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l'expression d'une grande diversité floristique et faunistique permettant de concilier enjeux écologiques et agronomiques. Ce travail de thèse vise à analyser (i) l'influence des facteurs environnementaux sur l'assemblage des communautés in situ et (ii) les relations entre la structure fonctionnelle des assemblages (i.e. valeurs de traits agrégées et diversité fonctionnelle) et leurs performances (i.e. production de biomasse et digestibilité de cette biomasse). Cette étude s'appuie sur des approches expérimentales et de terrain dans les prairies humides pâturées du Marais Poitevin. Nos résultats montrent des réponses très différentes des traits aériens et racinaires étudiés aux gradients de stress et de perturbation rencontrés dans ces prairies. Ils ont également permis de mettre en évidence l'influence prépondérante des valeurs de traits agrégées sur la fourniture de services écosystémiques (i.e. productivité et digestibilité du fourrage), en accord avec la "Biomass ratio hypothesis" énoncée par Grime. L'influence du niveau de diversité fonctionnelle sur les services rendus par les assemblages varie selon le service considéré. Contrairement aux résultats attendus selon la "Diversity hypothesis" énoncée par Tilman, le niveau de diversité fonctionnelle est lié négativement à la productivité des assemblages. En revanche, un effet positif de la diversité fonctionnelle sur la digestibilité a été mis en évidence. Cette étude a par ailleurs permis de montrer un compromis entre la productivité des assemblages et la digestibilité de la biomasse produite dans ces prairies humides. Ce travail suggère que des outils de diagnostics de la valeur fourragère du couvert peuvent être construits sur la base de la structure fonctionnelle des assemblages, et ce avec un haut niveau de fiabilité. Il met également en avant les bénéfices agronomiques associés à l'hétérogénéité des couverts végétaux rencontrés dans ces prairies.

La rivière Essonne est influencée quantitativement et qualitativement par la nappe de Beauce. L'eau de cette nappe possède des concentrations en nitrates élevées et qui continuent d'augmenter, représentant ainsi une menace croissante pour la qualité du cours d'eau. Des cressonnières (zones humides artificielles où le cresson de fontaine [Nasturtium officinale R. Br.] est cultivé) étaient autrefois très nombreuses entre ces deux masses d'eau, mais sont aujourd'hui massivement abandonnées. Or, ces zones humides jouent potentiellement un rôle épurateur vis-à-vis des nitrates, et pourraient contribuer au bon état du cours d'eau en limitant les transferts de ces nutriments (zones tampons) de la nappe vers la rivière. Ce travail a donc pour objectif d'étudier l'élimination des nitrates dans les cressonnières, mais également l'évolution de ces zones humides après l'abandon de la culture du cresson, et ses conséquences sur l'épuration. Pour cela, nous nous sommes basés sur l'étude d'un site expérimental (Maisse, 91, France) comprenant plusieurs stades d'abandon et sur des expérimentations en laboratoire (bioréacteurs). Les successions de macrophytes après l'abandon de la culture ont été étudiées sur le site expérimental et dans 14 autres sites de la vallée de l'Essonne. Après l'abandon de la culture, le cresson ne se maintient pas dans les fosses. On observe alors une évolution progressive vers un milieu terrestre, avec la colonisation successive par des hydrophytes pionnières ou invasives (Lemna minuta Kunth.), puis par des hélophytes pionnières (Epilobium hirsutum L., Typha latifolia L., Phragmites australis (Cav.) Steud.). Enfin, il s'établit une roselière avec l'apparition d'espèces arbustives et ligneuses (Salix sp), qui s'accompagne d'un comblement des fosses et qui semble constituer une transition vers une forêt alluviale. Au cours du passage de l'eau dans les fosses du site expérimental, une partie des nitrates a été éliminée. Les fosses cultivées ont été les plus efficaces avec un taux moyen de 1770 mg NO3-/m²/jour au cours des trois années de suivi. En comparaison, les fosses abandonnées ont montré des taux d'élimination largement inférieurs allant de 550 à 750 mg NO3-/m²/jour. Toutefois, ces taux n'ont permis qu'une faible diminution des concentrations (approximativement 44 mg/L en entrée à 42 mg/L en sortie) à cause de temps de séjour trop courts de l'eau dans les fosses. Les taux d'élimination des nitrates ont varié de façon saisonnière, avec un maximum en été et un minimum en hiver. L'ampleur des variations saisonnières a cependant été beaucoup plus forte dans les fosses cultivées que dans les fosses abandonnées. L'estimation des prélèvements par les macrophytes a montré que la dénitrification est la voie majoritaire de l'élimination des nitrates (70 à 85% de l'élimination totale). Des mesures de dénitrification potentielle en bioréacteurs ont montré que ce processus était limité par la disponibilité du carbone organique. Or, le cresson des fosses cultivées représente une source de carbone très disponible, par rapport aux hélophytes (Phragmites australis) qui dominent les cressonnières abandonnées. L'effet des cressonnières sur les concentrations en nitrates de la rivière Essonne est actuellement limité, mais peut être amélioré par la gestion des sources de carbone et des temps de séjour de l'eau dans ces zones humides.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des milieux granulaires humides. On étudie principalement le cas de faibles teneurs en eau. L'influence du phénomène de capillarité sur la rétention d'eau et sur le comportement mécanique du milieu est analysée. A chaque état d'équilibre, la distribution d'eau dans le milieu granulaire est obtenue en appliquant une succion homogène dans un volume élémentaire représentatif. La méthode multi-échelles utilisée se nourrit d'expérimentations/modélisation à l'échelle des interactions entre les grains, et produit des simulations en éléments discrets du comportement macroscopique qui sont comparées aux résultats d'expérimentation. A l'échelle des interactions capillaires, une étude expérimentale du pont liquide pilotée en succion permet la validation d'un modèle basé sur l'approximation toroïdale du profil du pont liquide. A l'échelle macroscopique, les courbes de rétention d'eau simulées sont proches des courbes de rétention d'eau expérimentales réalisées sur des milieux modèles composés de billes de verre. Enfin, le comportement mécanique macroscopique est simulé. On note une fragilisation du matériau en fonction de la succion dans le domaines des faibles teneurs en eau qui s'explique par une diminution de la densité des ponts liquides. La prise en compte d'une rugosité des grains permet une meilleure description de la transition entre un état humide et un état sec. L'analyse des contraintes montre la pertinence du tenseur des contraintes associé aux interactions attractives dans l'étude de l'évolution de la contrainte à la rupture (compression simple) et de la compressibilité (compression oedométrique) en fonction de la succion. / This work deals with study of humid granular media. Weak water percent media are mainly studied. The influence of capillarity on water retention and mechanical behaviour is analyzed. At each state of equilibrium, water distribution is obtained by applying a homogeneous suction in the entire elementary representative volume. The multi-scale approach used, is based on experimental/modelling at the local scale (interaction between grains) and produce discrete elements simulation of the macroscopic behaviour which are compared to experimental results. At the scale of the interactions, an experimental study of the liquid bridge piloted by suction validates a model based on the toroidal approximation of the liquid bridge shape. At the macroscopic scale, simulated water retention curves are near of experimental water retention curves made on a model sample composed of glass beads. Then, the mechanical behaviour is simulated. We notice a loss of cohesi on in function of suction because of a reduction of the liquid bridge density. The introduction of a roughness allows a best representation of the transition between the non saturation state and the dry state. The analysis of the stress reveal the pertinence of the stress tensor associated with attractives interactions in the evolution of rupture stress (simple compression) and compressibility (oedometric compression) in function of suction.