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.

La frange équatoriale du golfe de Guinée représente une énorme richesse faunistique, floristique et écosystémique. Contrairement à celles d'Afrique de l'Ouest et d'Asie, ces richesses sont assez bien préservées, en raison de la faible occupation humaine. Cependant, avec la croissance urbaine, on note une relative « érosion » de cette biodiversité.<br /><br />Alors que les premières actions de sauvegarde de ces forêts et de leur faune ont débuté il y a environ un siècle, que de grands projets de conservation sont en cours depuis une dizaine d'années et que l'idée d'une valorisation économique pour une exploitation durable commence à intéresser tous les acteurs, de nouvelles actions en partenariat, proposées lors du sommet de Johannesburg (2002), devraient bientôt se concrétiser.<br /><br />Les aires protégées, outils de conservation de la biodiversité, sont un enjeu tant au Gabon qu'en Guinée équatoriale. Leur ouverture à l'écotourisme, sur la zone littorale, à rias, de la baie de Corisco, est l'objet de cette étude.

Le modèle SAFRAN-ISBA-MODCOU est évalué et sa physique améliorée. L'analyse météorologique SAFRAN est tout d'abord validée en détail. Le modèle de surface ISBA est ensuite modifié pour mieux décrire la conductivité hydraulique dans le sol. Une stratégie de calibration est définie et appliquée à l'échelle de la France. Le modèle amélioré est finalement utilisé pour évaluer les impact du changement climatique en région méditerranéenne. Un scénario d'un modèle de climat régional est désagrégé en utilisant deux méthodes différentes. L'étude montre que les incertitudes liées à la désagrégation sont importantes. L'incertitude liée au modèle d'impact est moindre, mais doit être prise en compte pour les extrêmes. Dans cette région, les débits extrêmes, et parfois, moyens, augmenteront pendant la première moitiée du XXIème siécle. A la fin du siècle, le scénario indique une baisse des débits moyens et une stabilité des débits extrêmes, ce qui conduit à une augmentation de la variabilité.

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.

Les variations du niveau de base entraînent une perturbation de la dynamique érosive d'un système continental. Une chute du niveau de base se traduit par la propagation d'une incision fluviatile vers l'amont entraînant un rajeunissement du paysage. Cette étude a pour but de montrer comment cette érosion affecte l'évolution d'un paysage, suivant les paramètres du système morphologique préexistant. Elle s'appuie sur un exemple préservé de chute du niveau de base de grande ampleur pendant la Crise de Salinité Messinienne en Méditerranée il y a 5.5 Ma. L'étude morphologique des incisions messiniennes couplée à une modélisation numérique montre qu'il existe une dichotomie entre la vitesse de croissance d'un réseau et ses effets sur l'évolution à long terme d'un paysage en présence d'une pente régionale préexistante. L'absence de pente régionale peut conduire à une modification drastique comme la capture de l'Atlantique au niveau de Gibraltar qui a entraîné la fin de la Crise Messinienne.

L'étude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) fait l'objet d'une attention grandissante depuis les dix dernières années. Leur source principale est l'exsudation de polysaccharides par le phytoplancton et les bactéries. Ces particules formées de façon abiotique, principalement via la coagulation de matière organique colloïdale, sont fortement impliquées dans les processus biogéochimiques des milieux aquatiques. Nous avons comparé deux techniques de mise en évidence des TEP (« Filter-Transfer-Freeze », et méthode des lames blanches dépolies) et évalué leurs limites et avantages afin d'établir un protocole le plus efficace possible. Dans la suite de ce travail, nous privilégierons la méthode des lames blanches dépolies qui offre de meilleurs résultats en termes de précision et de reproductibilité. Une étude des variations saisonnières des TEP en Méditerranée Nord-Occidentale de février 1999 à février 2000 a été effectuée, en deux sites, l'un côtier, l'autre océanique (programme DYFAMED-JGOFS). Les TEP sont présentes en forte abondance durant la totalité de l'année (de 2x104 à 2x105 TEP ml-1) en zone euphotique. Leur dynamique reflète davantage le statut trophique de l'écosystème plutôt que des différences régionales. Globalement, on observe une augmentation du pool de TEP après la floraison printanière et une persistance de ce pool durant la période estivale. Cette étude in situ a révélé également l'importance de ce pool de matière en tant que réservoir de carbone organique (de 0,6 à 20,5 µmol C l-1 ; jusqu'à 15% du carbone organique total). De plus, ces particules possèdent un rapport molaire C/N largement supérieur au rapport de Redfield (C/N = 21 en moyenne). La formation des TEP serait une voie majeure de transfert du carbone lors de la surconsommation de carbone inorganique dissous (CID) par le phytoplancton en période oligotrophe. Les TEP représentent donc une composante importante dans le cycle du carbone en séquestrant le carbone organique sous forme particulaire. L'effet des conditions trophiques, associées à différentes intensités de turbulence sur la dynamique des TEP a fait l'objet d'un suivi en milieu contrôlé, dans le cadre du projet européen NTAP (Nutrient dynamics mediated through Turbulence And Plankton interactions). Une forte turbulence (1x10-4 cm2 s-3) induit la persistance de ce pool en surface entraînant l'agrégation des particules. Elle favorise également la colonisation bactérienne des TEP. L'hydrodynamisme de l'écosystème influencera donc la formation des TEP ainsi que le devenir de ce pool de matière (accumulation et/ou sédimentation). L'utilisation de la microscopie électronique à transmission couplée à une micro-analyse aux rayons X a permis de déterminer la composition élémentaire (C, N, P, Mg, Ca, Fe, Mn) des TEP en fonction des conditions trophiques du milieu. Les résultats confirment l'importance de ces particules en termes de carbone et leur rôle dans la surconsommation de CID lorsque le milieu est déficient en azote. De plus, les TEP adsorbent du fer et du manganèse (jusqu'à 1,7 nM Mn et 18,7 nM Fe dans un fjord Norvégien) laissant présumer de leur rôle dans le cycle biogéochimique des éléments-traces.

Cette thèse a pour but de progresser sur des points essentiels concernant le réalisme de la représentation de la formation et du trajet des masses d'eau en Mer Méditerranée, ainsi que de leur variabilité. A cet effet, plusieurs modèles océaniques régionaux de la Méditerranée, de résolutions horizontales différentes, sont développés et utilisés. Une configuration réaliste permettant de représenter la variabilité interannuelle des conditions aux limites de ces modèles (atmosphère, océan Atlantique, fleuves, mer Noire) est utilisée pour réaliser des simulations à long terme des 50 dernières années en Méditerranée. Deux événements rares, caractérisant la variabilité décennale en Méditerranée, sont étudiés : l'Eastern Mediterranean Transient (EMT) et la Western Mediterranean Transition (WMT). L'EMT est la période, au début des années 1990, pendant laquelle le site principal de formation d'eau dense dans le bassin oriental méditerranéen est passé du sous-bassin Adriatique au sous-bassin Egée. La capacité des simulations à long terme à reproduire la séquence d'événements composant l'EMT est tout d'abord démontrée. Parmi les éléments de préconditionnement et de déclenchement de l'EMT suggérés dans la littérature, nous montrons que les facteurs essentiels sont les flux hivernaux intenses au-dessus du sous-bassin Egée pendant les hivers 1992 et 1993. Le réalisme de la formation et de la propagation de l'eau crétoise profonde (Cretan Deep Water, CDW) pendant l'EMT est ensuite analysé dans les simulations de référence et de sensibilité. La propagation de la CDW au fond de la Méditerranée orientale n'est reproduite qu'avec des conditions atmosphériques modifiées. La WMT a commencé à l'hiver 2005 dans le Golfe du Lion, pendant lequel a été formé un volume très important d'eau profonde ouest-méditerranéenne (Western Mediterranean Deep Water, WMDW), caractérisée par une température et une salinité inhabituellement élevées. Les simulations reproduisent l'intensité de la convection profonde dans le Golfe du Lion pendant l'hiver 2005, qui est est due à la forte perte de flottabilité en surface. Elles indiquent également que des tourbillons cycloniques profonds, d'une centaine de kilomètres de diamètre, sont responsables du transport rapide de la nouvelle WMDW vers le Sud. Puis, les simulations à long terme permettent de replacer la WMT dans la variabilité décennale de la Méditerranée nord-occidentale. Elles montrent que l'EMT a potentiellement doublé le volume de nouvelle WMDW formé en 2005 dans le Golfe du Lion, mais qu'il n'est pas responsable de la température et de la salinité élevées de la nouvelle WMDW. Ces caractéristiques inhabituelles sont dues à l'absence de convection intense dans le Golfe du Lion pendant les années 1990, ce qui a favorisé l'accumulation de sel et de chaleur dans la Méditerranée nord-occidentale.

La dynamique des écosystèmes planctoniques pélagiques au sein du bassin de Méditerranée nord-occidentale a été appréhendée par une approche de modélisation réaliste. Deux cas bien distincts ont été considérés, celui des écosystèmes qui se développent sur les apports du Rhône et celui des écosystèmes du large. Une modélisation haute résolution du panache du Rhône est mise en place pour prendre en compte les spécificités des apports en sels nutritifs dans les eaux du Rhône. Les apports terrestres de matière particulaire et dissoute semblent favoriser la biomasse zooplanctonique qui, par broutage, limite à son tour le dépôt de carbone organique particulaire sur le plateau du golfe du Lion. En stimulant le développement du zooplancton, les lentilles d'eau dessalée qui se détachent du panache du Rhône pourraient favoriser ce processus. Au large, une simulation longue durée de 30 ans montre que la variabilité interannuelle des écosystèmes planctoniques est dirigée par le mélange vertical, en lien avec les forçages atmosphériques. La convection profonde hivernale contrôle la structure de l'assemblage phytoplanctonique, en favorisant le microphytoplancton, et défavorise davantage les communautés zooplanctoniques et bactériennes en moyenne annuelle. Le mélange vertical contrôle également la variabilité interannuelle des exportations de carbone particulaire et dissout Le métabolisme net de la zone MEDOC tend à être faiblement hétérotrophe en période peu convective, atténuant ainsi le caractère puit de la zone MEDOC. Cependant, on observe alors une accumulation accrue de carbone au sein des écosystèmes planctoniques et de la matière détritique.

L'objectif principal de cette thèse est d'approfondir les connaissances en terme d'aléa tsunami en Méditerranée occidental et Atlantique nord. Elle se concentre sur des tsunamis d'origine sismique qui présentent l'avantage d'être précédés d'un précurseur utile pour déclencher l'alerte, car pouvant être ressenti par la population : le séisme. Deux types d'études sont présentés. Elles ont été effectuées sur la base de recherches de documents historiques et/ou de dépôts sédimentaires, en utilisant ensuite la modélisation numérique mettant en application une méthode de calcul de propagation de tsunami par différences finies. La modélisation permet de produire des cartes de hauteur de vagues maximum attendues pour chaque scénario, proposer des temps d'arrivée, des limites de zones d'inondation et l'étude des phénomènes de résonance. Les premières études concernent l'impact tsunami que peuvent avoir des sources sismiques paramètres de rupture) préalablement proposées par des études antérieures (le tsunami de 1755 aux Antilles, à Terre-Neuve et celui de Zemmouri de 2003 dans le sud de la France). Et les secondes correspondent à des études approfondies sur les sources, proposant des scénarios de rupture et donc de génération/propagation de tsunami calant au mieux les données observations d'ordre géologique (sismicité, mécanismes au foyer, données GPS, ruptures de surface, etc.) et les données marégraphiques disponibles (hauteur de vagues, temps d'arrivée, périodes) et observations de terrains (limites et hauteur d'inondation, dégâts). Sur ce point les études ont porté sur les tsunamis de Jijel (1856), El Asnam (1580) et du détroit de Douvres (1580).

La Méditerranée nord-occidentale est affectée par des épisodes de pluie intense, prin- cipalement durant l'automne. L'objectif de la thèse était de mieux comprendre la relation entre les caractéristiques de l'environnement météorologique de méso-échelle et la lo- calisation et l'intensité de ces systèmes fortement précipitants, en étudiant les différents mécanismes de déclenchement et d'entretien de la convection profonde. Cette relation a d'abord été étudiée au moyen de simulations idéalisées de systèmes convectifs quasi-stationnaires affectant la région Cévenole. Des expériences de sensibilité aux caractéristiques du flux marin en terme d'humidité et de vitesse ont permis d'étudier les mécanismes expliquant la localisation du système précipitant. Les résultats de cette étude idéalisée ont ensuite été confrontés au cas des inondations du Var du 15 juin 2010. Un ensemble conséquent de simulations numériques a été réalisé afin d'obtenir la meilleure simulation de l'évènement permettant l'étude des mécanismes à l'origine du système précipitant quasi-stationnaire observé sur le Var.