La région Méditerranéenne est particulièrement vulnérable aux feux des végétation qui représentent une menace croissante pour l'environnement et les populations. Les interactions dynamiques et chimiques entre le feu et l'atmosphère se produisent sur plusieurs échelles temporelles et spatiales et leur étude nécessite donc une modélisation couplée. Le couplage numérique entre le modèle atmosphérique Méso-NH, incluant un schéma de chimie réactionnel, et le modèle de propagation de feu en surface ForeFire a été la base méthodologique pour trois études sur les interactions feu-atmosphère. D'abord, les impacts des feux de végétation sur la dynamique et la chimie atmosphérique ont été caractérisés à l'échelle régionale pour l'incendie de Lançon-de-Provence 2005. L'étude montre l'impact des émissions pyrogéniques sur les concentrations de polluants en surface à plus de 30 km sous le vent du feu et un accroissement de la turbulence atmosphérique. Ensuite, une étude sur la hauteur d'injection des produits des feux de végétation a été réalisée qui compare deux paramétrisations des processus convectifs induits par les incendies. Les deux approches (EDMF et PRM) donnent des résultats similaires sur un feu méditerranéen, mais EDMF sous-estime systématiquement les hauteurs d'injection pour les feux tropicaux quelques soient les conditions environnementales, soulignant les limitations des approches paramétrées dans la détermination des hauteurs d'injection. Enfin, le modèle couplé MésoNH-ForeFire utilisé à très haute résolution sur des cas idéaux et sur des feux réels a montré l'amélioration sur la vitesse de propagation du feu du couplage bi-directionnel feu-atmosphère.

Les objectifs multiples étaient centrés autour d'une thématique générale : l'influence des processus physiques à mésoéchelle sur l'écosystème planctonique dans les upwellings côtiers. L'utilisation d'outils variés était nécessaire pour aborder les nombreux mécanismes impliqués. La variabilité physique et biogéochimique de l'upwelling de la péninsule Ibérique est d'abord étudiée à partir des données in-situ de la campagne MOUTON 2007. Ensuite, un front secondaire d'upwelling au niveau de la marge continentale a été observé dans ces données, puis expliqué grâce à un modèle numérique en 2D. Enfin, des données satellites et un outil lagrangien nous permettent de comparer le mélange horizontal de l'océan de surface des quatre zones d'upwelling de bord Est, en lien avec l'activité biologique. Nous mettons en évidence une relation négative entre la turbulence à mésoéchelle et les concentrations de chlorophylle. De par la diversité des approches, des progrès ont été faits sur la compréhension des effets des processus physiques à mésoéchelle sur les écosystèmes marins.

Le principal objectif de cette thèse est d'étudier les interactions entre l'océan côtier et l'océan ouvert dans la zone de l'upwelling du Benguela, située au large des côtes d'Afrique du Sud et de Namibie, à l'aide d'un outil numérique et de données satellites et in-situ. Un modèle biogéochimique adapté à la zone d'étude (BioBUS ; Biogeochemical model for the Benguela Upwelling System), prenant en compte les processus caractéristiques des systèmes d'upwelling de bord Est et des zones de minimum d'oxygène associées a été développé, puis couplé au modèle hydrodynamique ROMS, afin de mettre au point une configuration réaliste centrée sur le système de l'upwelling de Namibie (sous-système Nord du Benguela), zone d'étude de cette thèse. Ces travaux de thèse ont permis d'améliorer notre compréhension des systèmes d'upwelling de bord Est (EBUS), notamment leurs impacts locaux et régionaux, ainsi que les couplages physiques/biogéochimiques dans ces systèmes. A l'issue de ces travaux de thèse, les apports d'azote depuis la zone de l'upwelling vers le gyre oligotrophe de l'océan Atlantique Sud ont été estimés (0.38 molN.m-2.yr-1) et sont comparables aux autres sources d'azote (dépôts atmosphériques, fixation biologique, ...) possibles de soutenir la production primaire dans le gyre subtropical (de 0.01 à 0.24 molN.m-2.yr-1). Les pertes d'azote par dénitrification et anammox liées à la zone de minimum d'oxygène (2.2 108 molN.yr-1) sont du même ordre de grandeur que les pertes par émission de N2O vers l'atmosphère (5.5 108 molN.yr-1), mais sont sous-estimées par rapport aux quelques estimations in-situ dont nous disposons. Les flux de N2O à l'interface océan-atmosphère dans cette région sont clairement significatifs pour le budget atmosphérique de N2O. En effet, même si la surface de la zone ne représente pas plus de 1.2% des EBUS, ces émissions de N2O contribuent à 4% des émissions de N2O dans les EBUS. Enfin, ces travaux de thèse montrent l'importance des processus à mésoéchelle dans le transport total d'azote au large du plateau continental Namibien.

Cette thèse a pour objectif ultime d'améliorer notre compréhension de la réflexion de la lumière sur des surfaces micro-courbes, en particulier lorsque les dimensions physiques des surfaces (rayons de courbure de l'ordre de 50-300 μm) sont comparables aux paramètres dimensionnels d'un faisceau optique Gaussien, typique des faisceaux issus d'une fibre optique ou d'un microlaser. A cet effet, une étude théorique et des simulations numériques ont été menées ; elles ont été confrontées à une étude expérimentale. Pour ce faire, la réalisation des micro-miroirs à concavité contrôlée n'étant pas chose aisée, un premier jalon de cette thèse a consisté à atteindre les avancées technologiques nécessaires à la réalisation de tels micro-miroirs(par procédé de gravure plasma de type DRIE) en vue de leur caractérisation expérimentale. Une motivation importante du choix de ce sujet est son potentiel applicatif à la réalisation de micro-bancs optiques sur puce silicium, de sorte à augmenter les capacités de couplage et de manipulation de lumière de façon intégrée dans un espace ultra-compact. A titre d'illustration des possibilités de la nouvelle micro-instrumentation optique que nous proposons, nous avons conçu et réalisé un microsystème de balayage spatial à grand angle (110°) d'un faisceau laser dont le spot optique ne se déforme pas tout au long de l'opération de balayage, ce qui en fait, entre autres, la pièce maîtresse de systèmes portables d'imagerie médicale par tomographie à cohérence optique / The ultimate objective of this thesis is to improve our understanding of light reflection on micro-curved surfaces, especially when the physical dimensions of the surfaces (radii of curvature in the order of 50-300 microns) are comparable to typical dimensional parameters of a Gaussian optical beam, such as those coming from an optical fiber or from a micro-laser. To this end, a theoretical study and numerical simulations were conducted; they were confronted with an experimental study. To do this, the realization of micro-mirrors controlled concavity being not easy, a first step of this thesis was to achieve the technological advances necessary for the realization of such micro-mirrors (by plasma etching method of DRIE type) for their subsequent experimental characterization. An important motivation for choosing this topic is its potential application in the production of micro-optical benches on a silicon chip, so as to increase the coupling efficiencies and capabilities of manipulation of light, in an integrated way and in an ultra compact space. As an illustration of the new micro-optical instrumentation which is attainable, we have designed and implemented a micro-device able of wide-angle (110 °) spatial scanning of a laser beam, the optical spot being not deformed during the scanning operation, which makes this device, the centerpiece of portable medical imaging systems by optical coherence tomography, among others

En assurant la dispersion, la phase larvaire joue un role fondamental dans la dynamique des populations d'invertébrés marins à cycle de vie bentho-pélagique et détermine la connectivité au sein des métapopulations marines. La connectivité en milieu marin influence ainsi directement la dynamique des métapopulations et la persistance des populations locales, les potentialités d'expansion des espèces en réponse à des changements des conditions environnementales ou les limites biogéographiques d'aire de distribution des espèces. Dans ce contexte, le but du présent travail a été de mieux comprendre les roles relatifs joués par les processus hydrodynamiques et hydroclimatiques, et les traits d'histoire de vie des invertébrés sur la dispersion larvaire et la connectivité en milieu cotier dans le Golfe de Gascogne et la Manche occidentale. Pour répondre à cette question, une approche couplée a été mise en oeuvre, alliant l'observation in situ et la modélisation biologie-physique à deux échelles spatiales : régionale et locale. Dans le Nord du Golfe de Gascogne, la description de la distribution larvaire de trois espèces cotières de polychètes (Pectinaria koreni, Owenia fusiformis, et Sabellaria alveolata) a mis en évidence le role prépondérant de l'organisation spatiale des structures hydrologiques à méso-échelle (i.e. plumes estuariennes) dans la variabilité de la distribution des abondances larvaires. à l'échelle régionale du Golfe de Gascogne et de la Manche occidentale, la simulation lagrangienne de la dispersion larvaire en conditions hydroclimatiques réalistes a souligné l'importance de la variabilité saisonnière des conditions hydroclimatiques et des traits d'histoire de vie (mois de ponte, durée de vie larvaire, comportement natatoire) dans le transport larvaire et la connectivité entre populations. Ces résultats ont suggéré de possibles échanges larvaires depuis les populations cotières du Golfe de Gascogne vers celles de la Manche occidentale, i.e. à travers une zone de transition biogéographique. Ils ont aussi permis de tester plusieurs hypothèses sur les conséquences possibles du changement climatique sur la dispersion et la connectivité entre populations marines, i.e. via une période de ponte précoce et une durée de vie larvaire raccourcie. à l'échelle locale du Golfe Normand-Breton, un modèle eulérien de dispersion a permis d'estimer la connectivité entre les récifs biogéniques construits par une espèce à forte valeur patrimoniale, Sabellaria alveolata. Ce modèle a permis de déterminer les influences relatives de la variabilité intra- et inter-annuelle des conditions hydroclimatiques sur la connectivité, dans un contexte de gestion et de conservation d'un patrimoine naturel.

Le but de cette thèse est d'étudier la modélisation détaillée des écoulements qui ont lieu lors des inondations urbaines. Dans une première partie, des écoulements en bifurcation incluant des petits obstacles génériques ou des profils de canaux avec trottoirs sont étudiés sur une maquette expérimentale, puis simulés numériquement avec le modèle bidimensionnel Rubar20. Les résultats expérimentaux et numériques montrent l'avantage d'inclure des obstacles de petite taille dans un modèle d'inondation urbaine, alors qu'il n'y a qu'un intérêt limité à utiliser une topographie détaillée des rues. Dans une deuxième partie, les interactions entre écoulements de surface et écoulements en conduites souterraines sont étudiées. Un modèle physique de système de drainage urbain permet de valider un modèle analytique prédisant les débits d'échange entre les deux couches d'écoulement. Une modélisation 1D/2D (conduite/rue) est mise en place avec les modèles Rubar3/Rubar20 et validée sur des écoulements expérimentaux observés sur le modèle physique. Dans une troisième partie, les inondations dans la ville d'Oullins (près de Lyon, France) sont étudiées. La modélisation des écoulements de surface est validée avec des données de terrain, et nous discutons l'intérêt de plusieurs représentations du milieu urbain. L'intégration du réseau d'assainissement dans un modèle 1D/2D reste affectée par plusieurs incertitudes, mais cette étape montre l'intérêt de la modélisation couplée pour décrire les interactions complexes des écoulements lors d'inondations urbaines, ainsi que les limites de l'approche développée pour les écoulements à faible profondeur / Aim of this thesis is to study the detailed modelling of flows that occur during urban floods. In a first part, bifurcation flows including small obstacles or channel profiles with sidewalks are studied on an experimental facility, and then numerically simulated with the two dimensional model Rubar20. Experimental and numerical results show the benefits of including small obstacles in an urban flood model, whereas there is only little benefit of using a detailed representation of the streets topography. In a second part, interactions between surface and underground pipe flows are studied. A physical model of an urban drainage system allows the validation of an analytical model predicting exchange discharges between both flow layers. A 1D/2D modelling (pipe/street) is set up with the models Rubar3/Rubar20 and validated on experimental flows observed on the physical model. In a third part, floods in the city of Oullins (near Lyon, France) are studied. Surface flows modelling is validated with field data, and we discuss the interest of several representations of the urban area. Integration of the sewer system in a 1D/2D model remains impacted by several uncertainties, yet this step shows the interest of the coupled modelling to describe complex flows interactions during urban floods, as well as limitations of the developed approach for shallow flows

Lieu de développement économique et démographique intense, les zones littorales font l'objet de pressions importantes sur l'environnement et, en particulier, sur les ressources en eau. Bien que la gestion des eaux souterraines côtières bénéficie de nombreux résultats issus de la recherche scientifique, une des problématiques majeures reste la connaissance de la géométrie des aquifères. Des interprétations géologiques de la genèse du bassin Plio-Quaternaire du Roussillon, issues de la stratigraphie séquentielle, sont confrontées, par l'intermédiaire d'une base données, à l'hydrogéologie de cet hydrosystème complexe localisé sur la partie littorale des Pyrénées-Orientales. L'étude statistique des points de prélèvement (distribution des crépines, productivité des forages...), l'analyse fonctionnelle (traitement du signal des chroniques piézométriques), l'hydrochimie et la géophysique électrique ont été utilisées afin d'élaborer un modèle conceptuel hydrogéologique des écoulements à l'échelle du bassin et de son prolongement vers le domaine offshore. La présence de la mer, de zones à salinité résiduelle et de cours d'eaux littoraux contribue à augmenter la salinité d'un aquifère libre supérieur (Quaternaire) sus-jacent aux différents aquifères captifs (Pliocène) exploités pour l'eau potable dans la zone littorale. La vulnérabilité face aux intrusions salines de cette ressource de bonne qualité, tant sur le point de vue quantitatif que qualitatif est appréhendée par modélisation. Dans le domaine offshore, le rôle protecteur des formations géologiques à faible et moyenne perméabilité est mis en évidence vis-à-vis de la préservation de la qualité de l'eau potable.

La caractérisation géochimique et isotopique des eaux souterraines de la « zone minéralisée de l’Entre-Deux-Mers » indique une origine commune de la minéralisation, directement liée à la minéralogie des formations captées par les forages.La géochimie montre que les interactions eau-roche sont majoritairement influencées par la présence d’évaporites, mais que d’autres interactions mettant en jeu des carbonates, des silicates et des argiles existent. Un modèle géochimique d’acquisition de la minéralisation reconstitue parfaitement la chimie des eaux souterraines à l’échelle de la zone d’étude. Ce modèle, construit en se basant sur la géochimie des eaux et sur la minéralogie des formations tertiaires du nord du Bassin aquitain, met à l’équilibre des eaux avec des formations carbonatées et évaporitiques. Afin de mieux comprendre la distribution latérale et verticale des formations tertiaires et leur minéralogie, une approche paléogéographique et sédimentologique a permis de localiser les différents horizons riches en sulfates et/ou en fluorures, mais aussi de comprendre leur origine de dépôt. En se basant sur l’hydrogéologie, la paléogéographie, la minéralogie et la géochimie, des hypothèses de répartition de la minéralisation à l’échelle du forage ont pu être testées. Les résultats de la modélisation couplée hydrodynamique–transport reconstituent la chimie des eaux prélevées par les forages de la « zone minéralisée de l’Entre-Deux-Mers ». Au vu de ces résultats, un modèle avec obturation des horizons riches en sulfates et en fluorures a été testé et les résultats obtenus ouvrent des perspectives pour des futures recherches. Ce travail a donc permis de comprendre l’origine de la minéralisation des eaux de « la zone minéralisée de l’Entre-Deux-Mers », mais aussi de proposer des améliorations et des perspectives pour une meilleure gestion d’une des principales ressources en eau potable de la Gironde. / Geochemical and isotopic characterizations of groundwaters in the "mineralized Entre-Deux-Mers area" indicate a common origin of the mineralization, directly linked to the mineralogy of the formations abstracted by drilling.Geochemistry shows that water-rock interactions are mainly influenced by the presence of evaporites, and that but that other interactions involving carbonates, silicates and clays exist. A geochemical model based on the water geochemistry and mineralogy of the Tertiary formations of northern Aquitaine Basin fix waters in equilibrium with evaporitic and carbonated formations. This model reconstitutes perfectly the groundwaters’ chemistry across the study area and explains the mineralization acquisition. Improving the understanding of the lateral and vertical distribution of tertiary formations and their mineralogy requires a sedimentological and paleogeographical approach. This approach allowed to locate the different layers rich in sulphates and/or fluoride and to understand also their origin.Based on hydrogeology, paleogeography, mineralogy and geochemistry, the distribution of the mineralization has been tested at the borehole scale. The results of this coupled hydrodynamic-transport modeling reconstitute the chemistry of the groundwaters in the "mineralized Entre-Deux-Mers area." A model, that considers the sealing of sulphates- and fluorides-rich layers has been tested and its results highlights future research perspectives. This work has allowed understanding the origin of the mineralization of the waters "of the mineralized Entre-Deux-Mers area" and also suggests improvements and prospects for sustainable management of a major drinking water resource in Gironde.

Compte tenu de l’évolution démographique et climatique planétaire, la gestion de la ressource en eau constitue un défi majeur auquel la communauté internationale devra faire face au cours du XXIème siècle. A cet effet, l'identification de la continuité hydrique entre les eaux de surface et les eaux souterraines permet l'introduction de la notion de gestion intégrée de la ressource. L'application de ce principe de gestion au bassin de la Seine, à travers l'estimation des échanges nappe-rivière, est rendue possible par la mise en pratique du concept d'interface nappe-rivière emboitées au sein de travaux de modélisation. Pour cela une procédure de modélisation multi-échelles peut être mise en place. Elle vise à intégrer des informations locales au sein de modélisation à une échelle supérieure. Dans ce mémoire, une procédure de modélisation multi-échelles est mise en œuvre. Ce protocole de modélisation est initié par une estimation des flux d'eau régionaux au sein de l'hydrosystème Seine. La cohérence globale de ces flux est garantie par le développement d'une méthodologie de calibration de modèles couplés en deux étapes. Ensuite les informations locales, que sont les hétérogénéités de la plaine alluviale de la Bassée et de la représentation des interfaces nappe-rivière du réseau secondaire, sont intégrées au modèle régional par une procédure de modélisation emboitée et de changement d'échelle des paramètres hydrauliques. La mise en place de cette procédure a finalement permis l'estimation fine des échanges nappe-rivière sur la quasi-totalité (83%) du réseau hydrographique naturel du bassin de la Seine et ainsi de répondre aux recommandations de gestion intégrée de la ressource faites par la directive cadre sur l'eau. / Given the current climate and anthropogenic evolutions, water management becomes one of the greatest challenges of the 21st Century. For that purpose, by identifying hydraulic continuity between surface and subsurface water, the concept of integrated water management can be introduced. In this work this management concept is applied on the Seine basin by quantizing hydrological processes occuring at the nested stream-aquifer interface. The implementatin of the nested interface concept can bedone through multi-scale modeling. This modelling procedure, aimed at embody the local characteristics of the interfaces (such as structural or hydrodynamic heterogeneities) in large scale models. A multi-scale modelling procedures is applied to the regional Seine basin model (70000 km²) in order, to study the hydrodynamic behaviour of the Bassée alluvial plain, and to quantify the stream-aquifer exchanged fluxes at the basin scale. The modelling protocol is initiated with regionals fluxes estimation over Seine hydrosystem. Regional fluxes consistency are assured by a two-step calibration procedure of fully coupled models. Then, the local characteristics of the Bassée alluvial plain, are implemented in the regional model by nested modelling methodology associated with upscaling procedure of hydraulics properties. Finally, the multi-scale modelling procedure lead to quantify distributed stream-aquifer exchanged water fluxes over 83% of the natural river network of the Seine basin, and thus, achieve to answer the integrated water resources management recommandations of the water framework directive.

La caractérisation géochimique et isotopique des eaux souterraines de la " zone minéralisée de l'Entre-Deux-Mers " indique une origine commune de la minéralisation, directement liée à la minéralogie des formations captées par les forages.La géochimie montre que les interactions eau-roche sont majoritairement influencées par la présence d'évaporites, mais que d'autres interactions mettant en jeu des carbonates, des silicates et des argiles existent. Un modèle géochimique d'acquisition de la minéralisation reconstitue parfaitement la chimie des eaux souterraines à l'échelle de la zone d'étude. Ce modèle, construit en se basant sur la géochimie des eaux et sur la minéralogie des formations tertiaires du nord du Bassin aquitain, met à l'équilibre des eaux avec des formations carbonatées et évaporitiques. Afin de mieux comprendre la distribution latérale et verticale des formations tertiaires et leur minéralogie, une approche paléogéographique et sédimentologique a permis de localiser les différents horizons riches en sulfates et/ou en fluorures, mais aussi de comprendre leur origine de dépôt. En se basant sur l'hydrogéologie, la paléogéographie, la minéralogie et la géochimie, des hypothèses de répartition de la minéralisation à l'échelle du forage ont pu être testées. Les résultats de la modélisation couplée hydrodynamique-transport reconstituent la chimie des eaux prélevées par les forages de la " zone minéralisée de l'Entre-Deux-Mers ". Au vu de ces résultats, un modèle avec obturation des horizons riches en sulfates et en fluorures a été testé et les résultats obtenus ouvrent des perspectives pour des futures recherches. Ce travail a donc permis de comprendre l'origine de la minéralisation des eaux de " la zone minéralisée de l'Entre-Deux-Mers ", mais aussi de proposer des améliorations et des perspectives pour une meilleure gestion d'une des principales ressources en eau potable de la Gironde.