De leur source continentale à leur lieu de stockage ultime, les particules sédimentaires détritiques vont être produites en fonction de la nature et de l'intensité des processus continentaux : climat, contexte géodynamique. Sur les plates-formes, elles vont subir l'action des agents hydrodynamiques, vont se déplacer, constituer des corps sédimentaires qui seront préservés ou non selon la nature et l'intensité des processus : agitation s.l., apports sédimentaires, création d'espace par subsidence et variation du niveau marin... Enfin, dans les domaines océaniques profonds, elles vont se déposer.<br />L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire est, par une approche sédimentologique, de reconstituer les conditions environnementales, tant sur les continents que sur les plates-formes, ayant conduit aux dépôts étudiés. Sur cette base, nous avons entrepris des études sur des dépôts du Pléistocène en mer du Nord ainsi que dans les mers de Chine de l'Est et du Sud. Cette époque, par sa proximité, permet des études à très haute résolution temporelle tandis qu'elle est caractérisée par des oscillations climatiques et eustatiques importantes et rapides. De plus, les dépôts les plus récents portent la trace de l'Homme.<br />Sur la plate-forme, l'étude des grands corps sableux, bancs et très grandes dunes, a permis de préciser les mécanismes de leur mise en place. A court terme, même dans les environnements dominés par la marée, l'importance de phénomènes sporadiques tels que les houles de tempêtes, a été démontrée. Ils impriment aux formes et à la structure des fonds marins leur marque tandis que les agents tidaux sont les pourvoyeurs du matériel sédimentaire. A plus long terme, ce ne sont plus les agents dynamiques qui conditionnent la préservation des corps sédimentaires mais la création d'espace disponible et l'importance des apports sédimentaires. Au niveau de l'estuaire de l'Authie, des séries de carottages nous ont aidé à mesurer les conséquences du mouvement vers le nord des divers ensembles sédimentaires sur le type de sédiment rencontré ainsi que sur les modifications d'un espace naturel convoité par l'Homme.<br />Dans les bassins profonds, en mer de Chine du Sud, nos études ont permis de préciser les sources du matériel sédimentaire et son transport en faisant la part des contributions éolienne, fluviatile et marine. L'étude des caractères sédimentologiques de la fraction détritique a permis également d'étudier la balance ntre l'érosion et l'altération sur les zones émergées ainsi que de voir quelle est la réponse des marqueurs détritiques aux changements climatiques globaux depuis 2 millions d'années.

La saison des pluies en Afrique de l'Ouest est primordiale pour les populations locales. La mise en place de la mousson (MAO) se produit fin juin et correspond à un affaiblissement global de la convection sur la région puis une transition brutale des précipitations de la côte de Guinée vers le Sahel. C'est le mécanisme responsable de ce " saut " qui est étudié ici à partir d'expériences numériques. La capacité du modèle à aire limitée WRF à reproduire la circulation de la MAO en 2006 a d'abord été évaluée. Différentes paramétrisations de la convection et de la couche limite ont été testées et leur impact sur les simulations analysé. Des tests de sensibilité ont ensuite été effectués pour évaluer le rôle de la dépression thermique saharienne et de la SST (mécanismes proposés dans d'autres études) sur la mise en place de la MAO. Les résultats montrent que la phase de transition dépend plus fortement de la dynamique de grande échelle que des éléments régionaux. Plus précisément, la mise en place de la mousson Indienne libère une onde de Rossby qui se propage vers l'ouest, arrive au dessus de l'Afrique du Nord en favorisant les intrusions de masses d'air sec au dessus de l'Afrique de l'Ouest qui inhibent la convection. En parallèle, le gradient méridien de pression de surface est renforcé et la MAO s'intensifie en advectant de l'humidité au dessus du Sahel. Une fois l'onde évacuée, la convection se réorganise au dessus du Sahel où les conditions thermodynamiques sont favorables. L'utilisation de simulations globales avec LMDz a confirmé le rôle de la mousson indienne sur toute la période 1989-2008 avec cependant des années plus ou moins marquées.

Les courants turbulents de bord ouest sont l'un des phénomènes les plus dominants des océans, il en existe aux faibles latitudes aussi. Ils sont caractérisés par une dynamique très turbulente avec une forte production d'énergie cinétique, et une forte variabilité interne. Plusieurs régions existent où les courants de bord ouest se rétrofléchissent (décollage de la côte) pour former des structures cohérentes: des anticyclones, des bursts (arrachements) et des dipoles. Circulant le long de la côte, les courants de bord ouest interagissent très fortement avec le bord ouest et la bathymétrie et sont donc un problème de couche limite. Cependant aucune étude du point de vue de la théorie de couche limite n'a été jamais été faite. Cette thèse aborde le problème d'un point de vue de couche limite par l'utilisation d'un modèle idéalisé "shallow water" à très haute résolution (2.5km) afin d'isoler et de comprendre les processus. Les résultats sont ensuite appliqués à des sorties de modèle réaliste Drakkar (~10km) basé sur le code NEMO. Le courant de Somali est ensuite pris pour cette application. / Strong western boundary currents are one of dominant features of the world oceans, also at low latitudes. They exhibit a turbulent dynamics and their region is a source of strong kinetic energy production and internal variability of the worlds oceans. Several places exists where the western boundary currents retrofect (i.e separation from the coast) and generate coherent structures as anticyclonic eddies, bursts and dipoles. The dynamics of turbulent western boundary currents has so far not been extensively studied in the viewpoint of turbulent boundary-layer theory. The approach followed in this thesis is to use a fine resolution (2.5km) reduced-gravity shallow water model to understand the turbulent boundary-layer processes and then apply these findings to the Ocean General Circulation Model NEMO in the Drakkar configuration (~10km). The case of the Somali Currentis considered for this application.

Le but de cette thèse est de reconstruire l’évolution environnementale de la région nord de la mer de Chine du Sud au cours du Quaternaire récent. L'objectif est d'identifier des traceurs des interactions continent-océan, de la mousson est-asiatique et de la circulation océanique. Pour cela, des analyses des minéralogies argileuse et magnétique, de la composition en éléments majeurs, et la taille des grains ont été effectuées sur les sédiments de carotte MD12-3432 couvrant les derniers 400 ka avec un taux de sédimentation variant entre 4.5 et 24 cm/ka. Nous avons tout d'abord amélioré les calibrations de la composition en éléments majeurs obtenue par XRF core-scanning. En effet, celles-ci ne corrigeaient pas des variations de teneur en eau interstitielle observées la séquence sédimentaire étudiée. Nous avons donc proposé une correction polynomiale quadratique qui convertit maintenant correctement les données XRF core-scanning en concentrations précises d’éléments majeurs. La composition en élément majeurs, les minéralogies argileuse et magnétique, et la granulométrie indiquent que les changements climatiques à basse latitude influencent les diverses fractions terrigènes de différentes manières. Considérant d’abord les éléments majeurs et les argiles, nous observons que les rapports smectite/(illite+chlorite) et K₂O/Al₂O₃ présentent tous deux des cyclicités orbitales. Le rapport K₂O/Al₂O₃ qui reflète la contribution relative des apports de Taiwan par dénudation, augmente pendant les interglaciaires quand la mousson d’été asiatique est forte. Le rapport smectite/(illite+chlorite) présente des cyclicités également liées à l’excentricité et à la précession en phase avec les changements d’insolation de l’hémisphère nord en été. Connaissant les régions sources de ces argiles, nous suggérons que l’apport en smectite est étroitement lié à l'intensité de l’altération chimique et à la dénudation fluvial induite par les fortes précipitations de mousson, tandis que l’apport d’illite/chlorite depuis Taiwan répond principalement à la dénudation. Le rapport smectite/(illite+chlorite) reflète ainsi principalement l'intensité de l’altération chimique contemporaine (rapide) et donc l’intensité de la mousson d'été asiatique. Les résultats obtenus confirment que la mousson d'été asiatique est renforcée pendant les périodes interglaciaires et quand l'insolation d'été boréal est forte. Les propriétés magnétiques sédimentaires offrent des informations complémentaires sur les changements environnementaux passés dans cette région. La fraction magnétique de la carotte MD12-3432 est composée de magnétites, sulfures de fer et hématite. Des augmentations de teneur en hématite et des diminutions de la granulométrie sédimentaire sont observées aux minima de précession. Ces évènements qui ont lieu pendant les périodes arides pourraient illustrer des apports éoliens depuis le nord de la Chine, liés à des changements d'intensité et/ou de route des vents, probablement aussi liés à l’intensification de la mousson d'hiver. Outre les changements climatiques de basse latitude, le climat global et l'activité tectonique influencent aussi les apports terrigènes dans cette région. Les augmentations à long terme de la teneur en pyrrhotite par rapport à la magnétite et à l’hématite, de la teneur de illite/chlorite indiquent une contribution croissante de sédiment fine d'origine Taiwanaise au cours des derniers 400 ka. Ceci est très probablement lié à l’intensification de l'orogenèse taïwanais. A l'échelle glaciaire-interglaciaire, les variations synchrones des compositions argileuse et magnétique, de la taille des grains sédimentaires et magnétiques, et des taux de sédimentation sont attribuées aux changements de niveau marin. En effet, les bas niveaux marins pendant les périodes glaciaires exposent l’immense plateau continental et permettent à la Rivière des Perles de livrer au site du sédiment terrigène en plus grande quantité et plus grossier. / The aim of this study is to reconstruct late Quaternary environmental changes in the northern South China Sea by applying multi-disciplinary proxies of land-sea interaction, East Asian monsoon, and oceanic circulation. Investigations of clay and magnetic mineralogy, major element composition, and grain size were performed on marine sediment Core MD12-3432 retrieved from the continental slope of the northern South China Sea. The core covers the last 400 ka with a sedimentation rate varying between 4.5 and 24 cm/ka. We examined the accuracy of existing calibration methods on major element composition obtained by XRF core-scanning, because downcore variations in interstitial water content should strongly affect scanned element contents. We proposed a quadratic polynomial correction to account for this effect and implemented it in the calibration methods. Data from Core MD12-3432 show that the improved calibration process now correctly converts XRF core-scanning data into major element concentrations. Our results on high-resolution major element composition, clay and magnetic mineralogy, and grain size data indicate that low-latitude climate changes influence various terrigenous fractions in different ways. In bulk sediment, K₂O/Al₂O₃ ratio mainly reflects the relative contribution of detrital supply from Taiwan, and its variation exhibits eccentricity cycles. The ratio increases during interglacials, showing that strong precipitation and denudation are induced by enhanced East Asian summer monsoon. In clay fractions, smectite/(illite+chlorite) ratio presents both eccentricity and precession periodicities, in phase with the northern hemisphere summer insolation changes and therefore with the East Asian summer monsoon evolution. Based on the knowledge of sediment provenances, these results suggest that high smectite/(illite+chlorite) ratios illustrate contemporaneous chemical weathering intensity in Luzon. It supports the understanding that East Asian summer monsoon is enhanced during interglacial periods and when the boreal summer insolation is strong. Therefore, these two ratios are appropriate sedimentary tracers for East Asian summer monsoon evolution in the South China Sea. The magnetic fraction yields complementary information about environmental changes in the South China Sea. The magnetic mineral assemblage of Core MD12-3432 is mainly composed of magnetite, sulphide, and hematite, and the relative contributions of all these magnetic mineral contents change with time. Variations on precessional band related to the low latitude East Asian monsoon are observed in magnetic properties and grain size values. High magnetic inputs with high hematite proportion, which is part of fine-grain sediment, are observed during the precession minima. These events occurring during arid periods may illustrate enhanced eolian inputs caused by changes in intensity and/or winds pathway of winds, probably related to enhanced winter monsoon. Besides the low-latitude climate changes, global climate and tectonic activity also influence the terrigenous composition at the studied site at different timescales. A long-term increase in pyrrhotite content with respect to magnetite and hematite and in illite/chlorite contents indicates an increasing contribution of fine grained sediments from Taiwan. This is most likely related to the intensification of Taiwanese orogeny over the last 400 ka. On glacial-interglacial scale, coeval increases observed in sedimentation rate, magnetite/pyrrhotite content, kaolinite content, and grain size during glacial periods are attributed to sea-level changes. Low sea-level during glacial periods exposes the vast shelf and allows the Pearl River to deliver more and coarser terrigenous sediments to our site.

La formation des Cyclones du Cap Vert met en jeu divers processus : les thalwegs, dorsales de l'onde d'Est africaine et l'anticyclone saharien en moyenne troposphère, les thalwegs des moyennes latitudes en moyenne et haute troposphère, le flux de mousson et les alizés au large de la côte Ouest africaine en basse troposphère, les systèmes convectifs. Ces processus sont étudiés à l'aide d'une climatologie sur cinq ans d'analyses du Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme et d'images Meteosat. Deux cas particuliers sont ensuite modélisés avec Méso-NH : celui de la perturbation qui a donné naissance à l'ouragan Helene (2006) et celui de la « Perturbation D », un cas de non-cyclogénèse observé pendant la campagne AMMA / SOP-3 à Dakar en septembre 2006. Les évolutions des perturbations simulées sont quantifiées à l'aide de bilans d'énergie et de tourbillon. Le résultat principal de cette thèse est que l'ajustement géostrophique du champ de vent à une perturbation de pression d'origine convective dans la région des Îles du Cap Vert ne se produit que lorsqu'il y a un apport d'énergie cinétique tourbillonnaire par une conversion barotrope, ainsi qu'une advection horizontale de tourbillon cyclonique. Ceci confirme l'hypothèse bien connue selon laquelle la cyclogénèse tropicale est le résultat d'une interaction entre systèmes convectifs et un environnement favorable.

Ce travail de thèse a un double objectif : (i) combler le manque de connaissances concernant la cohérence spatiale et la prévisibilité potentielle de descripteurs intrasaisonniers (DIS) de la saison des pluies en Afrique soudano-sahélienne. Les descripteurs retenus sont le cumul saisonnier (S), l'occurrence des jours pluvieux > 1 mm (O), l'intensité moyenne des pluies journalières (I), les dates de démarrage (DSP) et de fin (FSP) de la saison des pluies, la durée moyenne des séquences sèches (DSS) et humides (DSH) ; (ii) documenter la relation climat-agriculture et en particulier celle entre variabilité intrasaisonnière des pluies et rendements, à partir de l'exemple de la culture du mil dans la région de Niamey. À partir des enregistrements pluviométriques journaliers (1950-2000) issus de la base FRIENDAOC documentant un réseau de 136 stations localisées au Sénégal, Mali, Burkina Faso et Niger, la cohérence spatiale à l'échelle interannuelle, a été estimée par divers scores statistiques (DOF, var[SAI], ACP, corrélations). Elle apparaît contrastée entre les descripteurs intrasaisonniers. Les anomalies de cumul saisonnier et d'occurrence des jours pluvieux > 1 mm présentent une forte cohérence spatiale d'une année sur l'autre. À l'inverse, la cohérence spatiale les anomalies interannuelles de l intensité moyenne des pluies journalières, des dates de démarrage et de fin de la saison des pluies, et de la durée moyenne des séquences sèches et humides est faible. Ainsi, le signal interannuel régional du cumul saisonnier semble principalement lié à une modulation systématique en phase de l'occurrence des jours pluvieux > 1 mm. La prévisibilité potentielle de S, O, DSP et FSP, estimée à partir des précipitations issues de 24 simulations du MCG ECHAM 4.5 forcé par les TSO historiques, est faible. Par contre, l'application de modèles statistico-dynamiques basés sur les précipitations ou la dynamique atmosphérique simulées permet d'améliorer les scores de performance pour le cumul saisonnier et l'occurrence des jours de pluies > 1 mm.Enfin, à partir d'enquêtes et de suivis menés en milieu agricole sur la culture du mil, ainsi que d'enregistrements pluviométriques journaliers sur l'observatoire AMMA-CATCH Niger entre 2004 et 2007, une analyse de la relation entre date de semis, date de démarrage de la saison des pluies et rendements finaux a été réalisée. Les résultats montrent que (i) la plupart des agriculteurs attendent le premier événement pluvieux recueillant au moins 10 mm en deux jours pour semer ; (ii) les vagues de semis sont généralement synchronisées sur le démarrage méso-échelle de la saison des pluies plutôt que sur le démarrage agronomique et (iii) la sensibilité du rendement en grains, testée à partir de simulations du modèle agronomique SARRA-H, pour différentes dates de semis (semis observé, date de démarrage de la saison des pluies), est faible.

La Mousson Ouest Africaine est un système complexe, qui présente des variations interannuelles très importantes. Ces variations se traduisent par les fluctuations considérables des précipitations sur le continent. Avoir une meilleure compréhension du système complexe qu'est la mousson africaine peut permettre de mieux cerner les mécanismes qui influencent la production des précipitations sur le Sahel. La première partie de ce travail de thèse consiste en une comparaison entre deux saisons de mousson aux régimes de précipitations différents afin d'extraire les caractéristiques communes et différentes, pour les appliquer à l'étude de la saison de mousson durant laquelle s'est déroulée la campagne AMMA. Cette étude est complétée par une compréhension des processus dynamiques et thermodynamiques qui sont à l'origine du déclenchement de l'Onset de la mousson, et qui permettent l'installation des conditions favorables au développement des précipitations sur le Sahel. Le second volet est basé sur les mécanismes physiques qui entrent en compte dans le cycle de vie des lignes de grains sur le Sahel. Enfin, la dernière partie traite de l'impact des systèmes de méso - échelle sur leur environnement en terme de bilan de chaleur et d'humidité dans le quadrilatère sud de l'expérience AMMA.