Les déformations de la surface de la Terre résultent de plusieurs processus géologiques, très étudiés aux frontières de plaques en raison de leurs fortes amplitudes. Leurs caractéristiques sont variées : amplitude, durée, périodicité et variabilité spatiale. Il existe cependant des zones dites stables où les déformations localisées ou diffuses sont moins importantes en amplitude mais non négligeables une fois cumulées sur de longues périodes de temps. L'objectif principal de cette étude est la quantification et la caractérisation des mouvements verticaux au sein de zones à faible taux de déformation aux courtes échelles de temps, avec plusieurs questions sous-jacentes. Quelle stratégie adopter pour mesurer précisément ces faibles déformations ? Comment extraire et filtrer les effets des différents processus dans un signal GPS de déformation? Comment prendre en compte la surcharge océanique et ses effets locaux dans les traitements GPS ? Dans quelle mesure peut-on relier mouvements verticaux et variations hydrogéologiques ? Cette étude tente de répondre à ces questions tant du point de vue des processus étudiés que de la méthodologie employée. Afin de répondre à ces questions, nous nous sommes intéressés à deux zones : la Bretagne (France) et la plaine du Saïs (Maroc). Le site breton est situé sur une marge passive, à sismicité modérée, sujette à de fortes amplitudes de marées océaniques, et à l'aplomb d'un aquifère cristallin fracturé. La zone d'étude au Maroc est située entre les rides pré-rifaines et le Moyen Atlas, sismiquement actifs, et à l'aplomb d'un vaste aquifère profond et calcaire.

Ce travail de thèse présente une étude sur la circulation océanique de surface s'écoulantle long des talus continentaux (aux abords de l’isobathe 200 m) de la mer Méditerranée centrale. L'objectif étaitde mieux renseigner le schéma de circulation de surface dans la région et les régimes de variabilité associés ens’appuyant essentiellement sur les observations altimétriques conventionnelles (AVISO/X-TRACK) le longdes traces satellite, disponibles sur la période 1993-2015. Cette étude est également basée sur une utilisationcombinée des données spatiales de SST, de mesures in-situ hydrographiques et de courantométrieconjointement avec l'altimétrie. L'analyse a d'abord permis de caractériser la variabilité saisonnière et deproposer un nouveau schéma de circulation de surface, y compris pour les saisons intermédiaires, incluant unenouvelle branche de courant Atlantique sur le plateau continental Tunisien. Le second point fort de ce travailréside aussi dans la caractérisation du transport de surface et des modes de variations inter-annuelles de l'eauAtlantique à partir de l'altimétrie côtière sur le long terme. L‘observabilité de la méso-échelle océanique de lazone d‘étude est enfin abordée à partir des mesures altimétriques haute résolution (AltiKa). Cela a permis dedétecter des structures physiques à plus fine échelle et d'affiner le détection des variations des courants les pluscôtiers. Au delà des aspects scientifiques, cette thèse a également permis des avancées méthodologiquesimportantes concernant l’utilisation combinée de différents jeux de données spatiaux et in-situ, aisémentapplicables pour les pays du Sud. / This work presents a study on surface ocean circulation flowing along the continentalslopes (near the 200 m isobath) of the central Mediterranean Sea. The aim was to better inform the surfacecirculation patterns in the region and the associated variability regimes based mainly on along-trackconventional altimetry (AVISO / X-TRACK) available over the period 1993-2015. This study is also based onthe combined use of spatial SST data, in-situ hydrographic and current measurements in conjunction withaltimetry. The analysis has first allowed to characterize the seasonal variability and to propose a new surfacecirculation pattern, including the intermediate seasons, and a new branch of Atlantic current on the Tunisiancontinental shelf. The second highlight of this work is the characterization of surface transport and inter-annualvariations of Atlantic water from coastal altimetry over the long term. The observability of the oceanic mesoscaleof the study area is finally addressed from high resolution altimetry measurements (AltiKa). This hasallowed to detect physical structures on a smaller scale and to refine the detection of variations in the mostcoastal currents. Beyond the scientific aspects, this thesis has also allowed important methodological advancesregarding the combined use of different spatial and in-situ data sets, easily applicable for the countries of theSouth.

L'étude de ce complexe plutonique alcalin fut multidisciplinaire mêlant, observations et mesures sur le terrain, ASM, pétrographie, minéralogie, géochimie (majeur et traces), géochimie isotopique Rb/Sr et Sm/Nd et géochronologie U-Pb sur zircons. La synthèse des résultats démontre la participation minoritaire de plusieurs sources (manteau métasomatisé et fragments continental) en plus de la source prédominante qui est le manteau typique du panache de Kerguelen. Dans un environnement magmatique ouvert, les magmas contaminés ont formé la plus ancienne série magmatique calcique du complexe. La seconde et plus jeune série magmatique a produit (dans un environnement clos) des roches de plus en plus agpaïtique au cours de la différenciation. La mise en place progressive mais diachrone des intrusions s'est faite entre 11,7 (au sud) et 7,9 Ma (au nord). Enfin, le mode de construction de ce pluton en fait un exemple unique connu de laccolithe en contexte intraplaque océanique. / The study of this alkaline plutonic complex was multidisciplinary, mixing field observations and measurements, AMS, petrography, mineralogy, geochemistry (major and traces), isotopic geochemistry Rb / Sr and Sm / Nd and geochronology U-Pb on zircons. The synthesis of the results shows the minor participation of several sources (metasomatised mantle and continental fragments) in addition to the predominant source which is the typical asthenospheric mantle of the Kerguelen plume. In a dynamic and open magmatic system, the contaminated magmas formed the oldest magmatic and calcic series of the complex. The second and younger magmatic series produced (in a closed environment) more and more agpaitic rocks during differentiation. The incremental emplacement of the intrusions occurred between 11.7 (in the south) and 7.9 Ma (in the north). Finally, the type of construction of this pluton makes it a unique known example of laccolith in oceanic within-plate settings.

En TAO des ondes sont transmises dans le milieu marin conduisant à l'observation de plusieurs versions du signal émis diversement atténuées et retardées. On s'intéresse ici au problème de l'estimation de ces temps de retard. Les méthodes de type maximum de vraisemblance présentent l'inconvénient de nécessiter la connaissance a priori du nombre de trajets et sont sensibles à une mauvaise initialisation des paramètres. Afin de s'affranchir de ces limitations, on propose une approche bayésienne basée sur la prise en compte d'une information a priori concernant les amplitudes des trajets reçus. On propose alors 2 méthodes différentes de déconvolution. La première utilise comme information la sortie d'un récepteur quadratique et conduit à la minimisation d'un critère simple et de faible complexité. Dans la seconde méthode proposée, le signal est observé après le filtrage adapté. On introduit un modèle Bernoulli Gaussien et le problème est résolu en utilisant des simulations de Monte-Carlo. La mise en œuvre de ces deux méthodes sur des données réelles impose de prendre en compte les distorsions subies par le signal au niveau des transducteurs d'émission et de réception et éventuellement lors de la propagation. On indique comment cette méconnaissance de la forme d'onde peut être résolue et on met en évidence l'amélioration des résultats obtenus par cette prise en compte. Enfin, l'évolution modérée des temps de retard du canal de propagation entre des mesures successives permet d'envisager après la déconvolution trace par trace un traitement bidimensionnel de l'image obtenue en juxtaposant les traces déconvoluées successives. L'intérêt principal de la méthode ainsi obtenue est de ne pas considérer le nombre de trajets de la propagation constant. L'ensemble des méthodes développées est testé sur des données synthétiques, puis sur 2 types de données réelles.

Le calcium est le cinquième élément le plus abondant de la Terre silicatée. Son intérêt découle de son abondance dans la croûte terrestre et de l'existence d'une grande quantité de minéraux le contenant. Un fractionnement maximum, dont les causes précises ne sont pas connues, de 1,3 ‰ par u.m.a a été mesuré à ce jour. Le travail réalisé durant ce doctorat s'intègre à ces nouvelles études sur les isotopes du Ca.<br />Un protocole de mesure permettant de s'affranchir du fractionnement instrumental a tout d'abord été développé au Centre de Géochimie de la Surface. Après séparation chimique sur résine échangeuse d'ions, les compositions isotopiques en Ca ont été déterminées au spectromètre de masse à thermo-ionisation par une technique employant un double spike. L'expression des rapports isotopiques du Ca sous forme de delta requiert l'emploi d'un matériel de référence. Aucun standard international n'existant pour les isotopes du Ca, le standard carbonaté SRM 915a du NIST a été proposé. L'eau de mer, seul échantillon commun à la majorité des études antérieures, a été calibré en fonction de ce standard carbonaté et utilisé pour ce travail.<br />Ce protocole a ensuite été appliqué à l'étude du bilan océanique du Ca. L'étude d'eaux continentales a permis de contraindre le flux de Ca arrivant aux océans. Il en résulte une variabilité limitée de δ44Ca (0,5 ‰) à l'embouchure des grands fleuves et pour les eaux hydrothermales. Aucune relation n'a en outre été observée entre δ44Ca et la lithologie ou le climat des bassins versants étudiés. Ceci a permis de calculer une composition isotopique moyenne en Ca arrivant aux océans égale à -1,1 ± 0,2 ‰ et de suggérer sa constance au cours du temps. Il résulte de cette valeur que l'océan actuel est à l'état stationnaire par rapport aux isotopes du calcium. L'étude du δ44Ca de phosphates marins du Miocène et du Pléistocène, qui reflètent la paléo-variation de l'eau de mer au cours du temps, a montré que cela n'a pas toujours été le cas par le passé. Ainsi, à 22 Ma, une incursion du δ44Ca vers des valeurs plus positives suggère que l'intensité des flux entrants et sortants a varié, mais non leur signature isotopique.

Ce mémoire concerne l'étude et la réalisation d'un code d'éléments finis pour les circulations océaniques engendrées par les vents dans un bassin ferme aux latitudes moyennes. Deux modèles physiques sont examines: 1) la modélisation barotrope océan de densité constante proposée en 1982 par Dumas-Le Provost-Poncet; 2) une extension de cette modélisation a un océan stratifie en densité. Dans les deux cas, une étude théorique démontre l'existence et l'unicité de la solution du système d'équations traite. La methode des éléments finis autorise des domaines a géométrie complexe, ce qui a permis d'expérimenter le modèle barotrope sur un bassin réaliste: l'atlantique nord. Le code de modélisation des circulations barotrope et barocline, écrit pour un ordinateur vectoriel, est teste sur un bassin carre découpé en trois couches de densité variable selon la verticale. Les résultats des simulations effectuées sont compares a ceux obtenus avec un code aux différences finies. Cette modélisation multicouche fournit un système d'équations se prêtant naturellement a l'utilisation d'algorithmes parallèles, un code de calcul a été étudié et implante sur l'hypercube t20 de la société FPS

Dans la première partie de ce travail on présente des méthodes numériques pour résoudre l'équation de convection-diffusion et on propose une méthode qui ramène le problème à une formulation symétrique qui permet de traiter les cas de faible viscosité. Les problèmes unidimensionnel, bidimensionnel stationnaires et unidimensionnel non stationnaire sont abordes. La deuxième partie est consacrée à la résolution d'un modèle test de circulation océanique aux latitudes moyennes dont le mouvement est du au vent. On introduit une condition d'adhérence aux parois est et ouest qui représentent les cotes terrestres. On utilise une méthode d'éléments finis qui permet de résoudre le modèle comme une "cascade" des problèmes très simples. On compare avec des méthodes de différences finies du point de vue de la précision, du cout de calcul et de l'applicabilité.

L'étude de la circulation dans le bassin Est de la Mer Méditerranée a été abordée par une analyse conjointe de simulations numériques réalisées avec un modèle à très haute résolution horizontale, de climatologies et d'observations in-situ et satellitaires. Une validation approfondie du modèle montre un bon accord entre les différentes masses d'eau. La circulation de surface est, elle aussi, en bon accord avec les schémas de circulation récents. Ainsi, la majeure partie de l'eau atlantique suit la côte africaine et forme un jet côtier intense au niveau de la côte libyenne, plutôt que le Mid Mediterranean Jet décrit il y a quelques années par plusieurs auteurs. Les structures de mésoéchelle bien répertoriées (tourbillons d'Egypte, Ierapetra, ...)sont également correctement reproduites. En accord avec des observations par satellite, le modèle montre que des tourbillons de mésoéchelle très énergétiques dominent la circulation de surface dans le sud du bassin Levantin. Les tourbillons de mésoéchelle sont plus énergiques en été qu'en hiver dans l'ensemble du bassin. Les simulations permettent en outre une analyse détaillée du cycle de vie de ces tourbillons et comment ils sont susceptibles d'affecter la circulation moyenne. Selon la position et le développement des tourbillons, des différents régimes de la circulation peuvent être reproduits. Notamment, les tourbillons du bassin Levantin (Tourbillons egyptiens, Lattaquié, Ierapetra) peuvent entraîner des blocages et bifurcations vers le large de l'inflow côtier d'eau atlantique de surface.

L'océan est turbulent et donc il est important de modéliser la turbulence océanique afin de mieux pouvoir en analyser les effets. Dans cette thèse, on étudie tant d'un point de vue théorique que numérique des modèles de turbulence pour des applications océanographiques. Dans une première partie, on présente un bref état de l'art sur les modèles de turbulence URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) et LES (Large Eddy Simulation). La deuxième partie concerne les modèles URANS. On présente un nouveau modèle pour lequel on montre l'existence et l'unicité d'une solution dans le cas stationnaire. On montre que ce modèle est utilisable pour étudier la turbulence induite par le vent de surface en présence de convection, ce qui n'est pas le cas des modèles de Pacanowski-Philander et de Gent. Dans une troisième partie, on étudie un modèle LES. On adapte le modèle "Leray-déconvolution" à des conditions aux limites de type océan/atmosphère. Pour cela, on introduit une équation continue de déconvolution dont la solution est utilisée comme vitesse advective dans le modèle "Leray-déconvolution", ce qui nous amène à considérer un nouveau modèle LES, le modèle de déconvolution. On montre notamment que la solution du modèle de déconvolution converge vers une solution faible dissipative des équations de Navier-Stokes. On valide numériquement le modèle déconvolution en 2D grâce à des résultats DNS (Direct Numerical Simulation) dans des cas avec et sans bathymétrie.

L'étude pétrographique et géochimique de l'ophiolite de Sémail (massif Salahi, Oman) qui représente le plus vaste affleurement de lithosphère océanique fossile permet de distinguer 3 phases de volcanisme, présentant des rapports Ta/Th anormaux qui sont interprétés comme les témoins d'une anomalie mantellaire régionale. Un modèle d'évolution en contexte océanique franc est proposé. L'étude des différents épisodes de circulation hydrothermale est également abordée