Les Pertuis Charentais sont un site d’écosystèmes interconnectés où les courants marins jouent un rôle déterminant. Un modèle de marée à haute résolution a été développé au cours de cette thèse pour comprendre et cartographier les traits principaux de la circulation hydrodynamique dans les Pertuis. Deux axes sont ainsi mis en avant dans cette étude. D’abord, un nouveau modèle de marées dans les Pertuis Charentais a été construit et validé à partir de différentes sources : données marégraphiques, données de courantomètres ADCP et images satellitaires. Une nouvelle approche de calibration de modèle de marée a été développée, basée sur la comparaison de la position de la ligne d’eau, frontière entre l’eau et la terre, avec celle prédite par le modèle. Puis dans un second temps, le transport et les agrégations en « bloom » de populations de méduses Rhizostoma, dont les proliférations et les échouages sont à l’origine de problèmes socio-économiques, ont été simulés numériquement. Des observations in situ ont permis de paramétrer le comportement de nage des méduses dans le modèle. Deux types de comportements des méduses, actif et passif ont été simulés. Les courants de marées en présence des forçages-type météorologiques ont été pris en compte. Les résultats indiquent que le comportement individuel de nage des méduses pourrait être une réponse adaptative aux facteurs abiotiques qui menacent la continuité de leur espèce mais que les courants marins restent la cause première de la formation des blooms. / The Pertuis Charentais are an interconnected ecosystems site where ocean currents play a key role. A high resolution tidal model was developed in this thesis in order to understand the main features of the hydrodynamic flows inside the Pertuis. Two topics were put forward in this study. First, a new tide model for the Pertuis Charentais was build up and validated by using different datasets: tide gauge records, measurements of currents by ADCP and satellite images. A new approach to model calibration was developed by comparing the observed position of the waterline, the boundary between land and water, with that predicted by the model. Secondly, the transport and bloom-like aggregation of the Rhizostoma jellyfish populations were simulated numerically. The jellyfish proliferation and stranding are a source of socio-economic problems. Two types of jellyfish behavior, active and passive were simulated. The tidal currents and typical meteorological forcing were taken into account. The results show that the individual behavior of swimming jellyfish is an adaptive response to abiotic factors for jellyfish survival.

Les variations du niveau marin lors des grandes tempêtes affectent le littoral en provoquant de sévères inondations. L'objectif de cette thèse est d'apporter, grâce à la modélisation numérique (chaîne TELEMAC), une meilleure compréhension des phénomènes d'interaction entre surcote / marée / houle / vent dans la génération et la propagation des surcotes et des raz de marée dans les Pertuis Charentais, qui, grâce à une ligne de côte complexe et des faibles profondeurs, représentent un grand intérêt pour ce type d'étude. Dans cette thèse, nous avons démontré que la prise en compte de ces interactions est indispensable pour un modèle qui prétend à une prédiction précise des surcotes dans les Pertuis Charentais.

Les submersions marines d’origine météorologique sont des catastrophes naturelles majeures, responsables chaque année de milliers de morts et de milliards d’euros de dégâts. La partie centrale du Golfe de Gascogne est un territoire particulièrement vulnérable à cet aléa, comme nous l’a rappelé la forte submersion engendrée par la tempête Xynthia en 2010. L’objectif de ce travail est d’améliorer la compréhension des surcotes et des submersions marines dans cette zone de France dans une approche pluridisciplinaire mêlant la géomorphologie, l’océanographie et l’analyse d’archives historiques. Afin de juger du caractère exceptionnel de Xynthia, une recherche de l’ensemble des submersions marines qui ont affecté la région d’étude depuis 500 ans a été menée. La modélisation numérique des surcotes des 5 tempêtes engendrant des submersions au 20ème siècle, révélées par ces recherches, montre que des conditions météo-marines variées ont induit des niveaux d’eau et des submersions comparables à ceux provoqués par Xynthia. Ce constat est en désaccord avec les estimations de périodes de retour de niveau marin extrêmes basées sur l’analyse statistique de mesures marégraphiques et met en avant l’apport de l’approche historique dans de telles problématiques. Devant la forte vulnérabilité des Pertuis Charentais aux submersions marines, la modélisation statique de la submersion marine, méthode simple mais néanmoins fréquemment utilisée pour estimer l’extension des zones inondées, a été évaluée. Cette méthode fournit de bonnes estimations de l’extension de l’inondation dans les zones de faibles altitudes caractérisées par une faible distance entre le trait de côte et la limite continentale de la zone inondable, mais mauvaises lorsque cette distance est grande. En effet, lorsque l’inondation se propage loin du trait de côte, la dynamique de l’écoulement ne peut plus être négligée sur ces grandes distances. Afin d’anticiper de futures submersions, deux configurations des digues ont été testées par modélisation numérique au travers de l’exemple de l’estuaire de la Charente. Les hauteurs d’eau et l’inondation de Xynthia sont simulées en augmentant la hauteur des digues de l’estuaire, empêchant toute inondation des zones basses adjacentes ; puis en abaissant les digues bordant l’estuaire au niveau des plus hautes marées astronomiques et en créant une seconde rangée de digues protégeant les zones habitées. Cette seconde configuration permet l’inondation des zones non habitées mais empêche l’inondation des zones à enjeux importants, comme la ville de Rochefort. Il est montré que la rehausse de l’ensemble des digues entraîne des niveaux d’eau supérieurs de 1.2 m à Rochefort par rapport à la simulation sans modification de digues, alors que l’abaissement de celles-ci et la protection des zones à forts enjeux ne modifient pas la hauteur d’eau dans l’estuaire. Ainsi, la rehausse des digues côtières n’est pas une solution systématique car la protection contre l’inondation de toutes les zones côtières peut augmenter la vulnérabilité des zones à forts enjeux. / Storm-induced coastal flooding are major natural disasters, responsible for thousands of deaths and billions of euros of damages each year. The central part of the Bay of Biscay is vulnerable to this hazard, as recently shown by the strong flooding induced by Xynthia in 2010. This study aims to improve the understanding of storm surges and coastal floods in this area of France, using several methods such as numerical or static modeling. To assess the uniqueness of Xynthia, historical researches of coastal floods affecting the study area for 500 years was conducted. Numerical modeling of the storm surges related to 5 storms of the 20th century revealed by these researches shows that various meteo-oceanic settings induced water levels and coastal floods comparable to those caused by Xynthia. This finding challenges return periods estimations of extreme sea levels based on statistical analysis of tide gauges measurements and highlights the contribution of the historical approach to such issues. Given the high vulnerability on coastal floods of Pertuis Charentais, static modeling, a simple but frequently used method to estimate the extension of flooded areas is evaluated. This analysis shows that this method provides good estimations of flood extents in low-lying areas characterized by a small distance between the shoreline and the continental limits of the lower area, but bad estimations when this distance is large. These poor performances when floods spread away from the coastline are explained by the dynamics of the flow, which can no longer be ignored. Two coastal defenses strategies are investigated in the Charente-river Estuary by numerical modeling. Water levels and coastal floods induced by Xynthia are simulated with increased dikes height, preventing flooding of adjacent low-lying areas, and then with dikes lowered to highest high spring tide height and with a second rank of dikes preventing flooding of important issues areas, such as the town of Rochefort. It is shown that raising dikes leads to higher levels of 1.2 m in Rochefort compared to the simulation without changing dikes, while protecting issues do not affect the water level in the estuary. Thus, it is demonstrated that the systematic raising of dikes is not a solution because it can increase the vulnerability of important issues areas.

Dans les zones ostréicoles, les flux de matière organique vers les sédiments sont accrus, l'huître Crasssotrea gigas rejetant sous forme de pseudo-feces et de feces de grandes quantités de matière organique. De ce fait, bien que cette matière organique puisse être consommée par la faune benthique, sa surabondance peut provoquer une réduction de leur richesse spécifique, abondance et biomasse et provoquer sur le plan des processus biogéochimiques une réduction de la couche benthique oxygénée et l'apparition de substances comme l'ammonium et les sulfures dont les concentrations peuvent devenir toxiques. L'objectif principal de cette étude est donc de déterminer l'effet de l'ostréiculture, grâce à plusieurs indicateurs, sur le compartiment benthique d'un écosystème littoral comme les pertuis charentais. Pour évaluer ces effets, la macrofaune benthique et les foraminifères vivants benthiques ont été utilisés en association avec des mesures des paramètres physicochimiques de la colonne d'eau et du sédiment. Une approche pluridisciplinaire a été menée dans les pertuis charentais à trois échelles spatiales différentes : à l'échelle d'une table ostréicole (micro-échelle), à l'échelle d'un site ostréicole (méso-échelle) et à l'échelle des pertuis charentais (macro-échelle). Dans les trois cas, un suivi dans le temps a été associé à une étude de distribution spatiale, quelques mois à micro-échelle, tous les quinze jours pendant deux années à méso-échelle et une fois par saison pendant une année à macro-échelle. Ces différentes approches ont permis d'avoir une vision hiérarchisée de la dynamique et de la réponse fonctionnelle de la faune benthique aux changements induits par la présence de l'ostréiculture. La présence des cultures ostréicoles dans les pertuis charentais enrichit les sédiments en particules fines, en matière organique (12 %), en carbone organique particulaire (15-20 µg mg-1) et favorise une production microphytobenthique élevée. Pendant la période chaude de l'année printemps-été, la reminéralisation de la matière organique accumulée associée à des hypoxies temporaires peut favoriser la production de sulfures et d'ammonium. En réponse, la diversité des assemblages benthiques diminue et la dynamique de populations des espèces est perturbée. Elle se caractérise par des augmentations rapides des abondances suivies d'épisodes de mortalité. Les espèces tolérantes de la macrofaune benthique (Cirratulidae, Spionidae et Capitellidae) et des foraminifères vivants benthiques (Ammonia tepida et Cribroelphidium gunteri) sont favorisées. L'indice AMBI confirme la qualité écologique moyenne des sites ostréicoles. Au contraire, dans les stations témoins, les espèces sensibles persistent (Amphipodes, Rosalina cf. vilardeboana). La comparaison entre pratiques de culture sur table et à plat montre que la culture des huîtres à plat est moins perturbante pour le milieu benthique. L'utilisation innovante de la tomodensitométrie axiale par scanner médical pour la description tridimensionnelle de la colonne sédimentaire suggère une relation étroite entre le mode de bioturbation des différents groupes de la macrofaune et la réponse des foraminifères vivants dans la colonne sédimentaire en terme de distribution verticale. La diminution de la diversité des assemblages de la macrofaune dans les zones soumises à l'ostréiculture modifie la diversité fonctionnelle de ces assemblages et affectent le fonctionnement de la colonne sédimentaire, limitant la répartition verticale des foraminifères dans ces zones.