L’objectif de cette thèse est de proposer un modèle d’érosion diffuse qui intègre les principaux processus de ce phénomène (détachement, transport, sédimentation) et qui prend en compte l’interaction des gouttes de pluie avec ces processus. Dans un premier temps, nous avons établi une loi de détachement par la pluie qui inclut l’effet des gouttes et celui de l’épaisseur de la lame d’eau qui couvre la surface du sol. Pour obtenir cette loi, une étude numérique avec le logiciel Gerris a permis de modéliser les cisaillements créés par l’impact des gouttes sur des épaisseurs de lame d’eau variables. Ces cisaillements estiment la quantité de sol détaché par chaque goutte. Nous avons montré, à travers une étude probabiliste, que les gouttes sont quasiment indépendantes lors du détachement. Les détachements de l’ensemble des gouttes sont donc sommés pour établir la loi de détachement pour la pluie. Par ailleurs, l’étude probabiliste a montré la possibilité d’une forte interaction entre les gouttes de pluie et les particules en sédimentation. Par conséquent, pour le processus de transport-sédimentation, nous avons privilégié une approche expérimentale. Cette étude a révélé que l’effet des gouttes de pluie est d’augmenter la vitesse de sédimentation des particules. Enfin, nous avons proposé un nouveau modèle d’érosion qui généralise plusieurs modèles d’érosion de la littérature et décrit l’évolution des concentrations en sédiments avec des effets linéaires et non-linéaires. Selon le choix des paramètres du modèle, celui-ci peut représenter l’érosion diffuse et concentrée à l’échelle du bassin versant, le transport par charriage dans les rivières ou encore le transport chimique. L’intégration du modèle dans le logiciel de ruissellement FullSWOF est aussi réalisée. / The aim of this work is to formulate an interrill erosion model. This model should take into account the main erosion processes (detachment, transport and sedimentation) and the interaction of raindrops during these processes. First we develop a law for rainfall detachment that includes the effects of the raindrops and the water layer thickness at the soil surface. We use the Gerris software to simulate the shear stresses created by the impacts of raindrops at the soil surface. These shear stresses allow to evaluate the quantity of soil detached by each raindrop. We have shown with a probabilistic approach that raindrops are almost independent during soil detachment. Then by summing all the raindrops detachments we obtain the rainfall detachment law. Futhermore the probabilistic study has revealed the possibility of a strong interaction between raindrops and settling particles. So, we used specific laboratory experiments to investigate the particles transport and sedimentation processes. These experiments show that the effect of raindrops is to increase the particles settling velocity. Finally, we propose a new erosion model which encompasses previous literature erosion models and that can describe the behavior of sediments concentrations with linear and non-linear behaviors. The model is able to simulate interrill and rill erosions at the watershed scale, bedload transport in rivers and chemical transfer. The integration of the model in the FullSWOF runoff software is also carried out.

L’objectif de cette thèse est d’analyser l’évolution d’une province à mini-bassins salifères, en s’appuyant sur l’étude des variations spatiales et temporelles de faciès, d’épaisseurs ainsi que des géométries développées lors du fluage des évaporites. L’exemple naturel investigué est le bassin de Sivas, situé sur le Plateau central Anatolien en Turquie. Ce bassin d’avant-pays enregistre à l’Oligo-Miocène la formation de nombreux mini-bassins secondaires au-dessus d’un niveau d’évaporites allochtones. A partir d’une cartographie et d’une description détaillées des séries sédimentaires accumulées dans les mini-bassins de Sivas, nous avons pu identifier trois ensembles tectono-sédimentaires cohérents :• la formation Karayün (Oligocène moyen à supérieur), constituée de dépôts de playa-lake, fluviatile en tresse et fluvio-lacustre, interprétée comme proche d’un système fluviatile en distributaires ;• la formation Karacaören (Oligocène supérieur, Miocène inférieur), interprétée comme une série alternante entre une rampe mixte deltaïque et carbonatée, et des dépôts de lagune et de plaine côtière ;• la formation de Benlikaya (Miocène), constituée de dépôts de cônes alluviaux, fluviatiles en tresse et playa-lake, interprétée également comme proche d’un système fluviatile en distributaires.Malgré de nombreuses variations de l’épaisseur et de la succession sédimentaire inter- et intra-bassins, des unités stratigraphiques équivalentes ont pu être déterminées à partir de l’identification de lignes isochrones marquant des changements de tendances. Nous avons montré alors que le système sédimentaire de chacun des mini-bassins est contrôlé au premier ordre par trois facteurs interdépendants, à savoir :• l’accommodation par halocinèse, provoquant la surrection des diapirs et des murs périphériques lors de la subsidence du mini-bassin. Ce fluage des évaporites produit des variations intra-basinales de faciès et d’épaisseurs, associées à des déformations syn-sédimentaires en bordure de mini-bassins. À plus grande échelle, ces objets salifères produisent une compartimentation inter-bassins des environnements de dépôts.• le taux d’accumulation sédimentaire, qui influence la faciologie et l’architecture stratigraphique des dépôts.• l’accommodation régionale, lié à la flexure du bassin, à l’origine du dépôt de série isopaques pouvant recouvrir les diapirs et finalement masquer l’influence salifère.À ces paramètres communs aux provinces salifères, nous ajoutons, l’influence des contraintes tectoniques compressives qui modifient les rétroactions entres ces facteurs. / The aim of this thesis is to investigate the development of a salt-related mini-basin province, based on spatial and temporal changes in the facies assemblages, stratigraphic architecture and thicknesses, as well as stratal structures related to salt movement. The study area is the Sivas Basin, located in the Central Anatolian Plateau of Turkey, which is a foreland basin that records the formation during the Oligo-Miocene of numerous secondary mini-basins on top of an allochthonous evaporite canopy. Through detailed mapping of the Sivas mini-basin province, we provide a new and comprehensive description of the stratigraphic vertical succession including:• the Karayün Fm (Mid to upper Oligocene), comprising playa-lake, fluvial braided and fluvio-lacustrine deposits, and interpreted as a large distributive fluvial system;• the Karacaören Fm (Up. Oligocene to Low. Miocene), comprising two main sub-environments: mixed deltaic and carbonate ramp, alternating with coastal plain and restricted lagoon;• the Benlikaya Fm (Miocene), comprising alluvial fan, fluvial braided and playa-lake deposits interpreted also as a large distributive fluvial system;Within neighbouring minibasins and despite a similar vertical stratigraphic succession, variations are observed in stratigraphic units of equivalent age within and between minibasins. At the first order, we have defined three factors that dictate the pattern of mini-basin filling:• salt-induced accommodation producing local faciologic and stratigraphic thickness changes, and halokinetic structures along mini-basin borders. At larger scale, salt structures result in a compartmentalization of facies between basins.• The sediment supply rate, which affects facies assemblage and stratigraphic architecture.• Tectonically driven regional accommodation attributed to the foreland flexure, inducing the deposition of relatively isopachous series draping and finally obscuring the salt topography.In addition, these three factors are largely influenced by shortening during the evolution of the Sivas fold-and-thrust-belt.

Le basin du Qaidam, situé sur la bordure nord du Plateau Tibétain est unique au monde en ce qu’il représente le bassin intracontinental le plus profond bien que situé sur le plus haut plateau et la plus épaisse croute continentale actuels. Comprendre le développement et l’évolution de ce bassin en lien avec la collision Inde-Asie a des implications multiples pour la géologie du Tibet en particulier et la tectonique continentale en général. De nombreuses études incluant de la thermochronologie, de la paléobotanique, du paléomagnétisme, de la paléoaltimétrie, de la sédimentologie et de la géologie structurale se sont intéressées à l’histoire tectonique et topographique de cette région. Toutefois la topographie initiale de la région actuellement représentée par le Plateau Tibétain ainsi que les premiers stades de développement du plateau restent méconnus et très débattus. Les travaux présentés ici sont basés sur des données de terrain, de sismique 2D et 3D, de géochimie, de géochronologie détritique, de sédimentologie et d’analyse d’images satellitaires. Ils décrivent: 1) l’évolution cénozoïque conjointe du bassin du Qaidam et de la chaine des Eastern Kunlun ; 2) les relations entre la sédimentation dans le bassin du Qaidam et la tectonique le long de la faille de l’Altyn Tagh ; 3) une estimation quantitative de l’extrusion latérale du nord Tibet les long du système Altyn Tagh – Qilian Shan ; 4) la nature et la typologie du bassin du Qaidam. Je démontre que la chaîne du Kunlun formait un relief en érosion au Paléocène et que la zone de dépôt du bassin du Qaidam s’est élargie vers le sud jusqu’à l’Oligocène. Dès le Miocène inférieur le SO du bassin du Qaidam était limité par un système tectonique décrochant. L’accroissement du relief dans les chaines du Kunlun et de l’Altyn Tagh entraine alors un isolement puis un rétrécissement du bassin. Je suggère que la faille de l’Altyn Tagh qui forme la bordure nord du Plateau, a accommodé environs 360 km de déplacement depuis sont initiation au Miocène inférieur. Cette déformation est prise en compte par du décrochement et de l’épaississement dans les Qilian Shan, de l’épaississement crustal dans les Qinling et de l’extension dans le système de grabens de Chine du Nord. Enfin, je conclu que le bassin du Qaidam est contrôlé conjointement par les failles décrochantes de l’Altyn Tagh et du Kunlun Est. La superposition dans le temps et l’espace des effets de ces deux décrochements majeurs durant le Cénozoïque a contrôlé l’évolution du bassin et la répartition des réserves d’huile et de gaz. / The Qaidam basin, located within the northern Tibetan plateau, is the deepest intracontinental basin, yet located in the highest plateau with the thickest continental crust. Understanding how this peculiar basin developed has broad implications for the Tibetan geology in particular and for continental tectonics in general. Many approaches have been used to decipher the tectonic and topographic history of that region, however, the initial topography of the area now represented by the northern Tibetan plateau, as well as the early stages of development of the present day topography remain poorly constrained and highly debated. In order to better understand the Cenozoic evolution of the Qaidam basin and its surrounding regions (including Eastern Kunlun Range to the south, Altyn Tagh Range to the northwest, and Qilian Shan to the northeast), four critical issues are addressed in this thesis: 1) the Cenozoic joint tectonic evolution of the Qaidam basin and the Eastern Kunlun Range; 2) the interplay between the sedimentation within the Qaidam basin and the active tectonics within the Altyn Tagh Range; 3) a quantitative estimate of the lateral extrusion along the Altyn Tagh Fault-Qilian Shan tectonic system; 4) the nature and classification of the Qaidam basin. I suggest that the SW Qaidam basin has been bordered by a series of strike-slip faults to the south since the Early Miocene, rather than, as previously suggested by a continuous northward or southward thrusting system. Based on U-Pb dating (LA-ICP-MS) of detrital zircons collected from 4 sections (Paleocene to Holocene) within the southwestern Qaidam basin combined with provenance analysis and new seismic profile interpretation, I demonstrated that the Eastern Kunlun Range was already exhumed prior to the Paleocene. I show that the Qaidam basin was widening southward during thet early Cenozoic period (Paleocene to Oligocene). From Oligocene the relief of the Eastern Kunlun and Altyn Tagh ranges increased, leading to isolation and narrowing of the Qaidam basin from Miocene to the present. Along the northern edge of the basin, I identified the Tula-Huatugou and Anxi-Eboliang regions as residual parts of the original Qaidam basin. I suggest that the Altyn Tagh Fault has experienced a total of ~360 km of displacement since its Early Eocene initiation. Based on this ~360 km northeastward migration of the relatively rigid Qaidam block along the Altyn Tagh Fault and 3D isovolumetric balance of the crustal deformation within the Altyn Tagh Fault – Qilian Shan system, I demonstrate that 250 ± 28 km (43.8~49.4 %) of N20E directed crustal shortening and an additional ~250 to ~370 km of eastward motion of the Qilian Shan crust must be accounted for by strike-slip faulting in the Qilian Shan and crustal thickening in the Qinling area, as well as extension in the adjoining North China block graben systems.

Ce travail s'inscrit dans le cadre des problématiques liées à l'étude des grands fleuves du globe, et notamment à celle des fleuves tropicaux unimodaux. En se basant sur un suivi des flux hydriques, particulaire et dissous transportés par le fleuve Niger au Mali de 1991 à 1998, cette étude a permis de différencier les processus mis en jeu sur les deux zones du bassin versant étudié, le bassin amont du fleuve Niger et son delta intérieur, vaste plaine d'inondation. <br />L'étude des apports hydriques du bassin amont a ainsi montré que la période d'étude était contrastée, représentative des fluctuations hydrologiques de ces 25 dernières années déficitaires. L'étude des flux de matières en suspension exportés vers le delta intérieur du Niger a permis de mettre en évidence la variabilité temporelle et spatiale des concentrations en MES et de proposer une modélisation simple des processus mis en jeu. L'étude de la chimie des eaux du Niger amont (éléments majeurs et traces) a montré que les cours d'eau étudiés sont très peu minéralisés et que la charge solide est essentiellement inorganique. A l'échelle globale, la faiblesse de la lame écoulée, la lithologie (roches silicatées) et la faiblesse du relief sont les principaux facteurs expliquant les faibles taux de transport particulaire et dissous observés. L'essentiel des résultats ont confirmé la faiblesse actuelle de la pollution chimique de ce grand fleuve africain au Mali.<br />L'étude des bilans hydriques, particulaires et dissous entre les entrées et les sorties du delta intérieur du Niger ont confirmé le rôle important que joue cette zone sur le bilan hydrique (les pertes en eaux représentent de 30 à 45% des entrées) et dans la capture de quantités de matières particulaires et dissoutes importantes, qui sont ainsi soustraites aux apports aux océans, tout du moins de manière temporaire. Les pertes de matières particulaires s'élèvent de 26 à 54 % des entrées, celles de matières dissoutes à environ 30% des entrées. L'ensemble de ces pertes est lié plus ou moins directement à l'extension spatio-temporelle de l'inondation (évapotranspiration, dépôts). Celle-ci règle l'intensité de nombreux processus complexes qui se produisent dans le delta. Ce travail a également confirmé les fonctionnements hydrochimiques très différents entre sa partie amont, proprement deltaïque, et sa partie aval, caractérisée par des zones inondées plus réduites et une morphologie différente. Ces différences de fonctionnement sont exacerbées pour les crue de forte hydraulicité.

Cette thèse s'est intéressée à l'étude du rôle de la tectonique et du climat sur l'évolution d'une rivière (Pilcomayo) située en Bolivie. Pour y parvenir, nous avons développé un modèle numérique appelé COBASE qui permet de simuler sur de grandes échelles de temps et d'espace la dynamique fluviale de la rivière en intégrant le transport des sédiments dans la rivière et sur les versants du bassin. Le transport le long des versant est simulée par une loi de diffusion, avec un seuil de transport sur le versant fourni par un taux d'érodabilité des sols, le transport fluviatile est simulé par loi type d'Einstein, en supposant un écoulement permanent uniforme et une largeur de la rivière déduite d'une loi géomorphologique empirique. Nous avons pu montrer que : Du point vue général, notre modèle prédit des phases transitoires durant lesquelles le relief s'érode mais où le système fluviatile n'évacue qu'une partie des sédiments. Cette propriété est évidemment vérifiée pour des valeurs des paramètres caractéristiques d'une érosion limitée par le transport, mais peut également l'être vrai pour des valeurs des paramètres caractéristiques d'une érosion limitée par l'érodabilité. Du point de vue régional, dans la partie amont de la Pilcomayo, la tectonique ne contrôle pas l'évolution de la rivière, bien qu'elle puisse influencer localement de façon qualitative et quantitative le remplissage sédimentaire. Le climat influe sur l'évolution du bassin versant. Il contrôle, en effet, l'incision et la nature des éléments qui se déposent dans la rivière. Aussi les variations du climat influencent fortement les phases d'aggradation ou d'incision dans le cours de la rivière principale. Les enseignements tirés de cette modélisation nous ont permis de proposer une corrélation entre les remplissages sédimentaires observés sur le terrain sur la rivière Pilcomayo et les variations climatiques régionales à l'échelle de l'Holocène: les phases humides de longues durées (plus de 5 000 ans) induisent de fortes incisions, les phases sèches induisent des phases d'aggradation, tandis que des alternances rapides de périodes sèches ou humides on une signature plus complexe.

Dans les séries terrigènes, les cycles stratigraphiques sont présents sur une large gamme de périodes (0.01-100 Ma), et sont dus aux variations du rapport entre l'espace disponible à l'accummulation des sédiments et le flux sédimentaire. Quelle est la responsabilité de chacun de ces paramètres dans l'origine et l'expression des cycles stratigraphiques, en particulier à haute-fréquence (10-100 ka) où tous interviennent ? Si les variations d'espace disponible d'échelle régionale ou globale (tectonique et climat) existent à ces fréquences et sont une origine fréquement admise, on connaît mal (1) l'influence de la croissance des structures tectoniques intra-bassin (plis et failles) sur leur expression, et (2) les contrôles du flux sédimentaire à haute-fréquence. Ce travail examine ces deux aspects à travers l'étude sédimentologique d'un anticlinal de croissance, et la modélisation numérique de l'effet de la zone de transfert (rivières) des sédiments sur la variabilité du flux sédimentaire.

Le bassin intra-cordillérain du Callejon de Huaylas, situé au pied de la Cordillère Blanche (Nord-pérou), est fortement subsident au Pliocène. Il est remblayé par la formation continentale Lloclla, dont la partie supérieure témoigne de l'existence de glaciations pliocènes. Les déformations cassantes et ductiles sur les failles bordières, ainsi que les déformations synsédimentaires dans le bassin, montrent que la subsidence est contrôlée par une extension NE-SW, puis E-W. Les rejets verticaux pliocènes, sur les failles bordières, sont de l'ordre de 3500 m. La fin de la subsidence, au Quaternaire ancien, correspond à 2 épisodes successifs de raccourcissement, le premier E-W, le second N-S. Du Pléistocène à l'Actuel, une extension N-S s'exerce principalement sur le système de failles de la Cordillère Blanche, où se produisent des rejets normaux de 1000 m environ. Dans le cadre d'une évaluation des risques sismiques, les observations de terrains permettent de proposer une période de récurrence de l'ordre de 3000 ans, pour des séismes destructeurs (M=7), succeptibles de réactiver ce système de failles.

Dans le bassin versant du Pô les modifications vers l'aval de la signature géochronologique permettent d'établir les contributions relatives des zones orogéniques sources, afin d'apprécier l'érosion à court terme (100 à 10000 ans) dans les Alpes et l'Apennin. Des sables ont été échantillonnés dans divers affluents du Pô, choisis selon les unités tectoniques qu'ils drainent, et le long du cours principal du Pô jusqu'à son delta. Les concentrés de zircon ont été extraits suivant des procédures définies, couplées à des analyses granulométriques et densimétriques de façon à évaluer la teneur en zircon des sources, les effets du tri hydraulique, comme les variabilités intra-échantillon et inter-échantillons. Cette approche méthodologique permet de réaliser des budgets sédimentaires et d'évaluer le contenu minéralogique des diverses sources (fertilité minéralogique). Les calculs de budgets ont été réalisés par la détermination du signal géochronologique à l'amont et à l'aval des confluents majeurs. Nous avons utilisé la géochronologie U-Pb par sonde à ablation laser couplée à un spectromètre de masse (LA-ICPMS) sur zircons détritiques, parce que cette technique permet un contrôle complet des populations de zircon pendant les procédures de séparation et autorise l'analyse des données; nous avons pu constater que la datation par traces de fission du zircon détritique, trop affectée par les pertes sélectives de grains, n'est pas adaptée à ce contrôle. Les résultats d'analyses U-Pb sur grains individuels montrent des distributions d'âges similaires pour tous les sables du delta du Po. Les pics majeurs de ces distributions, observés vers 30 Ma, 280 Ma et 400-500 Ma, peuvent être suivis vers l'amont jusqu'à leurs sources. L'essentiel de cette signature géochronologique existe déjà à l'amont de la confluence avec les rivières drainant l'Apennin septentrional. Ceci montre que l'érosion à court terme a été bien moindre dans l'Apennin que dans les Alpes occidentales et centrales. Les pics d'âges typiques de l'Est du dôme lépontin se retrouvent en outre dans les affluents issus de l'Apennin, reflétant un transfert sédimentaire ancien, à l'Oligo-Miocène, des Alpes centrales vers la paléo-fosse adriatique, suivi de l'accrétion de ces prismes turbiditiques à la chaîne de l'Apennin. Outre les analyses U-Pb, la typologie morphologique des zircons a été estimée grâce à des observations par microscopie électronique à balayage. Des groupes morphologiques peuvent être suivis depuis leur point d'entrée dans la plaine du Pô jusqu'au delta. Les zircons automorphes proviennent principalement du Mont Blanc, de l'Argentera (massifs cristallins externes) et des plutons périadriatiques. Des zircons portant des traces de corrosion chimique, peut-être acquises lors du métamorphisme de haute température, ont été trouvés dans les affluents issus du domaine lépontin.

Le but de ma thèse est triple. Tout d'abord, ce travail est destiné au géologue et au géophysicien. Il s'ag,t d'amener le premier à prendre connaissance du comportement magnétique des roches et à découvrir 'intéret d'une science en forte progression en géodynamique interne; et d'offrir au second une extension des méthodes magnétiques à des zones structurales plus complexes. Le deuxième objectif consiste à établir des relations complémentaires à celles qui existent déjà entre la structure de la roche et ses paramètres magnétiques. Enfin, il est montré que la méthode et l'instrument déterminent pour beaucoup la qualité des résultats et les orientations futures de la recherche. Le premier chapitre concerne les problèmes relatifs au magnétisme des roches: les différents états magnétiques, leur comportement sous l'effet d'un champ magnétique, de la température et de la pression. Les phénoménes magnétiques étant supposés connus, dans le chapitre 2 le géologue pose le problème de la distribution des paramètres magnétiques dans la roche. Le chapitre 3 fait l'objet d'un exposé pratique d'une part sur les méthodes magnétiques qui ont été utilisées sur le terrain et en laboratoire, d'autre part sur les résultats acquis. En conclusion, l'auteur souligne les nouvelles perspectives offertes par une technologie avancée des capteurs magnétiques et par des méthodes appropriées d'analyse structurale. Le succès des études futures tient pour beaucoup au décloisonnement des diverses disciplines mises en cause.

Les nanoparticules supportées sur un support solide permettent de catalyser un grand nombre de réactions. Dans ce travail, nous nous sommes intéressé à la préparation du matériau, puis à son utilisation dans une réaction de catalyse. Le support utilisé est un polymère poreux insoluble de structure microcellulaire appelé polyHIPE, obtenu par la polymérisation d'une émulsion inverse concentrée. La partie réactive est apportée par la génération in situ de nanoparticules de palladium. Nous avons synthétisé une large gamme de matériaux hybrides palladium/polyHIPEs, puis nous les avons caractérisé par diverses techniques comme le MEB, le MET, l'XPS ou la spectroscopie infrarouge. Nous avons contrôlé la taille moyenne et l'état de dispersion des particules grâce au choix des conditions et/ou par une fonctionnalisation adéquate des supports. Nous avons choisi, pour tester l'efficacité en catalyse, de comparer nos supports sur la catalyse d'une réaction de couplage de type Suzuki-Miyaura. Nous avons mis en évidence une forte dépendance de l'activité avec la force de stabilisation des particules, ainsi qu'avec la chimie de surface des nanoparticules. Certains des catalyseurs préparés proposent une bonne activité par rapport aux catalyseurs commerciaux et même, dans un cas, par rapport à un catalyseur homogène. Deux études préliminaires proposent également des améliorations potentielles du support, pour la manipulation des catalyseurs (préparation sous forme de billes) ou leur utilisation dans des conditions de haute température (carbonisation).