Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Les canyons et chenaux sous-marins sont formés par des courants de densité subaquatiques et sont les principaux conduits par lesquels les sédiments continentaux atteignent les milieux marins profonds. Plusieurs canyons et chenaux sous-marins incisent les marges de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent jusqu’à une profondeur de ≥ 300 m. Des données hydroacoustiques et sédimentologiques récemment acquises ont permis d’analyser en détail la morphologie et les processus sédimentaires tardi-quaternaires qui ont modifié l’architecture de ces systèmes turbiditiques. Quatre types de systèmes turbiditiques ont été identifiés en fonction de leur source respective de sédiments. Un premier type de système, alimenté par la dérive littorale, a été cartographié dans les secteurs de Sept-Îles, Les Escoumins et Tadoussac. La formation et l’évolution de ces trois systèmes semblent être étroitement liées à un apport sédimentaire provenant de l’érosion des rives avoisinantes. Vers la mi-Holocène, alors que la charge sédimentaire provenant des rivières a drastiquement diminué, l’érosion des fronts deltaïques a vraisemblablement contribué à alimenter ces systèmes turbiditiques. L’activité gravitaire est aujourd’hui dominée par des mouvements de masse qui permettent le transfert sédimentaire vers le niveau de base. Un second type de canyon a été découvert dans le secteur de Pointe-des-Monts. Bien qu’il ne reçoive pas d’apport sédimentaire, ce dernier est le seul où des formes en croissant, probablement associées à des courants supercritiques, ont migré récemment. Leur activité holocène peut être expliquée par des mouvements de masse épisodiques et des courants quasi-continus d’origine hydrodynamique se déplaçant sur le plancher marin. Des données sédimentologiques suggèrent que ces courants d’origine hydrodynamique seraient responsables de la formation des canyons. Deux autres types de chenaux et canyons ont été identifiés dans l’estuaire, soit des systèmes reliés aux rivières et aux glaciers. Ces deux types de systèmes ont été actifs majoritairement au début de l’Holocène, alors que la charge sédimentaire transportée vers l’estuaire était plus importante, permettant la génération de courants hyperpycnaux. Ainsi, cette recherche a permis de démontrer la variabilité morphologique des canyons et chenaux de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent ainsi que les différentes phases d’activité et types de processus gravitaires qui ont mené à la formation de systèmes turbiditiques dans un contexte tectonique et climatique similaire. / Submarine canyons and channels are formed by subaqueous sediment density flows and are the main conduits through which continental sediments reach deeper sedimentary basins. Numerous submarine canyons and channels incise the margins of the Estuary and Gulf of St. Lawrence, to a depth of ≥ 300 m. Multibeam bathymetry, acoustic backscatter, seismic reflection and sedimentological analysis have allowed examining in great detail the morphology and the late-Quaternary sedimentary processes within these systems. Four types of submarine fans were identified based on their respective source of sediment. A submarine fan located in ≤ 60 m deep in the Sept-Îles sector has illlustrated the role of longshore drift on the formation and evolution of such systems. Longshore drift, through submarine transverse bars and coastal sand bars, forced the formation of a submarine fan near 5 ka BP. Its activity is now dominated by the passage of low density/intensity flows forming sandwaves on the edge of the coastal shelf and high energy flows (probably slope failures) that allow the accumulation of sediment on the deeper submarine fan. Two other systems fed by longshore drift were identified in the Tadoussac and Les Escoumins sectors, where similar recent episodic activity has been described. A second type of canyon system was discovered in the Pointe-des-Monts sector. These canyons are sediment-starved and yet, they are the only systems in which crescentic bedforms recently migrated upslope. Their short- and long-term activity can be explained by slope failures and quasi-continuous hydrodynamic processes along the seafloor. Sedimentological data suggest that quasi-continuous flows of hydrodynamic origin are responsible for the formation of the canyons. Two other types of channels and canyons were identified in the St. Lawrence: systems fed by rivers and glaciers. Both types of systems were active mainly in the early-Holocene, when sediment supply to the St. Lawrence was greater. When sediment supply drastically diminished during mid-Holocene, erosion of deltaic fronts likely led to an increase in longshore-drift transport and the formation and/or continuated activity of the Sept-Îles and Les Escoumins systems.

Les marges continentales, passives ou actives, sont la principale voie de transfert sédimentaire entre le plateau continental et le bassin océanique profond et les plaines abyssales. Les pentes continentales sont le siège de processus d’érosion/dépôt sous le contrôle de transfert de flux particulaires continentaux chenalisés par des structures érosives, telles que les canyons sous‐marins, puis redistribues à l’ensemble de la marge. Les canyons érodent fortement les pentes continentales et contribuent à l’évolution de leur morphologie au cours du temps. On retrouve cependant des canyons sous‐marins qui ne sont pas en relation avec la présence d’un réseau fluviatile. De ce fait, la formation et l’évolution des canyons sous‐marins sont encore peu comprises. Ce travail de thèse s’intéresse aux processus de formation et d’évolution de six canyons sous-marins sur la Marge Ouest du Bassin Ligure et à dix systèmes de canyons sur la Marge Calabro-Ionienne. Le but de cette étude est de contraindre les principales caractéristiques morphométriques (longueur, largeur, profondeur, inclinaison, sinuosité), morphologique (éléments architecturaux, configuration) des canyons, de caractériser leur évolution amont‐aval et d’analyser leur structure interne, afin de mieux comprendre l’origine des canyons sous‐marins, leurs mécanismes de construction et leur évolution au cours du temps en relation avec le contexte géologique régional et leurs potentiels bassins versants subaérien. Pour cela, une approche basée sur une analyse morpho-bathymétrique et géophysiques a été mise en œuvre à partir de relevés bathymétriques complets des marges, de profils de sismiques, de Chirp et de SAR. / Sediment transfer from the continental shelf to the deep basin is of great interest as it partially controls the morphological and architectural evolution of continental margins. Transfer of particles on the continental slope associates with processes of erosion and deposition that control the construction of typical features such as submarine canyons. Because they strongly erode the continental slope, canyons contribute significantly to its morphological evolution through time. However, a number of studies have evidenced submarine canyons that do not connect with sub‐aerial channelized systems, questioning their processes of formation and evolution. This study aims to better understand the processes of formation and evolution of six submarine canyons identified on the western margin of the Ligurian Basin and ten canyons systems on the Calabro-Ionian margin. From morphometric and structural analyses based respectively on bathymetric, seismic‐reflexion (24‐channel profiles) data, Chirp and SAR profiles we constrained the main morphometric characteristics (length, width, depth, slope gradient, sinuosity index), morphologic (architectural elements and configuration) of canyons, their downward evolution and we analyzed their internal structure in order to better understand their origin, construction mechanisms and evolution in relation with the regional geological context and their potentials subaerial systems.

La marge provençale, localisée au Nord-Ouest de la Méditerranée, constitue avec la marge du Golfe du Lion et la marge ligure, la bordure septentrionale du bassin Liguro-Provençal. L'objectif principal de ce travail est la reconstitution de l'histoire géodynamique, structurale et géomorphologique de la marge depuis le Tertiaire. Sa structure est principalement le résultat des phases tectoniques anté-miocènes. Sur la marge provençale la transition entre le plateau continental et le bassin est étroite et caractérisée par des pentes abruptes affectées par des phénomènes d'instabilité gravitaire dans l'axe du canyon sous-marin de Cassidaigne. A terre, la marge provençale est caractérisée par une compression pyrénéenne, des fossés oligocènes, et une sédimentation mésozoïque à cénozoïque essentiellement carbonatée propice à l'infiltration des eaux en profondeur. L'origine des cours d'eau de la région est essentiellement karstique, et les sources côtières de Port-Miou et Bestouan constituent des réseaux karstiques noyés développés sur plusieurs kilomètres dans le calcaire urgonien, au droit du canyon de Cassidaigne. Les travaux antérieurs suggèrent que l'absence de réseau fluviatile de surface en amont et la forme de reculée karstique de la tête du canyon de Cassidaigne sont le résultat d'une connexion karstique entre les sources côtières et le canyon, que la marge provençale n'ait pas été affectée par l'érosion messinienne et la transgression pliocène, que certains dépôts transgressifs marins miocènes sont situés à des altitudes anormalement élevées par rapport à leurs niveaux de dépôt théorique. / The Provence Margin is situated in the north-western Mediterranean and constitutes the northern edge of the Liguro-Provençal Basin with the margins of the Gulf of Lion and Ligurian sea. The main objectif of this thesis is the reconstruction of the geodynamic, structural and geomorphologic history of the margin since the Tertiary. This margin is mainly structured by ante-miocene tectonic events. On the Provence Margin, transition between the continental plate and the basin is narrow and characterized by abrupt slopes and associated gravitary instability within the axis of the Cassidaigne canyon. The Provence Margin is characterized by Pyrenean compression and Oligocene extension. The Mesozoïc-Cenozoïc sedimentary pile is dominated by carbonate rocks favorable to water circulation. The origin of the river system in the region is essentially karstic, and the coastal springs of Port-Miou and Bestouan correspond to drowned karstic network that develop along tens of kilometers within the Urgonian limestone, updip of the Cassidaigne Canyon. Previous work suggest (1) that the lack of updip river system and the karst pocket valley shape of the canyon head are the result of an active karstic connexion between the coastal springs and the canyon, (2) that the Provence Margin is not affected by the Messinian erosion and Pliocene transgression, and (3) that Miocene marine transgressions are preserved at higher altitudes than their theoretical level. These facts witness a recent tectonic deformation that is not well understood. This work is based on the integration of geology, geomorphology and hydrogeology with the aim to understand evolution and functioning of coastal karsts

Dans ce travail, l’optimisation de la propulsion et de la commande des AUV (Autonomous Underwater Vehicles en anglais) est développée. Le modèle hydrodynamique de l’AUV est examiné. Egalement, son système de propulsion est étudié et des modèles pour des solutions de propulsion différentes (fixe et vectorielle) sont développés dans le cadre de la mobilité autonome.Le modèle et l’identification de la technologie de propulsion dite fixe sont basés sur un propulseur disponible commercialement. Le système de propulsion vectoriel est basé sur un prototype de propulseur magneto-couplé reconfigurable (PMCR) développé à l’IRDL-ENIB.Une méthode de commande non linéaire utilisant le modèle hydrodynamique de l’AUV est développée et son adaptation à deux systèmes de propulsion est présentée. Des analyses portant sur la commandabilité du robot et l’application de cette commande à différents systèmes sont proposées. L’optimisation globale est utilisée pour trouver des topologies propulsives et des paramètres de commande adaptés à la réalisation de tâches robotiques spécifiques. L’optimisation réalisée permet de trouver des solutions capables d’assurer le suivi de trajectoire et de minimiser la consommation énergétique du robot. L’optimisation utilise un algorithme génétique (algorithme évolutionnaire), une méthode d’optimisation stochastique appliquée ici à la conception orientée tâche de l’AUV. Les résultats de cette optimisation peuvent être utilisés comme une étape préliminaire dans la conception des AUVs, afin de donner des pistes pour améliorer les capacités de la propulsion.La technique d’optimisation est également appliquée au robot RSM (fabriqué au sein de l’IRDL-ENIB) en modifiant seulement quelques paramètres de sa topologie propulsive. Cela afin d’obtenir des configurations de propulsion adaptées au cours d’une seule et même mission aux spécificités locomotrices des tâches rencontrées : reconfiguration dynamique de la propulsion de l’AUV. / In this PhD thesis, the optimization of the propulsion and control of AUVs is developed. The hydrodynamic model of the AUVs is examined. Additionally, AUV propulsion topologies are studied and models for fixed and vectorial technology are developed. The fixed technology model is based on an off the shelf device, while the modeled vectorial propulsive system is based on a magnetic coupling thruster prototype developed in IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme) at ENI Brest. A control method using the hydrodynamic model is studied, its adaptation to two AUV topologies is presented and considerations about its applicability will be discussed. The optimization is used to find suitable propulsive topologies and control parameters in order to execute given robotic tasks, speeding up the convergence and minimizing the energy consumption. This is done using a genetic algorithm, which is a stochastic optimization method used for task-based design.The results of the optimization can be used as a preliminary stage in the design process of an AUV, giving ideas for enhanced propulsive configurations. The optimization technique is also applied to an IRDL existing robot, modifying only some of the propulsive topology parameters in order to readily adapt it to different tasks, making the AUV dynamically reconfigurable.

La marge Ligure est une marge passive soumise à une déformation tectonique compressive associée à la tectonique salifère messinienne. La reprise en compression de la marge s’accompagne d’une sismicité modérée récurrente ponctuée d’évènements plus forts. La marge Ligure est le siège d’une sédimentation importante au Plio-Quaternaire. Elle constitue un environnement propice à l’étude des déstabilisations gravitaires. L’objectif principal de ce travail était de décrire et caractériser les principaux mouvements en masse ayant affecté la marge continentale Ligure au cours du Plio-Quaternaire, de localiser les principales zones sujettes aux déstabilisations et d’identifier les facteurs pré-conditionnant et déclenchant les ruptures dans le but de mieux évaluer l’aléa gravitaire. Une large couverture de données bathymétriques, géophysiques et des carottages acquis sur l’ensemble de la marge a permis de réaliser une étude multi-échelles des processus de ruptures gravitaires et des facteurs déclenchant associés. Près de 1500 glissements ont été identifiés. L’étude de leur répartition spatio-temporelle illustre que l’ensemble de la marge a toujours été affectée par des déstabilisations de pente mais que les principales zones de ruptures auraient migré vers l’ouest au cours du Plio-Quaternaire. Les grandes ruptures sous-marines sont préférentiellement associées aux zones de déformation maximale, cette dernière étant contrôlée par la tectonique crustale et/ou la tectonique salifère. Il apparaît que les ruptures résultent plus généralement d’une association de facteurs distincts qui ont participé à fragiliser la stabilité des dépôts de la pente et qui ont pu provoquer leur rupture. / The Ligurian margin is a passive margin characterized by high sedimentation rates during the Plio-Quaternary. It is affected by a compressive tectonic deformation leading to the inversion of the margin, together with a salt tectonic. The present-day moderate seismic activity is punctuated by stronger seismic events. Thus, this margin offers a good natural laboratory to study submarine landslides and their triggering factors. Although the Var Turbidite System has been well investigated over the last 20 years, the morphology and tectonics/sedimentary processes affecting the whole margin remained poorly known. This study aims to describe and to characterize the main types of mass movements, their preferential locations along the Ligurian margin during the Plio-Quaternary and their triggering factors to improve geohazards assessment related to landslides. A dataset including bathymetric and geophysical data and cores allowed to realize a multi-scale study of submarine failures and their associated triggering factors. About 1500 landslides were identified on the margin and in the basin. The study of their spatio-temporal distribution revealed that the margin has always been affected by mass-wasting processes and that the main zones of landsliding migrated westward during the Plio-Quaternary. The largest submarine landslides are preferentially associated with the highest deformation rates and their location is controlled by crustal tectonics and/or salt tectonics. The initiation of failures results from the combination of several factors including the margin deformation, earthquakes, salt tectonics and sediment under-consolidation.

Les habitats de coraux d’eau froide formés par des scléractiniaires coloniaux, des gorgones, des antipathaires et des pennatules sont des hotspots de biodiversité et de biomasse. Ils fournissent des fonctions importantes, comme des refuges et des zones d’alimentation, pour d’autres organismes. Mais, ils sont également vulnérables aux activités humaines, parce qu’ils sont fragiles, croissent lentement et atteignent des records de longévité. Dans les canyons sous-marins, le relief tourmenté, l’hydrodynamisme et l’hétérogénéité des substrats offrent des conditions environnementales propices au développement des habitats coralliens. Dans le Golfe de Gascogne, les coraux d’eau froide sont connus depuis la fin du 19e siècle, mais leur distribution, leur densité et leur rôle fonctionnel avaient été très peu étudiés.Pour augmenter cette connaissance, 24 canyons sous-marins et 3 sites sur l’interfluve/haut de pente contiguë aux canyons adjacents ont été visités par un ROV et une caméra tractée pendant 46 plongées au cours de 7 campagnes océanographiques. Les habitats coralliens définis par le système de classification CoralFISH ont été cartographiés à partir des images prises par les engins sous-marins puis la faune associée, les types de substrat et les déchets ont été annotés.Onze habitats coralliens et 62 morphotypes de coraux ont été observés dans les canyons sous-marins du Golfe de Gascogne hébergeant 191 morphotypes de faune associée, dont 160 morphotypes uniques. Les patrons de distribution à l’échelle locale et à l’échelle régionale pourraient être liés aux régimes hydrodynamiques et sédimentaires. Le type de substrat était important pour les assemblages de coraux et leurs faunes associées, distinguant les habitats biogéniques, sur substrat dur et sur substrat meuble. Les assemblages de coraux étaient similaires entre habitats biogéniques et habitats sur substrat dur, mais la faune associées était plus abondante et diversifiée sur les habitats biogéniques. La diversité-alpha, -beta et –gamma étaient étonnement élevée sur les habitats coralliens sur substrat meuble, égalant ou dépassant la diversité des habitats biogéniques.Les déchets marins étaient abondants et principalement composés de plastiques et de matériels de pêche. Ces déchets pourraient impacter les habitats coralliens : ils ont été trouvés à des profondeurs similaires et les déchets étaient piégés par des reliefs créés par des structures biologiques et géologiques. L’ocurrence des récifs de coraux préférentiellement sur les pentes plus abruptes des canyons sous-marins tandis que les débris de coraux sont plus fréquents sur des aires plus plates de l’interfluve ou du haut de pente, pourraient indiquer un impact de la pêche.Cette étude a contribué à l’initiative en cours de création d’un réseau Natura 2000 qui protégera à terme l’habitat « récif » dont les habitats coralliens biogéniques et sur substrat dur, mais pas les habitats coralliens sur substrat meuble. Pour ces derniers, un complément d’étude et d’autres stratégies de préservation seront nécessaires. / Cold-water coral (CWC) habitats formed by colonial scleractinians, gorgonians, antipatharians and sea pens are biodiversity and biomass hotspots that provide important functions, such as shelter and feeding grounds, to other organisms. But, they are also vulnerable to human activities, because they are long-lived, grow slowly and have a low resistance. Submarine canyons may offer the environmental conditions needed for CWC habitat development, due to their steep topography, complex hydrodynamics and substrate heterogeneity. In the Bay of Biscay, which margin is incised by hundreds of canyons, CWCs are known to exist since the late 19th century, but their distribution, density and functional role remained largely unknown, which impaired their preservation.To increase this knowledge, 24 canyons and three locations between adjacent canyons were visited with an ROV and a towed camera system during 46 dives on 7 cruises. Images were analysed for CWC habitats using the CoralFISH classification system. Within these habitats, corals, associated fauna were identified and substrate cover measured. Litter was identified in 15 out of 24 canyons.Eleven coral habitats constructed by 62 coral morphotypes were observed in the canyons of the Bay of Biscay hosting 191 associated megafaunal morphotypes, including 160 unique morphotypes. The distribution patterns at regional and local scales could be linked to hydrodynamics and sedimentary regimes. Substrate type was an important driver for coral and associated faunal assemblages, distinguishing biogenic, hard substrate and soft substrate habitats. Coral assemblages were similar between biogenic and hard substrate habitats, but the associated fauna was more abundant and diverse on biogenic habitats. The alpha, beta and gamma diversity was surprisingly high on soft substrate habitats, equalling or exceeding that of biogenic habitats.Marine litter was abundant and was mainly composed of plastic items and fishing gear. Litter could co-occur with CWCs and impact them: litter and most CWC habitats were observed at similar water depths and litter was more abundant in areas with a seafloor relief created by biological or geological features. Observations of coral reefs on steeper areas in the canyons and coral debris on flatter areas on the interfluve/upper slope may indicate a potential impact of the fishing industry. This study supports the ongoing effort to create a Natura 2000 network that will protect biogenic and hard substrate habitats, but also points out the need to develop a framework for the preservation of coral habitats on soft substrate.

Les réseaux de capteurs acoustiques sous-marins (UW-ASN) sont les plus nouveaux achèvements technologiques en termes de communication. Les UW-ASN visent à observer et à explorer les lacs, les rivières, les mers et les océans. Récemment, ils ont été soumis à une attention particulière en raison de leur grand potentiel en termes d'applications prometteuses dans divers domaines (militaires, environnementaux, scientifiques ...) et aux nouvelles questions scientifiques qu'ils suscitent. Un problème majeur dans les UW-ASN est l'épuisement rapide de l'énergie, car une grande puissance est nécessaire pour la communication acoustique, tandis que le budget de la batterie des capteurs est limité. Par conséquent, les protocoles de communication énergétiques revêtent une importance primordiale pour faire usage judiciaire du budget énergétique disponible. Dans ce contexte, cette thèse vise à étudier les principales caractéristiques des capteurs acoustiques sous-marins difficiles afin de concevoir des protocoles de communication énergétiques, plus spécifiquement au niveau routage et MAC. Tout d'abord, nous abordons le problème des trous énergétiques dans UW-ASN. Le problème du « sink-hole » se produit lorsque les capteurs les plus proches du sink épuisent leur énergie plus rapidement en raison de leur charge plus lourde. En effet, ces capteurs, en particulier ceux qui sont à un seul saut du sinkstatique, agissent comme des relais pour tous les autres capteurs, ce qui leur épuise sévèrement l’énergie.A la couche de routage,en particulier, nous proposons de distribuer la charge transmise par chaque capteur parmi plusieurs voisins potentiels, en supposant que les capteurs peuvent ajuster leur gamme de communication entre deux niveaux lorsqu'ils envoient ou transmettent des données. Plus précisément, nous déterminons pour chaque capteur l'ensemble des prochains sauts avec les poids de charge associés qui entraînent un épuisement équitable d'énergie entre tous les capteurs du réseau. Ensuite, nous étendons notre stratégie de routage équilibrée en supposant que chaque capteur n'est pas seulement capable d'ajuster sa puissance d'émission à 2 niveaux mais aussi jusqu'à n niveaux où n> 2. Par conséquent, à la couche de routage, pour chaque valeur possible de n, nous déterminons pour chaque capteur l'ensemble des éventuels sauts avec les poids de charge associés qui mènent à une consommation d'énergie équitable chez tous les capteurs du réseau. En outre, nous obtenons le nombre optimal de puissances de transmission n qui équilibre la consommation d'énergie de tous les capteurs pour chaque configuration de réseau. En plus de cela, il convient de souligner que notre protocole de routage étendu utilise un modèle de canal à variation de temps plus réaliste qui tient compte de la plupart des caractéristiques fondamentales de la propagation acoustique sous-marine. Les résultats analytiques montrent que notre protocole de routage assure une réduction importante de la consommation d’énergie. Deuxièmement, pour atténuer les impacts de collision spectaculaires gaspillant l’énergie, nous concevons un protocole MAC multicanal (MC-UWMAC) évitant les collisions pour les UW-ASNs. MC-UWMAC fonctionne avec un canal de contrôle (décomposé en créneaux de temps) et un ensemble de canaux de données à bande passante égale. Les créneaux du canal de contrôle sont dédiés à l’échange RTS / CTS permettant à une paire de capteurs communicants de s'accorder sur l'heure de début de la communication sur un canal de données pré-alloué. Dans cette thèse, nous proposons deux nouvelles procédures associées d'allocation des créneaux du canal de contrôle et d'attribution des canaux de données sans nécessiter de frais de négociation supplémentaires. En conséquence, chaque capteur peut initier l'échange RTS / CTS uniquement à son créneau assigné, calculé à l'aide d'une procédure d'allocation basée sur une partition virtuelle de grille de la zone de déploiement. (...) / UnderWaterAcoustic Sensor Networks (UW-ASNs) are the newest technological achievement in terms of communication. Composed of a set of communicating underwater sensors, UW-ASNs are intended to observe and explore lakes, rivers, seas and oceans. Recently, they have been subject to a special attention due to their great potential in terms of promising applications in various domains (military, environmental, scientific...) and to the new scientific issues they raise. A great challenging issue in UW-ASNs is the fast energy depletion since high power is needed for acoustic communication while sensors battery budget is limited. Hence, energy-efficient networking protocols are of a paramount importance to make judicious use of the available energy budget while considering the distinguishing underwater environment characteristics. In this context, this thesis aims at studying the main challenging underwater acoustic sensors characteristics to design energy-efficient communication protocols specifically at the routing and MAC layers. First, we address the problem of energy holes in UW-ASNs. The sink-hole problem occurs when the closest nodes to sink drain their energy faster due to their heavier load. Indeed, those sensors especially the ones that are 1-hop away from the static sink act as relays to it on behalf of all other sensors, thus suffering from severe energy depletion. In particular, at the routing layer, we propose to distribute the transmission load at each sensor among several potential neighbors, assuming that sensors can adjust their communication range among two levels when they send or forward data. Specifically, we determine for each sensor the set of next hops with the associated load weights that lead to a fair energy depletion among all sensors in the network. Then, we extend our balanced routing strategy by assuming that each sensor node is not only able to adjust its transmission power to 2 levels but eventually up to n levels where n > 2. Consequently, at the routing layer, for each possible value of n, we determine for each sensor the set of possible next hops with the associated load weights that lead to a fair energy consumption among all sensors in the network. Moreover, we derive the optimal number of transmission powers n that balances the energy consumption among all sensors for each network configuration. In addition to that, it is worth pointing out that our extended routing protocol uses a more realistic time varying channel model that takes into account most of the fundamental characteristics of the underwater acoustic propagation. Analytical results show that further energy saving is achieved by our extended routing scheme. Second, to mitigate the dramatic collision impacts, we design a collision avoidance energy efficient multichannel MAC protocol (MC-UWMAC) for UW-ASNs. MC-UWMAC operates on single slotted control and a set of equal-bandwidth data channels. Control channel slots are dedicated to RTS/CTS handshaking allowing a communicating node pair to agree on the start time of communication on a pre-allocated data channel. In this thesis, we propose two novel coupled slot assignment and data channels allocation procedures without requiring any extra negotiation overhead. Accordingly, each node can initiate RTS/CTS exchange only at its assigned slot calculated using a slot allocation procedure based on a grid virtual partition of the deployment area. Moreover, for each communicating pair of nodes, one data channel is allocated using a channel allocation procedure based on our newly designed concept of singleton- intersecting quorum. Accordingly, each pair of communicating nodes will have at their disposal a unique 2-hop conflict free data channel. Compared with existing MAC protocol, MC-UWMAC reduces experienced collisions and improves network throughput while minimizing energy consumption.

L’internationalisation des chaînes de valeur fait l’objet de nombreuses recherches macroéconomiques ou ciblées sur des secteurs majoritairement civils. En se concentrant sur l’industrie de défense, cette thèse évalue comment ce processus de fragmentation fonctionnelle et géographique peut s’appliquer à un secteur hautement régulé par les Etats et dont les échanges internationaux sont très strictement encadrés.Cette recherche apporte plusieurs estimations du niveau d’internationalisation de l’industrie navale de défense française, à partir de données originales de Naval Group. Si les programmes relatifs à la dissuasion nucléaire sont très peu internationalisés, de nombreux facteurs concourent à l’internationalisation de la filière : exigences de contenu local et transferts de technologie des clients étrangers, intégration de technologies civiles ou duales, stratégies d’internationalisation. Enfin, le recours au concept de modularité permet de montrer que l’évolution du processus productif s’accompagne souvent d’une évolution de l’architecture des produits. / Many research works have already been dedicated to the internationalization of value chains. Whereas this research is often performed through macroeconomics or focused on civilian sectors, this thesis examines how the process of functional and geographic unbundling can apply to such a regulated sector as the defense industry, where exports are strictly controlled by states.Based on original data provided by Naval Group, this dissertation set out several estimates of the internationalization level of French navy programs. Although programs related to nuclear deterrence remain almost exclusively « made in France », many factors contribute to the internationalization of value chains in the naval industry: transfer of technology, local content requirements, integration of commercial or dual-use technologies, internationalization corporate strategies. Referring to the concept of modularity, this thesis reveals that changes in production process can foster innovation in product architecture.

La majeure partie des communications mondiales est transportée par des systèmes transocéaniques à fibre optique. Il est estimé que d'ici 2020 le trafic de données atteindra 4.3 ZB par an. Afin de faire face à cette demande, différentes technologies sont actuellement étudiées pour augmenter la capacité des systèmes de transmission très longue distance. Avec l'avènement des circuits intégrés à haute vitesse, des formats de modulation avancés et des techniques de traitement de signal numérique (DSP) peuvent être utilisés pour maximiser l'efficacité spectrale de transmission. Par ailleurs, la capacité des systèmes modernes est fortement limitée par les effets non-linéaires de type Kerr dans la fibre. Ainsi, la première partie de ce travail est axée sur l’étude de la performance et des gains réalisables par des techniques DSP à faible complexité pour mitiger les effets non-linéaires monocanal. En outre, l’utilisation des formats de modulation multiniveaux à haute efficacité spectrale au-delà de 16QAM a pris de l'ampleur pour augmenter le débit de transmission des systèmes, notamment avec l’introduction des formats QAM avec mise en forme probabiliste (PCS-QAM), plus performants que les formats QAM classiques. La deuxième partie de ce travail présente donc une comparaison théorique ainsi qu’expérimentale du format PCS-64QAM avec d’autres formats à haute efficacité spectrale pour les distances transatlantiques. La mise en œuvre d’un format PCS-64QAM conçu pour les distances transpacifiques est également abordée. Enfin, la dernière partie de ce travail concrétise les résultats des travaux menés dans les deux sections précédentes en présentant plusieurs records de transmission / Global data traffic is expected to reach up to 4.3 ZB per year by 2020. With the majority of the global communications being transported on submarine point-to-point fiber-optic systems, different cutting-edge technologies have been under research to cope with this unprecedented traffic growth. Continuous advances in high-speed integrated circuits have allowed the use of advanced modulation formats and digital signal processing (DSP) techniques to maximize the transmission spectral efficiency. With mitigation of fiber linear effects efficiently carried out by DSP with relative low-complexity, the capacity of modern fiber optic systems rests limited by fiber nonlinearities. To this extent, in the first part of this work, the performance and achievable benefits of low-complexity DSP techniques aiming to mitigate fiber Kerr nonlinear effects are investigated. Besides nonlinear compensation techniques, the use of multi-level modulation formats beyond 16QAM and high symbol rate channels have gained momentum to increase the system spectral efficiency. One of the major breakthroughs in the recent years, has been the introduction of QAM-based probabilistic constellation shaping (PCS-QAM), which has proven to outperform regular QAM formats. In this sense, in the second part of this work, the practical achievable rate increase brought by PCS-QAM for transoceanic distances is investigated. A theoretical and experimental comparison with other high-capacity formats is performed, and the design of a PCS-QAM for trans-Pacific distances is addressed. Finally, in the last section, several transmission records using the two above techniques are reported

La sédimentation marine récente dans les fosses de subduction est caractérisée par l'interstratification de sédiments hémipélagiques et de turbidites localement intercalées avec les coulées de débris, qui peuvent résulter de la destabilisation des pentes continentales par de tremblements de terre. La marge d’Equateur est constituée par une forte érosion tectonique qui contribue à la formation d'une fosse profonde remplie d'une suite complexe de faciès sédimentaires. La sédimentation par écoulements gravitaires est omniprésente le long de la marge et les faciès vont de dépôts de transport de masse d'épaisseur métriques latéralement continus à des turbidites d'épaisseur centimétriques isolées intercalées avec des couches d'hémipélagites, de volcanoclastiques et de téphras. Nous présentons l'interprétation de la bathymétrie, des profils sismiques à haute résolution et des données pétrophysiques des carottes sédimentaires. L'objectif de cette étude est de décrire la complexité morphologique à la frontière équatorienne de la plaque de Nazca où un ensemble d'aspérités marines profondes ont subducté à différentes échelles, et ses conséquences sur la distribution latérale des sédiments dans les différents sous-bassins. La marge équatorienne comprend trois segments géomorphologiques: Le segment nord, situé au nord de la crête Carnegie, est caractérisé par une large (5-10 km) et profonde fosse (3800-4000 m), une pente continentale ravinée et une plate-forme (10-40 km de large) avec subsidence active. Le segment central en face de la crête de Carnégie montre une fosse étroite (0-5 km de large) et peu profonde (3100-3700 m), la pente escarpée et ravinée, sans canyons, et plateau continental étroit de 15 à 40 km de large caractérisé par des zones d'affaissement et de soulèvement actifs. Enfin, le segment sud, situé au sud de la crête Carnegie, présente une large (5-10 km) et profonde fosse (4000-4700 m), une pente continentale pauvre en sédiments avec des systèmes de canyons bien définis et une large plate-forme de subsidence (20-50 km). La dynamique sédimentaire le long de la marge est évaluée par l'analyse de 15 carottes sédimentaires dont la description visuelle, les photographies à haute résolution, l'imagerie par rayons X, les données XRF et les propriétés pétrophysiques conduisent à l'identification de 11 faciès sédimentaires caractérisant 7 processus sédimentaires: dépôts de turbidite, hémipélagites, téphras, dépôts de coulées de débris, homogénites, des slumps et des dépôts de carbonate de ooze. Les âges des dépôts sont définis par la datation au radiocarbone des sédiments hémipélagites. Les âges vont de 500 à 48000 ans BP. Les profils sismiques à haute résolution permettent de définir 3 echo-faciès: transparent, stratifiés et chaotiques. Le facies transparent est principalement associé aux dépôts d'homogénites, le facies stratifié est associé aux dépôts interstratifiés turbiditique-hémipélagique et le facies chaotique est associé à des dépôts gravitaires grossiers. Le remplissage de la fosse représente un enregistrement lacunaire mais important de l'histoire de la marge de subduction. De grandes coulées de débris se déplaçant vers l'est dans les deux séquences inférieures du remplissage de la fosse sont initiées le long de la paroi extérieure de la fosse, le long de grandes failles normales dues à la flexion de la plaque océanique subductante. Les sédiments de la séquence supérieure du remplissage qui nappent la fosse sont plus largement fournis par la paroi interne de la fosse mais avec un fort contrôle de la ride de Carnegie. En conséquence, la profondeur, la fréquence, l'épaisseur, la composition et la disposition latérale des dépôts sédimentaires varient grandement entre le nord et le sud. Les grands méga-lits simples, les slumps, les coulées de débris et les homogénites sont situés dans les segments nord et sud. Ils sont déclenchés par de grands escarpements de failles régionales, dans le Nord / Recent deep marine sedimentation in subduction trenches is characterized by the inter-stratification of hemipelagic and turbidite sediments locally interbedded with debris flow, which can result from continental slope shaking triggered by earthquakes. The active margin of Ecuador comprises tectonic erosion that contributes to the formation of a deep trench filled by a complex suite of sedimentary facies. Gravity flow sedimentation is ubiquitous along the margin and facies range from laterally continuous m-thick mass transport deposits to isolated cm-thick turbidites intercalated with hemipelagite, volcanoclastics and tephra. In this study we show interpretation of swath bathymetry, high-resolution seismic profiles and petrophysical data from cores. The objective is to describe the morphologic complexity on the Ecuadorian border of the Nazca plate where a set of deep marine asperities is subducting at different scales, and their consequences on the distribution of sediments in the different sub-basins. Ecuadorian margin comprises three geomorphological segments: The northern segment, northward of the Carnegie Ridge, is characterized by a wide (5-10 km) and deep trench (3800 – 4000 m), a gentler gullied continental slope and a shelf (10-40 km wide) with active subsidence. The central segment facing the Carnegie Ridge, is strongly influenced by the subduction of the Carnegie ridge which induces a narrow (0–5 km wide) and shallow trench (3100 – 3700 m depth), a steep and gullied slope with no canyons and a 15–40 km wide shelf characterized by areas with active subsidence and uplift. Finally, the southern segment, southward of the Carnegie Ridge, presents a wide (5–10 km) and deep (4000–4700 m) trench, a starved continental slope with well-defined canyon systems and a wide subsiding shelf (20–50 km). The sedimentary dynamics along the margin is evaluated by the analysis of 15 cores. Visual description, high-resolution photographs, X-Ray imagery, XRF data and petrophysical properties led to the identification of 11 sedimentary facies that characterize seven sedimentary processes: turbidites, hemipelagites, tephras, debris flows, homogenites, slumps, and ooze carbonate deposits. Age of the deposits is defined by radiocarbon age dating of hemipelagic sediments. Ages range from 500 to 48,000 years BP. High-resolution seismic profiles allow definition of three echo-facies: transparent, layered and chaotic. Transparent echo-facies is mainly associated to homogenite deposits, layered echo-facies is associated to the turbiditic-hemipelagic interbedded deposits and chaotic echo-facies is associated to reworked gravity flow deposits. The trench fill represents a lacunar but important record of the subduction margin history. Large eastward debris flows in the lower two sequences of the trench fill are provided by the trench outer wall as a results of slope failures along normal faults due to the downward bending of the oceanic plate. The sediment of the upper sequence of the trench fill draping the trench floor, are largely provided by the inner trench wall strongly controlled by the Carnegie Ridge. As a result, depth, frequency, thickness, composition and lateral disposition of the deposits vary greatly from those at north and south. The large, simple mega-beds like slump, debris flows and homogenites are located at the northern and southern segments. They were triggered by large regional faults in the North and enhanced by the activity of sets of splay faults in the South overhanging the seafloor at the slope toe. Small-size, fluid rich events were triggered by subduction of isolated seamounts at the edges of the Carnegie Ridge due to frequent but small destabilizations of an inner trench wall preconditioned by the impacts of successive seamounts. Sets of partly volcanoclastic turbidites in central segment might have been triggered by the complex interaction of slope and continental shelf deformation by seamount subduction