Quatre coupes ont été étudiées dans les séries marno-calcaires de talus et de bassin profond de la "fosse vocontienne" au Cénomanien. Le travail effectué à partir de plus de 800 échantillons dans lesquels les associations de foraminifères planctoniques et benthiques ont été étudiées a montré des particularités biostratigraphiques, et paléogéographiques. En effet, il existe un diachronisme dans l'extension verticale de Thalmanninella reicheli et dans l'apparition du marqueur de la base du Cénomanien supérieur (Rotalipora cushmani). T. reicheli a une extension verticale courte, mais située dans le Cénomanien inférieur peu élevé d'après les faunes d' ammonites associées; R. cushmaniapparait avant les ammonites marquant le Cénomanien moyen (Acanthoceras). Les chutes du niveau marin relatif enregistrées par des discontinuités lithologiques dans la coupe de la marge du talus au Cénomanien basal, dans la partie moyenne du Cénomanien, et au passage Cénomanien-Turonien sont également repérées par la dominance des assemblages de foraminifères benthiques opportunistes, d'abord dans les coupes de marge et de plate-forme méridionale, ensuite dans les coupes de bassin profond. Ces passages correspondent aussi à des évènements dysoxiques, liés à l'anomalie du δ13C. L'évolution des foraminifères benthiques s'avère très sensible à profondeur de l'eau et à la dysoxie,leur réponse étant plus rapide que la variation du δ13C. La régression forcée au passage Cénomanien-Turonien correspond à des dépôts de black shales dans la coupe du bassin le plus profond, traduisant l'événement anoxique OAE2. La fin de l' extension de Rotalipora cushmani, définit le sommet de l'étage dans les 4 coupes.

La niche climatique des espèces joue un rôle important dans la distribution spatiale de la biodiversité mais la manière dont les niches climatiques évoluent reste encore peu connue. Ce travail vise à révéler la manière dont les niches climatiques évoluent en général, et plus précisément à déterminer comment certaines plantes se sont adaptées aux environnements alpins. En étudiant de nombreux groupes de plantes, de poissons, de mammifères et d'oiseaux, nous avons montré que les niches climatiques évoluent le plus souvent par à-coups et non pas de manière graduelle. Les niches climatiques restent en effet stables pendant des périodes de plusieurs millions d'années puis évoluent de manière extrêmement rapide avant de se stabiliser à nouveau dans une autre gamme de climat. Des simulations ont permis de montrer que les phases de relative stabilité n'étaient pas forcément causées par une sélection stabilisante sur les niches climatiques mais pouvaient également résulter de la présence de barrières géographiques qui empêchent les espèces d'expérimenter de nouveaux climats. L'étude de l'histoire des plantes du genre Androsace a révélé que les changements rapides de niches correspondaient au contraire à l'apparition de nouveaux traits, comme la forme de vie en coussin. Ce travail montre que de nombreux facteurs influencent l'évolution des niches climatiques et souligne la nécessité de tous les étudier ensemble.

La région du Pamir - Karakoram - Himalaya (PKH) constitue la plus grande réserve de glace terrestre après les régions polaires. Cependant, l'évolution récente de ces glaciers, indicateurs privilégiés du changement climatique en haute altitude, reste encore mal connue, du fait notamment de difficultés d'accès et de conditions climatiques qui rendent délicate l'acquisition de mesures in situ. L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'amélioration des connaissances sur l'évolution globale des glaces du PKH au cours de la dernière décennie, en s'appuyant sur des images satellite et des modèles numériques de terrain (MNTs). Une premièreméthodologie a été développée pour assurer le suivi automatique de la distribution spatiale et de l'évolution temporelle des lacs glaciaires à partir d'images Landsat entre 1990 et 2009 sur sept zones d'études réparties le long du PKH. Ainsi, une certaine disparité des types, tailles et évolutions des lacs entre la partie orientale et occidentale du PKH a été mise en évidence. Sur la période de temps considérée, la superficie des lacs a légèrement diminué à l'ouest (Karakoram et Hindu Kush), a été en très nette augmentation à l'est (Népal et Bouthan) et relativement stable sur la partie centrale (Inde du nord-ouest). Le bilan de masse des glaciers a ensuite été calculé, à partir des variations d'épaisseurs mesurées en comparant deuxMNTs, acquis à deux dates différentes, et issus de lamission SRTM et du satellite SPOT5. Cette méthode implique un certain nombre de corrections et d'ajustements au préalable, afin de garantir des mesures les moins biaisées possible. Ainsi, la différence de résolution spatiale initiale des MNTs peut être à l'origine d'un biais fonction de l'altitude, de même que la pénétration des ondes radar de la mission SRTM dans la neige et la glace est à prendre en compte le cas échéant, pour ne pas sous-estimer les altitudes sur les glaciers. Là encore, on observe des disparités entre les différents bilans de masse régionaux sur la période 1999-2011, avec des pertes de masse modérées sur l'Himalaya central et oriental(-0.30±0.08 m a-1 w.e.), plus accentuées sur l'Himalaya occidental (-0.43±0.09 m a-1 w.e.) et des gains de masse plus à l'ouest, pour les glaciers des massifs du Pamir (+0.14±0.11 m a-1 w.e.) et du Karakoram (+0.10±0.20 m a-1 w.e.). Ces résultats confirment donc l'anomalie des glaciers du Karakoram et suggèrent des comportements similaires au Pamir. Le bilan de masse global des glaciers du PKH est estimé à -0.13±0.06 m a-1 w.e.

Les observations satellitaires contribuent désormais à la surveillance de la composition troposphérique et à la prévision de la qualité de l'air, en fournissant une information quantitative sur l'ozone et ses précurseurs. L'objectif de ces travaux de thèse a été d'exploiter le couplage entre les observations satellitaires IASI, qui a été lancé à bord du satellite MetOp en octobre 2006, et le modèle CHIMERE, afin de documenter l'amélioration de la prévision de la qualité de l'air. Ces travaux s'appuient d'abord sur l'inversion des concentrations d'ozone à partir des spectres infrarouges mesurés par l'instrument IASI pour restituer des colonnes totales d'ozone et des colonnes partielles d'ozone notamment dans la troposphère. Ces mesures ont été validées par des observations indépendantes : les colonnes totales sont comparées à des mesures ultra-violettes fournies par l'instrument satellitaire GOME-2 (également à bord du satellite MetOp) et les instruments au sol du réseau Brewer-Dobson mais également des mesures infrarouges (TES et AIRS). Les colonnes partielles sont, elles, comparées à des mesures de ballons sonde. Un autre volet de mes travaux de thèse consiste à préparer l'assimilation des données IASI dans le modèle CHIMERE, en utilisant un Filtre de Kalman d'Ensemble. Cette méthode permet d'établir les covariances des erreurs du modèle à partir d'un ensemble de différentes configurations du modèle. Dans ce contexte, un travail sur la construction d'un ensemble reflétant au mieux la réalité a été entrepris. La qualité de l'ensemble a été évaluée, dans la dimension verticale et en surface, à partir de différents outils, qui reposent tous sur des comparaisons aux observations.

La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture "Trans-Mexicain Volcanique Belt " (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide.

C'est à l'intersection des domaines de recherches qu'il y a aujourd'hui le plus de chance de participer à une découverte majeure. Les domaines eux-même sont très bien couverts et c'est vrai qu'il faut parfois tant se spécialiser que les aspects marginaux nous échappent. Voila une motivation qui sort des motivations scientifiques actuelles telles que la compréhension de la destruction de l'ozone polaire, l'évolution de notre climat, ou la recherche d'une vie en dehors de notre planète. C'est pourtant également une motivation qui permet d'être simultanément sur plusieurs sujets brûlants du moment. Ainsi, mon travail passé, actuel et probablement futur sur les atmosphères et les climats de la Terre en particulier et en planétologie en général montrent bien le fil conducteur de mes recherches. La spectroscopie et la mod ́elisation radiative étaient mes outils qui jusqu'à présent marquaient les limites de ces recherches.

L'imagerie de la proche surface est essentielle en géotechnique car la caractérisation et l'identification des premiers mètres du sol interviennent dans de nombreuses applications de l'aménagement du territoire. Les méthodes classiques d'imagerie sismique sont appréciées car elles sont simples de mise en oeuvre et d'interprétation. Utilisés en génie civil, ces outils ont généralement été développés initialement en prospection pétrolière. La problématique que nous abordons dans ce travail intéresse réseau de transport d'électricité (RTE) ; il s'agit d'identifier la géométrie des fondations de pylônes électriques très haute tension en utilisant des méthodes d'imagerie sismique qui ont fait leurs preuves dans le contexte de la géophysique de gisement. En particulier, nous évaluons les performances de l'inversion de la forme d'onde (FWI) et de la migration par retournement temporel. Nous présentons le principe de ces méthodes que nous mettons ensuite en oeuvre avec un outil basé sur une modélisation de la propagation d'ondes en milieu élastique 2D ; dans ce cadre, le temps de calcul de l'inversion est aujourd'hui raisonnable, ce qui est loin d'être le cas lorsqu'on considère un milieu élastique 3D. Ensuite, nous présentons les résultats d'imagerie sur données synthétiques puis réelles. Concernant les données synthétiques 2D, l'inversion permet d'identifier les dimensions de la fondation à condition que le rapport de vitesse entre la fondation et l'encaissant ne dépasse pas 3. La migration permet quant à elle d'imager de façon satisfaisante des contrastes beaucoup plus élevés. Sur données réelles, les tests que nous avons faits ne permettent pas d'identifier la géométrie de la fondation avec ces méthodes ; en réalisant l'inversion de données synthétiques 3D avec notre outil 2D, nous montrons que le caractère 3D des données est un obstacle important à l'utilisation de notre outil sur des données réelles contenant une forte signature 3D de la structure à imager.

Le fer joue un rôle majeur dans un grand nombre de processus biogéochimiques impliquant des transferts d'électrons, c'est-à-dire des réactions redox. Les argiles forment une famille de minéraux ubiquitaires, dont certains membres contiennent du fer au sein de leur structure. La structure des argiles confère à ce fer structural (Festr) des propriétés redox spécifiques. Celles-ci font l'objet d'un nombre croissant d'études, portant sur divers domaines de recherche, allant des études agronomiques sur l'accessibilité des nutriments dans les sols ou sur la maturation de la matière organique, aux études sur la rétention des métaux lourds ou des radioéléments dans des barrières argileuses. L'étude des propriétés redox du Festr demeure toutefois un challenge scientifique. La structure cristallographique des argiles conditionne les propriétés redox du Festr, mais les transformations redox du Festr ont également en retour un impact sur cette structure. Les propriétés structurales de l'argile et la manière dont elles évoluent au cours des processus redox sont ainsi influencées par l'histoire redox de l'argile, c'est-à-dire l'étendue et le nombre de cycles redox qu'elle a pu subir. Etant donnés le nombre et la complexité des mécanismes mis en jeu, et étant donné la variété des structures argileuses, les travaux de cette thèse se sont focalisés sur le groupe particulier des smectites dioctaédriques, plus précisément sur les membres ferrugineux que sont les nontronites, et sur l'impact de la réduction de leur Festr sur leurs propriétés structurales. Le mécanisme de réduction étudié est lui-même restreint à la réduction par de puissants agents réducteurs chimiques de type dithionite. En parallèle à un travail de revue critique de l'abondante littérature disponible sur cet aspect spécifique, des travaux expérimentaux ont été conduits et plusieurs approches théoriques ont été discutées et développées pour conduire à un modèle structural des propriétés redox du Festr et de leur relations avec la structure smectitique. De nouvelles mesures de charge négatives du feuillet argileux en fonction du niveau de réduction, réalisées au cours de cette thèse, indiquent clairement que, contrairement au comportement précédemment supposé, la charge structurale du feuillet n'augmente pas de façon monotone avec la réduction du Festr , mais est marquée par une chute significative à partir d'un niveau de réduction donné. Le domaine de réduction d'une nontronite est ainsi divisé en deux domaines : le premier est marqué par une augmentation de la charge négative et des changements structuraux réversibles ; le second est caractérisé par une chute de la charge négative et des transformations structurales moins ou non réversibles. Les efforts de modélisation réalisés durant cette thèse se sont restreints à la première phase de réduction, c'est-à-dire la phase réversible. Un premier modèle empirique permet de modéliser l'évolution de la CEC de nontronites à partir de leur formule structurale (qui donne la composition et la charge) et d'un paramètre empirique qui est commun à une série de nontronites pour lesquelles des données sont disponibles. Dans un second temps, un algorithme mimant la progression de la réduction du fer structural a été mis au point, permettant de lier l'évolution de la charge négative d'un type particulier de nontronites (pauvre en fer tétraédrique) à ce paramètre empirique, au mécanisme de réduction lui-même, ainsi qu'aux propriétés structurales de l'échantillon et à la manière dont ces propriétés évoluent au cours de la réduction. L'ensemble de ces informations a ensuite été traduit dans un modèle thermodynamique de réduction des argiles, permettant d'identifier les données nécessaires (disponibles et à acquérir) à l'établissement d'un modèle contraint par les informations structurales.

La concentration microbienne des nuages collectés depuis le sommet du puy de Dôme se situe, en bruit de fond, autour de 5x10puissance 4 cell.mL-1 pour les bactéries, et 5x10puissance3 cell.mL-1 pour les champignons. La plus grande partie d'entres elles est viable, comme le montrent les mesures de concentration en ATP. Les souches isolées présentent des propriétés physiologiques d'intérêt pour la survie dans le nuage (pigments, capacité de se développer à basse température). Ils sont capables de dégrader, même à basse température, des composés organiques présents en quantité importante dans l'eau des nuages , comme le formiate, l'acétate, le lactate, le succinate, le méthanol et le formaldéhyde. Enfin, plusieurs souches ont une capacité élevée à agir comme noyau glaçogène. Cette étude suggère que les microorganismes pourraient être impliqués dans les processus chimiques et physiques qui se déroulent dans les nuages, et leur importance est à ce titre, à reconsidérer de façon globale.

This research exploits a combination of field, paleomagnetic and rock-magnetic techniques to correlate locate the source and investigate several ignimbrites from two selected regions of Turkey, belonging to two large silicic ignimbrite systems : the well-investigated Cappadocia region (central Anatolia) and the poorly studied Afyon-Eskişehir region (western Anatolia). Investigation of the Upper Miocene Kızılkaya ignimbrite (Cappadocia region) consisted in a stratigraphic rock-magnetic study of the ignimbrite unit, which is considered to be a single flow and cooling unit. Remanent magnetization, magnetic fabric (AMS, AIRM and AARM) and magnetic mineralogy investigations were performed at 35 sites in 7 areal distributed localities at different distance from the vent position inferred by Le Pennec et al. (1998) and different stratigraphic heights, for a total of 444 specimens. Magnetic remanences are not vertically homogenous through the deposits. Two cases are distinguished: (1) a stable TRM, whose direction is consistent with previous literature data (Piper et al., 2002) and (2) two magnetization components with overlapping blocking temperature and coercivity spectra. These situations have been referred respectively to the occurrence of only primary Ti-magnetite, and primary Timagnetite plus secondary magnetic phases (alterated Timagnetite and/or hematite). The AMS fabric varies vertically throughout the deposit; based on the angle between the direction of the magnetic lineation K1 and that of the foliation plunge K3, three types of fabric are evidenced: normal, oblique and transverse. After have attested a primary origin of the magnetic fabric, the AMS was firstly enhanced by discarding all specimens whose density values differ more than +/- 1σ from the site mean value. This resulted in the elimination of the oblique fabrics, which are interpreted as an orientation disturbance due to local occurrence of pumices and lithic clasts in the specimens. Measurement of the AIRM and AARM pointed out that MD Timagnetite is the main carrier of the fabric, which suggests that the magnetic fabric is a reliable proxy for flow directions. Investigation of the Early-Upper Miocene ignimbrite succession exposed in the region of Afyon- Eskişehir consisted in a stratigraphic-sedimentologic and rock-magnetic study of the ignimbrite deposits over a ≈14,300 km2 extended area, in order to locate the source by combining field data and magnetic fabric flow directions. Measurement of the stratigraphic sections, performed at 76 distributed localities, led to ignimbrite correlations and production of isopach and isopleth maps. The ignimbrite succession consists of at least three distinct eruptions that originated the Incik, Sabuncu and Seydiler ignimbrites, different for age, areal distribution, structure and textural features of the deposits. Magnetic investigation consisted in magnetic mineralogy and magnetic fabric analyses (AMS and AIRM), was performed at 22 distributed localities for a total of 36 sites at different stratigraphic heights and 600 specimens. Both field data and magnetic fabric results concur for two source areas. The source area of the Incik and Sabuncu ignimbrites is identified with the Kırka caldera, a ≈20 x 20 km extended area where the presence of a resurgent dome has been detected; source area of the Seydiler ignimbrite is identified in the proximity of the village of Bayat. Volume calculations based on field data pointed out a VEI index of 7 for the Incik and Seydiler ignimbrite, 6 for Sabuncu ignimbrite, evidencing Plinian eruptions; the correspondent magnitude M (Pyle, 2000) is greater than 7 for each ignimbrite.