Les observations détaillés indiquent que la chaîne de Xuefengshan peut être divisé en deux parties, la zone Ouest, caractérisée par des plis-coffrés, et la zone Est à déformation ductile polyphasée. Elles sont séparées par le chevauchement principal vers l'Ouest. Dans la zone Est, les structures dominantes sont des plis à vergence NW associés à des schistosités pénétratives de plan axial et des linéations NW-SE. De l'ouest vers l'est, la schistosité montre un style en éventail. Les roches du socle affleurent seulement autour des plutons triasiques. Les roches de la chaîne de Xuefengshan sont généralement déformées ductilement mais faiblement métamorphisées, toutefois, sous la croûte supérieure, on met en évidence un décollement ductile et synmétamorphe qui accommode les différences de déformation entre les roches sédimentaires et le socle. L'architecture de la chaîne du Xuefengshan résulte de la déformation polyphasée: la première phase (D1) est caractérisée par un cisaillement ver le nord-ouest. Le deuxième phase (D2) correspond au rétro-plissement vers le SE. La dernière phase (D3) est un événement de raccourcissement NW-SE avec des plis doits et schistosités verticales. En combinant ces nouveaux résultats structuraux avec les données géochronologiques, la chaîne de Xuefengshan est interprété comme un orogène intracontinental formé au Trias moyen. Cette chaîne résulte du sous-charriage continental d'une partie du bloc de Chine du Sud, en réponse à l'effet lointain de la subduction de la plaque de Paleo-Pacifique vers le nord-ouest.

La région de l'archipel canadien, située en Arctique, connaît actuellement d'importants changements climatiques, se traduisant notamment par une augmentation des températures, une réduction de l'étendue de la banquise marine et du couvert nival terrestre ou encore une perte de masse significative des calottes glaciaires disséminées sur les îles de l'archipel. Parmi ces calottes glaciaires, la calotte Barnes, située en Terre de Baffin, ne fait pas exception comme le montrent les observations satellitaires qui témoignent d'une importante perte de masse ainsi que d'une régression de ses marges, sur les dernières décennies. Bien que les calottes glaciaires de l'archipel canadien ne représentent que quelques dizaines de centimètres d'élévation potentielle du niveau des mers, leur perte de masse est une composante non négligeable de l'augmentation actuelle du niveau des mers. Les projections climatiques laissent à penser que cette contribution pourrait rester significative dans les décennies à venir. Cependant, afin d'estimer les évolutions futures de ces calottes glaciaires et leur impact sur le climat ou le niveau des mers, ils est nécessaire de caractériser les processus physiques tels que les modifications du bilan de masse de surface. Cette connaissance est actuellement très limitée du fait notamment du sous-échantillonnage des régions arctiques en terme de stations météorologiques permanentes. Une autre particularité de certaines calottes de l'archipel canadien, et de la calotte Barnes en particulier, est de présenter un processus d'accumulation de type glace surimposée, ce phénomène étant à prendre en compte dans l'étude des processus de surface. Pour palier au manque de données, l'approche retenue a été d'utiliser des données de télédétection, qui offrent l'avantage d'une couverture spatiale globale ainsi qu'une bonne répétitivité temporelle. En particulier les données acquises dans le domaine des micro-ondes passives est d'un grand intérêt pour l'étude de surfaces enneigées. En complément de ces données, la modélisation du manteau neigeux, tant d'un point de vue des processus physiques que de l'émission électromagnétique permet d'avoir accès à une compréhension fine des processus de surface tels que l'accumulation de la neige, la fonte, les transferts d'énergie et de matière à la surface, etc. Ces différents termes sont regroupés sous la notion de bilan de masse de surface. L'ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a donc consisté à développer des outils permettant d'améliorer la connaissance des processus de surface des calottes glaciaires du type de celles que l'on rencontre dans l'archipel canadien, l'ensemble du développement méthodologique ayant été réalisé sur la calotte Barnes à l'aide du schéma de surface SURFEX-CROCUS pour la modélisation physique et du modèle DMRT-ML pour la partie électromagnétique. Les résultats ont tout d'abord permis de mettre en évidence une augmentation significative de la durée de fonte de surface sur la calotte Barnes (augmentation de plus de 30% sur la période 1979-2010), mais aussi sur la calotte Penny, elle aussi située en Terre de Baffin et qui présente la même tendance (augmentation de l'ordre de 50% sur la même période). Ensuite, l'application d'une chaîne de modélisation physique contrainte par diverses données de télédétection a permis de modéliser de manière réaliste le bilan de masse de surface de la dernière décennie, qui est de +6,8 cm/an en moyenne sur la zone sommitale de la calotte, qui est une zone d'accumulation. Enfin, des tests de sensibilité climatique sur ce bilan de masse ont permis de mettre en évidence un seuil à partir duquel cette calotte voit disparaître sa zone d'accumulation. Les modélisations effectuées suggèrent que ce seuil a de fortes chances d'être atteint très prochainement, pour une augmentation de température moyenne inférieure à 1°C, ce qui aurait pour conséquence une accélération de la perte de masse de la calotte.

When probing the inner structures of unresolved astrophysical sources, spectropolarimetry has proven to be a solid tool, both independent and complementary to spectral and timing analyses. In this thesis, I theoretically explore the polarization of Active Galactic Nuclei (AGN), which are powered by accretion onto supermassive black holes and often reveal significant mass outflows. Their emission is strongly anisotropic and the standard model of AGN postulates that the anisotropy is caused by a confinement of the radiation in the funnel of an obscuring body of circumnuclear dust; the radiation is thus forced to escape along the funnel where it photo-ionizes conically shaped outflows. The asymmetrical configuration explains an observational dichotomy where AGN properties are characterized according to the observer's line-of-sight. However, AGN observations differ significantly from one waveband to another and the broadband validity of the unified model has to be tested by a method that gives strong constraints on the AGN morphology. In this thesis, I subsequently investigate how morphological and composition constraints on the different substructures in thermal, radio-quiet Active Galactic Nuclei can be deduced from optical, UV and X-ray polarization properties.

L'objectif de cette thèse est d'arriver à mieux contraindre les paramètres qui contrôlent les processus d'altération à l'échelle d'un petit bassin versant, en se focalisant plus précisément sur le rôle de l'hydrologie. Pour ce faire, les variations temporelles et spatiales des signatures chimiques et isotopiques (U, Sr) des eaux du bassin versant du Ringelbach (Vosges, France) sont étudiées. Plusieurs sources de ce bassin versant, essentiellement composé d'un granite plus ou moins fracturé, ont été échantillonnées mensuellement sur une période de deux ans, le long d'un profil altitudinal. Ce bassin versant présente également l'avantage d'être équipé de trois forages profonds (allant jusqu'à 150 mètres de profondeur) qui ont permis de prélever à la fois les roches et les eaux profondes. Sur la base de l'interprétation géochimique des eaux, la connectivité des différents compartiments hydrologiques a été évaluée et un schéma de fonctionnement hydrogéochimique est proposé s'appuyant sur une bonne connaissance du contexte géologique. Enfin, un taux d'altération et un flux d'eau sont estimés à partir d'une modélisation de l'évolution du rapport isotopique de l'uranium (234U/238U) le long d'un trajet d'eau. L'originalité de cette étude est également de coupler cette approche de traçage géochimique avec une approche modélisatrice en utilisant le logiciel KIRMAT (Kinetic Reactions and Mass transport) qui intègre les équations des réactions géochimiques (dissolution/précipitation) et les équations de transport (1D). Il est ainsi possible de simuler le transport réactif d'une eau traversant la roche le long d'un certain trajet d'eau. Cette modélisation s'appuie sur la caractérisation minéralogique, des propriétés physiques des échantillons de roches prélevés le long des forages et sur les interprétations géochimiques des eaux. Ainsi, la modélisation de la composition chimique des eaux de sources et des eaux de forages a permis d'affiner la compréhension des processus d'altération, notamment le rôle des phases secondaires précipitées. Celle-ci permet également une meilleure compréhension des phénomènes de couplage entre les différents paramètres qui contrôlent la signature chimique des eaux à l'échelle du bassin versant.

Understanding pesticide transport is crucial to evaluate their ecological impact on ecosystems. Current knowledge on the spatial variability of pesticide deposition, the impact of erosion on pesticides export and the in situ pesticide degradation is very limited at the catchment scale. In this thesis, characterisation and modeling at two scales, the plot and catchment, were combined in two agricultural contexts. A formalism was developed to predict pesticide transport in runoff and was integrated in LISEM (LImbourg Soil Erosion Model). The results show that impermeable roads contributed to more than 40% to the overall load of fungicides exported via runoff from the vineyard. Pesticide partitioning between suspended solids and runoff water differed largely according to the molecules and the hydrological dynamics. The occurrence of degradation products and the enrichment of one enantiomer were observed suggesting the potential of chiral analyses for assessing biodegradation of chiral pesticides at such scale. Overall, the investigation demonstrated that combining different approaches enable a better understanding of pesticide transport.

Through the work on X-ray and gamma-ray data of AGN I contributed significantly to the progress in the unification of AGN since I finished my PhD in 2000. <p> The study of the evolutionary behaviour of X-ray selected blazars (Beckmann & Wolter 2001; Beckmann et al. 2002, 2003b; Beckmann 2003) shows that their evolution is not as strongly negative as indicated by previous studies. The overall luminosity function is consistent with no evolution in the 0.1−2.4 keV band as seen by ROSAT/PSPC. There is still a difference compared to the luminosity function of FSRQ and LBL, which seem to show a positive evolution, indicating that they have been more luminous and/or numerous at cosmological distances. We indicated a scenario in order to explain this discrepancy, in which the high luminous FSRQ develop into the fainter LBL and finally into the BL Lac objects with high frequency peaks in their spectral energy distribution but overall low bolometric luminosity. <p> Studying the variability pattern of hard X-ray selected Seyfert galaxies, we actually found differences between type 1 and type 2 objects, in the sense that type 2 seemed to be more variable (Beckmann et al. 2007a). This breaking of the unified model is caused by the different average luminosity of the absorbed and unabsorbed sources, as discussed in Sect. 4.7.3. This can be explained by a larger inner disk radius when the AGN core is most active (the so-called receding disc model). <p> The work on the sample characteristics of hard X-ray detected AGN also led to the proof that the average intrinsic spectra of type 1 and type 2 objects are the same when reflection processes are taken into account (Beckmann et al. 2009d). This also explains why in the past Seyfert 2 objects were seen to have harder X-ray spectra than Seyfert 1, as the stronger reflection hump in the type 2 objects makes the spectra appear to be flatter, although the underlying continuum is the same. <p> Further strong evidence for the unification scheme comes from the observation of a fundamental plane which connects type 1 and type 2 objects smoothly (Beckmann et al. 2009d). In addition, in the case of the Seyfert 1.9 galaxy MCG-05-23-016 I showed that the spectral energy distribution of this source and its accretion rate is similar to that of a Galactic binary (Beckmann et al. 2008a). <p> Throughout the studies I have shown that the intrinsic spectral shape appears to be very stable on weeks to year time scale (Beckmann et al. 2004d, 2005b, 2007b, 2008a). This implies that the overall geometry of the AGN over these time scales did not change dramatically. The variations in intensity can then be explained in two ways: either the amount of material emitting the hard X-rays varies, or the amount of plasma visible to the observer varied, e.g. through different orientation of the disk with respect to the observer. In an upcoming paper we will show though, that NGC 4151 indeed also shows different spectral states, similar to the low-hard versus high-soft spectra in Galactic black hole binaries (Lubinski et al. 2010). A similar result seems to emerge from our INTEGRAL studies on NGC 2110 (Beckmann & Do Cao 2011). For INTEGRAL's AO-8 I have submitted a proposal in order to study spectral states in the Seyfert 2 galaxy NGC 2992, which seems to show a state change over the past 5 years as seen in Swift/BAT longterm monitoring. <p> The work on the luminosity function of AGN at hardest X-rays (Beckmann et al. 2006d) had a large impact on our understanding of the cosmic X-ray background. As this was the first study of its kind, it showed for the first time that indeed the fraction of highly obscured Compton thick AGN is much lower than expected before the launch of INTEGRAL and Swift. The X-ray luminosity function we revealed is indeed not consistent with the source population seen by INTEGRAL (Beckmann et al. 2006a, 2009d; Sazonov et al. 2007) and Swift (Tueller et al. 2008) being the only contributors to the cosmic hard X-ray background. Thus other sources outside the parameter space observable by these missions have to contribute significantly to the cosmic X-ray background. Our work on the luminosity function triggered several other studies on this issue. The subsequent derived luminosity functions by other groups (Sazonov et al. 2007; Tueller et al. 2008; Paltani et al. 2008) are consistent with our findings. <p> This also gave rise to an increased interest in the exact shape of the Cosmic X-ray background around its peak at 30 keV, triggering several attempts to a new measurement. Background studies were presented based on a Earth-occultation observation by INTEGRAL (Churazov et al. 2007, 2008; Türler et al. 2010) and by Swift (Ajello et al. 2008). <p> The understanding of the emission processes in AGN requires knowledge over a wide range of the spectral energy distribution (SED). In studies using CGRO/EGRET and Fermi/LAT data I derived the SED for blazars and non-blazars towards the gamma-ray range (Beckmann 2003; Beckmann et al. 2004b, 2010b). The work on the LAT data not only presented the gamma-ray detection of five gamma-ray blazars (QSO B0836+710, RX J1111.5+3452, H 1426+428, RX J1924.8-2914, and PKS 2149-306) for the first time, but also showed the potential in the combination of INTEGRAL and Fermi data. In the case of Cen A I derived the total energy output of the inverse Compton component based on the combined LAT, ISGRI, and JEM-X data, showing evidence for a spectral break at several hundred keV (Beckmann et al. 2010b). <br> In addition I successfully showed that gamma-ray blazars can be predicted through the study of their synchrotron branch at energies below 2 keV (Beckmann 2003 and this work). <p> Contributions of mine to research in fields other than AGN include the study of INTEGRAL detected gamma-ray bursts (e.g. Beckmann et al. 2003a, 2004a, 2008b, 2009a). Here and in collaboration with other colleagues I showed the potential of INTEGRAL data on GRB research. In the field of Galactic X-ray binaries I published one of the first Swift results on a newly discovered highly absorbed HMXB, IGR J16283-4838 (Beckmann et al. 2005a, 2006b). I also contributed significantly to analysis of many other Galactic sources, as shown in Section 4.6.1.

The Cenozoic evolution of the Pyrenean-Cantabrian mountain belt was driven by both internal andexternal processes, such as tectonics, erosion and deposition. This alpine belt is made up by thePyrenees and the Cantabrian Mountains, and is characterized by significant lateral variations intotal shortening, structural styles and topography. This thesis aims to better constrain the controlson exhumation and topography development during syn- to post-orogenic times, from the Eoceneto the Pliocene, by focusing on two characteristic parts of the belt: the Southern Central Pyreneesand the Central Cantabrian Mountains. To this purpose, a multi-disciplinary approach isdeveloped, combining low-temperature thermochronology with different numerical modelingtools. To better understand lateral variations in exhumation of the belt, a new low-temperaturethermochronology dataset is presented for the Cantabrian domain. The first part of this thesispresents new apatite fission-track data and (U-Th)/He analysis on zircons, constraining the timingand amount of exhumation along the central Cantabrian cross-section. In particular, the Eocene toOligocene ages obtained from the different thermochronometers allow us to infer a more importantamount of burial and, consequently, a thicker Mesozoic sedimentary section than previouslyconsidered, thereby also refining the structural style of the section at the upper crustal scale.The extensive thermochronological dataset existing in the central Pyrenees is then used toreconstruct the late-stage evolution of the South Central Axial Zone by thermo-kinematic inversemodeling. The model predicts rapid exhumation of the area during late Eocene (late syn-orogenic)times, followed by a post-orogenic evolution that is strongly controlled by base-level changes. Asa consequence of the establishment of endorheic conditions in the adjacent Ebro foreland basin,together with the strong erosion of the Axial Zone, the southern foreland area was infilled by animportant amount of erosional deposits in late Eocene to early Oligocene times. The models allowus to constrain the level of infilling at ~2.6 km and to date the excavation of these sediments at~10 Ma, following opening of the Ebro basin toward the Mediterranean Sea. The thickness ofsediments draping the foreland fold-and thrust belt was verified using fission-track analysis and(U-Th)/He measurements on apatites from foreland sediments. Thermal modeling of the dataprovides an estimate of 2 to 3 km of sediments on top of the foreland and confirms its incision inLate Miocene times. The effect of syn-orogenic deposition on the building and late evolution ofthe southern Pyrenean fold-and-thrust belt has been modeled in the last chapter of this thesis usinga 2D thermo-mechanical numerical modeling approach. The models highlight the potential effectof syn-tectonic sedimentation on thrust kinematics at several stages of wedge building. Ourmodeling also shows that the addition of an Oligocene sediment blanket perturbs the thrustingsequence by stabilizing the central part of the external wedge and enhancing both frontal andinternal accretion; a pattern that reproduces the observed deformation in the Southern CentralPyrenees.

La Mousson Indienne d'été (ISM) et l'Oscillation Australe El Niño (ENSO) sont parmi les phénomènes climatiques les plus énergétiques et importants de la planète. Bien qu'ils soient localisés dans la région tropicale Indo-Pacifique, ces deux phénomènes peuvent avoir des répercussions climatiques à l'échelle globale via les téléconnections atmosphériques. Cette thèse vise à améliorer notre compréhension et la prévisibilité interannuelle d'ENSO et de l'ISM, en analysant leurs téléconnections grandes échelles, et en déterminant le rôle, dans cette prévisibilité, des modes majeurs de variabilité interannuelle observés dans les régions tropicales et extratropicales de l'Indo-Pacifique. A partir de diagnostiques statistiques d'observations sur les périodes 1950-1976 et 1979 2007, et d'expériences de sensibilité réalisées à l'aide du modèle couplé SINTEX F, nous montrons l'importance des latitudes tempérées dans la prévisibilité du système ENSO-mousson. Des précurseurs robustes des évènements ENSO et ISM sont identifiés dans les régions du Pacific Nord et de l'Océan Indien Sud pendant l'hiver boréal précédent, apportant ainsi de la prévisibilité plus tôt que leurs traditionnels précurseurs tropicaux. De plus, cette prévisibilité de la mousson d'été est accrue pour les pluies en fin de saison (Août- Septembre). Cette deuxième partie de la saison de mousson se caractérise également par l'émergence de processus couplés océan-atmosphère dans l'Océan Indien, pouvant contrecarrer l'effet d'ENSO sur la mousson. Une amplification de ces rétroactions locales pourrait expliquer l'affaiblissement de la relation ENSO-mousson observé lors des dernières décennies.

Cette étude a pour but de documenter le climat à deux périodes clés de l'Holocène à partir d'archives biocarbonatées. Le potentiel du bénitier Tridacna maxima (géochimie et croissance) comme archive paléoclimatique a été montré. Des spécimens fossiles de cette espèce ont ensuite été utilisés pour documenter la variabilité climatique du Pacifique Sud-Ouest durant la transition Holocène inférieur-Holocène moyen (7.0-6.0 ka BP) et lors de la migration Lapita en Océanie Lointaine (3.5-2.5 ka BP) en complément d'enregistrements issus d'autres bénitiers et d'un corail massif Porites sp. Des enregistrements Sr/Ca de Porites sp. ont aussi été utilisés comme paléothermomètre. A 7.0-6.0 ka BP, la phase de réchauffement postglaciaire était terminée et la marge sud-est de la Warm Pool était dans sa position actuelle. L'influence saisonnière de la SPCZ était plus faible qu'actuellement dans le Pacifique S.O., montrant que la SPCZ était située au nord de sa position actuelle. La variabilité El Niño Southern Oscillation (ENSO) était réduite de 20-30% par rapport à la variabilité actuelle. La période coincidant avec l'émergence de la culture Lapita, 3.6-3.4 ka BP, est caractérisée par un état moyen de type La Niña sur le Pacifique S.O avec une forte variabilité ENSO. Le climat a donc pu agir comme déclencheur et/ou favoriser la migration Lapita à 3.2-2.7 ka BP. En effet, des conditions climatiques instables peuvent favoriser le développement et l'expansion de populations nomades dépendantes des ressources marines, comme l'était la population Lapita.

Les glissements de terrain argileux affectent de nombreux versants à travers le monde et menacent régulièrement les activités humaines dans les zones urbanisées montagneuses. Ces glissements sont caractérisés par des cinématiques souvent lentes mais ils peuvent brutalement se liquéfier et accélérer de manière imprévisible. Cette transition solide-liquide a été étudiée sur les argiles de la région du Trièves (Alpes Françaises) à l'aide d'études rhéologiques. Elles ont montré le caractère de fluide à seuil thixotrope avec une bifurcation de viscosité importante lors de la fluidification pouvant expliquer le caractère catastrophique de l'accélération observée sur le terrain. Cette perte de rigidité du matériau peut être observée par une chute de la vitesse des ondes de cisaillement (Vs). Des études réalisées en parallèle à la fois sur un modèle analogique de plan incliné et sur le terrain (glissement de Pont-Bourquin, Suisse) ont permis d'observer une chute de Vs précédent à cette fluidification montrant ainsi que Vs pourrait être un bon proxy pour la surveillance des instabilités de terrain argileux.