Les nitrates, largement dérivés des activités anthropiques posent un réel problème pour la santé et l'environnement lorsqu'ils se retrouvent dans le milieu naturel, en particulier lorsque la ressource est destinée à la production d'eau potable. Déterminer l'origine de ces nitrates est alors une première étape indispensable pour assurer ensuite une meilleure gestion de ces ressources en eau. C'est dans ce but, qu'une approche multi-traceurs originale a été développée sur la source karstique du Marseillon, située dans le Sud-Ouest de la France et exploitée pour l'eau potable. Une stratégie d'échantillonnage a été menée entre octobre 2010 et janvier 2013 à différentes échelles spatiales (du régional à l'étude du forage) et temporelles (du suivi mensuel au suivi horaire). Les outils hydrodynamiques et géochimiques ont mis en évidence une contribution importante d'une eau pauvre en nitrate à l'alimentation de la source. Les outils isotopiques (?15N-NO3, ?18O-NO3 et ?11B) et microbiologiques ont permis d'identifier une connexion hydraulique entre les eaux de surface et la source du Marseillon, favorisée pendant les épisodes de crues de surface. Les outils de datation ont permis d'estimer une contribution d'environ 80% d'une eau de 1980 et de 20 % d'une eau rechargée au cours de l'année de la mesure (2011) caractérisée par des nitrates d'origine organique et des contaminations fécales humaines et animales. Les résultats obtenus ainsi que la démarche développée dans cette thèse ont permis de dresser les grandes lignes d'un guide méthodologique, accessible aux plus grand nombre d'acteurs de l'eau, pour la détermination de l'origine des nitrates dans les eaux souterraines.

La compétition par interférence et ses effets sur la dynamique des populations suscitent un intérêt croissant. La température a aussi un fort effet sur la physiologie et les comportements individuels ainsi que sur les dynamiques des populations. Face au changement climatique, comprendre les interactions compétition-température-dynamique des populations est un enjeu majeur en biologie des populations. Les interactions entre individus sont liées à leur taille corporelle. La structure en taille de populations de deux clones du collembole Folsomia candida a été suivie pendant 2 à 4 ans à 4 températures. L'analyse des séries temporelles de leur structure à 21°C a révélé une dépendance de la dynamique aux conditions individuelles d¿accès à la ressource, liées aux plus grands individus. Nous avons modifié la structure de populations à 21°C et observé leur retour à l'équilibre, puis observé le comportement d'accès à la ressource. Cela a démontré le rôle des grands adultes dans la régulation des populations, en interférant avec les plus petits pour l'accès aux ressources. Grâce à un modèle de populations structurées intégrant l'interférence, nous avons montré que son intensité croissante cause : l'amortissement des cycles de générations, la survie de grands individus, des cycles induits par l'interférence. Nous avons enfin comparé les normes de réactions à la température sur des individus isolés et dans des populations afin de comprendre les interactions compétition-température dans la régulation des populations. Plusieurs niveaux de complexité permettent de comprendre l'effet des changements environnementaux sur les populations.

La Méditerranée se situe dans une zone de convergence lente entre les plaques Eurasienne et Africaine (~5 mm/an), où des restes d'anciens bassins Téthysiens sont progressivement consommés par le retrait rapide de zones de subductions (~20-30 mm/an sur la zone de subduction Hellénique). En Méditerranée Orientale, une transition collision-subduction se produit dans l'Ouest de la Grèce (collision de la Plateforme Apulienne au nord et subduction Hellénique au sud), pratiquement à l'extrémité du Golfe de Corinthe et dans une région de propagation potentielle de la faille Nord Anatolienne. Afin d'étudier la cinématique actuelle de l'Ouest de la Grèce, nous adoptons une approche multi-échelle de la déformation:(1) Une modélisation grande échelle du champ de vitesses crustale horizontales mesuré par géodésie est effectuée afin de contraindre la cinématique au voisinage de l'Ouest de la Grèce, à la fois à terre et en mer. Un résultat majeur est qu'une zone d'extension distribuée N-S s'étendant de la Bulgarie à l'Est du Golfe de Corinthe a pour conséquence de désactiver la terminaison Ouest de la faille Nord Anatolienne dans le nord de la Mer Egée. Cette extension d'échelle régionale pourrait être causée par le retrait du slab Hellénique. (2) Une étude tectonique active permet d'établir une cartographie précise des failles actives de la région, leur chronologie relative et une estimation de leur vitesse de déplacement. Le demi-graben actif du Golfe Amvrakikos et la faille active N155° de Katouna-Stamna, qui constituent les frontières Nord et Est d'un bloc Iles Ioniennes-Akarnanie (IAB), sont caractérisés par des vitesses géologiques d'au moins ~ 4 mm/an et des vitesses mesurées par GPS de l'ordre de ~10 mm/an. Ce bloc IAB est limité à l'Ouest par la faille transformante de Céphalonie et semble se comporter de manière rigide.(3) Une fois les frontières du bloc IAB connues, nous montrons que le champ de vitesse GPS mesuré dans la région peut être entièrement expliqué par des effets transitoires de blocage élastique associés aux failles bordières de ce bloc. Le couplage sur l'interface de subduction n'a pas d'expression en surface, ce qui suggère qu'il doit être faible. Enfin, nous justifions l'existence d'un point triple de type Rift-Faille-Faille à la terminaison Ouest du Golfe du Corinthe.

It is the study of banded iron formations (BIFs) that provides understanding into the conditions of the Earth's oceans and atmosphere during the Archean and Early Proterozoic. The aim of this thesis is to provide a detailed mineralogical and geochemical understand of BIFs from two separate localities separated by the Archean Proterozoic boundary. Close attention is paid to their carbonate and iron oxide mineralogy.The BIFs of the 2.7 Ga Manjeri Formation, Zimbabwe and 2.4 Ga Itabira Group, Brazil were both precipitated from oxygenated mixed marine-hydrothermal fluids. This is demonstrated by the presence of nano-hematite inclusions in the chert (Itabira and Manjeri) and dolomite (Itabira only) laminae, which is interpreted as the oldest mineral phase within the samples. Additionally, focused ion beam transmission electron microscopy (FIB-TEM) reveals the presence of nano ferrihydrite platelets within the dolomitic BIFs (carbonate itabirite). The dolomite is interpreted to be a primary phase precipitated at higher temperatures (~100°C) from CO2-rich hydrothermal fluids. Positive Eu anomalies in both formations indicate a hydrothermal component, likely to be the source of the reduced iron. Facies changes in both units are the result of transgression/regression and post depositional hydrothermal events mask primary conditions. Iron-rich carbonates in both facies have different origins; diagenetic (Itabira) and post depositional hydrothermal (Manjeri). However, the iron-rich carbonates of both formations have negative ∂13C values, indicating that at least part of the carbon in the carbonates is of organic origin. Curie Balance analyses into the carbonate itabirite reveals that maghemite is the transformation product of the ferrihydrite when dolomite decomposes at ~790°C. The maghemite has a Curie temperature between 320 and 350°C and is stable up to temperatures of 925°C.FIB-TEM investigations into the martitisation process revealed two possible mechanisms from two martite samples, from Brazil and India. Depending of the cause of the martitisation, here found to be deformation and hydrothermalism, the martitisation occurs respectively via either: 1. Ordering of point defects caused by vacancies in the spinel structure of maghemite, due to the removal of excess Fe3+ ions during the oxidation of magnetite, to form twins. It is in this twinning that the martitisation mechanism occurs.2. Grain boundary migration by hematite at the expense of magnetite is due to the presence of fluid along the crystal interfaces, where maghemite forms due to excess Fe3+ produced during martitisation of the magnetite, moving towards the surface of the magnetite crystals.

Dans le contexte du réchauffement climatique, les enregistrements paléoclimatiques à différentes échelles temporelles et spatiales apparaissent essentiels pour comprendre les mécanismes du climat. La Patagonie Chilienne (41°S à 56°S) parcourue du Nord au Sud par les Andes représente une contrainte topographique majeure sur les circulations atmosphériques et océaniques. Cette région est la seule qui intercepte la totalité de la ceinture des vents d'ouest austraux et constitue donc une zone clé pour étudier les changements paléoenvironnementaux et comprendre les mécanismes océan-atmosphère et leurs interactions aux moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère sud. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont : (1) de tester l'analyse pollinique dans les sédiments marins de cette région, (2) d'étudier les modifications des paléoenvironnements continentaux au cours des 20 000 dernières années à partir de deux carottes océaniques de la campagne "PACHIDERME" (MD07-3088 et MD07-3104) et (3) de déterminer leurs liens avec l'activité des vents d'ouest et avec l'influence de ces vents dans l'hémisphère sud et donc sur le climat à l'échelle globale. Les analyses polliniques dans les sédiments marins de surface à l'intérieur et à l'extérieur des fjords de la Patagonie reflètent fidèlement la végétation actuelle développée sur le continent le plus proche, ce qui prouve la validité de la palynologie marine dans cette région. Au niveau de la péninsule de Taitao (46°S), l'expansion des forêts nord patagoniennes après 17.6 ka marque le début de la déglaciation. Cette dernière est interrompue par un évènement froid et humide, l'Antarctic Cold Reversal (ACR) qui s'exprime ici par le développement des tourbières de Magellan et est lié à l'intensification des vents d'ouest. Le développement de taxons héliophiles à ~11 ka illustre le début de l'Holocène sous des conditions plus chaudes et plus sèches qui sont également enregistrées autour du Fjord de Reloncavi (41°S). Ces conditions persistent jusqu'à ~8-7 ka, puis les changements de végétation aux cours de l'Holocène montrent une variabilité climatique plus importante évoluant vers un climat plus froid et plus humide qui se renforce au nord de la Patagonie après ~6-5 ka puis pendant l'Holocène supérieur. La comparaison de nos résultats avec les données paléoclimatiques de la région souligne les déplacements de la ceinture des vents d'ouest. Après une descente rapide vers le sud au début de la déglaciation, cette ceinture des vents d'ouest remonte vers le nord pendant l'ACR avant de redescendre à nouveau vers le sud à l'Holocène proche de sa position actuelle. Ce phénomène appuie l'hypothèse d'un lien entre les variations du CO2 atmosphérique et la ceinture des vents d'ouest jusqu'au début de l'Holocène. A partir de l'Holocène moyen et supérieur, la ceinture des vents d'ouest s'élargit avec un léger retour vers le nord probablement lié à la mise en place d'El Niño au niveau de l'océan Pacifique tropical.

L'objet de l'étude menée vise la récupération de micro-énergie renouvelable au moyen des matériaux piézoélectriques, pyroélectriques et thermoélectriques. Cette étude porte sur l'optimisation de trois aspects de la récupération de micro-énergie : (i) le couplage entre le générateur et l'environnement, (ii) l'efficacité de conversion d'énergie par le choix adéquat de matériaux et (iii) l'extraction de l'énergie électrique. Des études expérimentales et théoriques ont été menées en premier lieu dans des conditions de laboratoire pour une meilleure compréhension des phénomènes de récupération de micro-énergie, puis dans des conditions réelles pour vérifier les performances effectives des dispositifs réalisés. Concernant l'effet thermoélectrique, une nouvelle méthode de récupération de micro-énergie ambiante et solaire est présentée. Cette méthode utilise les générateurs thermoélectriques et les effets des chaleurs sensibles et latentes des matériaux à changement de phase pour produire des micro-énergies aussi bien de jour que de nuit. Une puissance maximale de 1Wm-2 avec un matériau thermoélectrique (Bi2Te3) a été obtenue. Concernant l'effet pyroélectrique, l'effet des variations des vitesses du vent au cours du temps est exploité. Une variation temporelle maximale de la température de 16°C/mn est disponible, ce qui a conduit à une puissance moyenne récupérée de 0.6mWm-2. Concernant l'effet piézo-électrique, une structure mécanique de type harmonica a été développée ainsi qu'une estimation des efforts d'interaction fluide-structure. Le prototype développé fonctionne à partir des vitesses du vent de 2ms-1 et génère une production d'énergie électrique de 8.9mWm-2. A titre d'illustration, une application typique a été présenté (refroidissement de panneau photovoltaïque). Elle montre une augmentation de la production d'électricité autour de 10%. L'application met en évidence l'utilisation des micro-énergies renouvelables au service de la production de macro-énergie.

Monitoring biophysical variables at a global scale over long time periods is vital to address the climatechange and food security challenges. Leaf Area Index (LAI) is a structure variable giving a measure of the canopysurface for radiation interception and canopy-atmosphere interactions. LAI is an important variable in manyecosystem models and it has been recognized as an Essential Climate Variable. This thesis aims to provide globaland continuous estimates of LAI from satellite observations in near-real time according to user requirements to beused for diagnostic and prognostic evaluations of vegetation state and functioning. There are already someavailable LAI products which show however some important discrepancies in terms of magnitude and somelimitations in terms of continuity and consistency. This thesis addresses these important issues. First, the nature ofthe LAI estimated from these satellite observations was investigated to address the existing differences in thedefinition of products. Then, different temporal smoothing and gap filling methods were analyzed to reduce noiseand discontinuities in the time series mainly due to cloud cover. Finally, different methods for near real timeestimation of LAI were evaluated. Such comparison assessment as a function of the level of noise and gaps werelacking for LAI.Results achieved within the first part of the thesis show that the effective LAI is more accurately retrievedfrom satellite data than the actual LAI due to leaf clumping in the canopies. Further, the study has demonstratedthat multi-view observations provide only marginal improvements on LAI retrieval. The study also found that foroptimal retrievals the size of the uncertainty envelope over a set of possible solutions to be approximately equal tothat in the reflectance measurements. The results achieved in the second part of the thesis found the method withlocally adaptive temporal window, depending on amount of available observations and Climatology as backgroundestimation to be more robust to noise and missing data for smoothing, gap-filling and near real time estimationswith satellite time series.

Les aquifères karstiques sont parmi les milieux souterrains les plus difficiles à caractériser. Ils sont connus pour avoir des réponses complexes aux événements pluvieux en raison de l'hétérogénéité de la porosité allant de la porosité matricielle (micro-porosité) à la porosité de conduits (macro-porosité). La porosité de conduits génère des vitesses de transfert élevées au sein de l'aquifère, à l'origine de la vulnérabilité des aquifères karstiques. L'objectif de cette thèse est de définir les modalités du transfert de l'eau et des solutés au sein d'un aquifère karstique du Dogger situé en Bourgogne. Deux approches complémentaires ont été utilisées: (i) l'analyse de chroniques piézométriques et débitmétriques à partir d'outils de traitement du signal et (ii) une caractérisation géochimique et isotopique des eaux souterraines basée sur l'utilisation d'une large palette de traceurs, notamment des traceurs de datation. Ces deux approches ont été appliquées à différentes échelles temporelles: un suivi haute fréquence (jusqu'à 1h) lors de pics de crue pour étudier les transferts rapides et un suivi à long terme (pluri-annuel) pour caractériser les transferts lents et étudier la variabilité saisonnière des modalités d'écoulement. Ce travail a permis de mettre en évidence une très large distribution des temps de résidence de l'eau souterraine, de quelques heures, lors d'événements de crue souligné par des temps de réponse pluie-niveau piézométrique faible (inférieurs à 70 h) à quelques années pour l'écoulement de base mis en évidence par l'utilisation de traceurs de datation (39Kr, CFC-12 et SF6). En réponse aux précipitations, différentes masses d'eau ont pu être décrites: (i) une eau à vitesse d'écoulement lente, qui correspond à l'écoulement de base mis en évidence par l'utilisation des traceurs de datation; (ii) une eau de recharge rapide dont le temps de résidence au sein de l'aquifère varie, selon les porosités empruntées, de quelques heures à quelques jours soulignés grâce au suivi en continu de la conductivité électrique, des éléments majeurs et du tritium; et (iii) des eaux stockées au sein de la zone non saturée, remobilisées lors de pics de crue mises en évidence par la variation des compositions géochimiques en tritium et Ca2+ des eaux souterraines lors de pics de crue. Malgré une forte hétérogénéité des processus d'écoulement, une logique spatiale des écoulements rapides apparaît. Le temps de réponse du niveau piézométrique à un événement pluvieux et le temps de résidence augmentent vers l'aval du dôme hydrogéologique. L'étude temporelle de la réponse impulsionnelle par la méthode du corrélogramme croisé coulissant montre que le temps de réponse varie de façon saisonnière, et est plus court en été. La variation du temps de réponse pour un forage entre été et hiver est significative et peut atteindre une centaine d'heures. Cette variabilité temporelle s'explique en partie par une variabilité de l'intensité des pluies (plus importantes en été) qui induit une variation des mécanismes d'écoulement au sein de l'épikarst. Lors d'événements de pluie intense, la saturation de l'épikarst est plus importante provocant des transferts latéraux en son sein et permettant de transférer les eaux vers les conduits les plus ouverts.

La circulation de matière et la signature sismique des zones de subduction sont fortement dépendantes despropriétés élastiques de deux grands types de minéraux hydratés : les serpentines (antigorite, lizardite etchrysotile) provenant de l'hydratation des minéraux du manteau et le glaucophane, minéral marqueur des schistesbleus et éclogites, faciès métamorphiques caractéristiques des zones de subduction. La détection de ces phasesest parfois difficile. Il est nécessaire de connaître leurs propriétés élastiques afin de mieux comprendre lesimages sismiques acquises. L'objectif de cette thèse est de mesurer et de calculer les propriétés élastiques deminéraux hydratés par la spectroscopie Brillouin (dans le cas de l'antigorite et du glaucophane) et par les calculsab initio (pour la lizardite). Caractériser au mieux ces propriétés permet de les relier à la sismicité dans les zonesde subduction et notamment aux zones de faibles vitesses détectées par diverses méthodes sismiques. Nosmesures ont été réalisées à l'ambiante pour l'antigorite et le glaucophane et à haute pression pour l'antigorite encellule à enclumes de diamants. Les mesures élastiques ont ensuite été couplées à des mesures d'orientationspréférentielles par Electron Back-Scattered Diffraction. Ceci a permis de quantifier l'anisotropie élevée(AVP=37% et AVS=50%) dans la roche totale ainsi que les vitesses sismiques faibles des ondes P et S. Nousavons pu ainsi relier le décalage des ondes S aux retards observés par sismique dans la zone de subduction deRyukyu (Japon). Les observations sismiques montrent que la serpentine est présente dans les zones où lasismicité est faible et apparaît non seulement comme un minéral essentiel des zones de subduction mais en pluscomme un "lubrifiant" permettant aux couches de glisser les unes sur les autres sans engendrer de séismes. Pourle glaucophane, les schistes bleus présentent une anisotropie plus élevée que les éclogites à glaucophane maisces roches sont toutefois difficiles à détecter avec la profondeur, du fait de leurs vitesses élevées comparables àcelles du manteau environnant. Nos calculs par méthode ab initio portent sur un analogue de l'antigorite, lalizardite pour laquelle nous avons établi les constantes élastiques à diverses pressions et en présence de fer ounon. Nous avons mis en évidence une anomalie élastique vers 5 GPa pour la lizardite et 7 GPa pour l'antigorite,que nous avons confirmée ensuite par des mesures de spectroscopies Brillouin et Raman à haute pression.

En Europe, les crues éclair affectent principalement les régions méditerranéennes et montagneuses. Les bassins concernés sont le plus souvent de petite taille. Anticiper ce type d'événements demeure un exercice ardu parsemé de multiples difficultés. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet commun à IRSTEA et Météo-France (projet RHYTMME) et ses deux objectifs sont :l'adaptation de modèle hydrologique de la méthode AIGA aux régions montagneuses, en tenant compte des caractéristiques de cet environnement ;l'évaluation du nouveau modèle sur des bassins de petite taille, qui sont réellement non-jaugés.Pour atteindre le premier objectif, le modèle est complexifié (prise en compte de la neige), testé sur 118 bassins versants jaugés et régionalisé. Quant au second but, des relevés de dégâts, issus de la base de données des services de Restauration des Terrains en Montagne (RTM), sont utilisés afin d'évaluer le modèle sur 123 très petits bassins dans des conditions aussi proches que possible de la réalité du terrain.Pour réaliser ce second objectif, une méthode d'évaluation est développée, fondée sur des statistiques de contingence, illustrant la concomitance entre dégâts observés et dépassement de seuil des débits simulés. Il est proposé un graphe renseignant le taux de détection (POD) et le taux de succès (SR) pour différents seuils simultanément à l'instar des courbes de ROC. Le principal résultat est qu'une évaluation sur bassins jaugés est une première étape nécessaire mais pas suffisante. En effet, les travaux illustrent le fait que les meilleurs modèles sur les bassins jaugés ne le sont pas forcément sur les petits bassins non-jaugés, sujets aux crues éclair.