La tectonique intracontinentale de la chaîne hercynienne d'Europe est explorée en combinant géologie structurale, pétrologie métamorphique et géochronologie. Cette approche est appliquée à l'étude de différents niveaux de la croûte orogénique dans deux témoins hercyniens − le dôme d'Orlica-Śnieżnik (Sudètes) et les Vosges (NE France) − afin de reconstituer leur évolution paléozoïque. Au Dévonien, l'activité de zones de subduction peut localement aboutir à l'ouverture de bassins d'arrière-arc, mais génère essentiellement un épaississement crustal en domaine intracontinental. Dans les deux massifs, la croûte orogénique se forme alors par amalgamation de portions autochtones et allochtones. La collision dévono-carbonifère est ensuite responsable d'une évolution tectono-métamorphique polyphasée. Au début du Carbonifère inférieur, des transferts verticaux de matière s'opèrent grâce à un plissement d'échelle crustale et juxtaposent ainsi la croûte moyenne enfouie avec la croûte inférieure extrudée. Ce phénomène est remplacé par un aplatissement localisé conduisant à la formation d'une discontinuité intra-orogénique majeure au niveau de la croûte moyenne. Cette discontinuité va permettre un découplage total de la déformation entre croûte supérieure et croûte inférieure, et sa réactivation en régime extensif va favoriser l'exhumation de l'ensemble du système. A la fin du Carbonifère inférieur, l'exhumation est simultanément accommodée par un mécanisme d'amincissement ductile opérant en régime coaxial au coeur de l'orogène et par l'activité de systèmes de détachement fortement non-coaxiaux développés vers les bordures de la chaîne. Dans le cadre de l'orogenèse hercynienne, l'évolution des Sudètes paraît contrôlée par la fermeture du bassin saxothuringien situé au Nord. A l'inverse, le socle vosgien enregistre initialement l'influence des subductions quasi-orthogonales du bassin saxothuringien et de l'océan Paléotéthys avant de subir les effets de la fermeture du système rhénohercynien. Les processus reconnus dans ce travail suggèrent finalement que le caractère de la tectonique intracontinentale n'a que peu varié au cours du Phanérozoïque.

Depuis quelques années, les observations spatiales des traceurs, comme la température de surface de l'océan (SST) ou la couleur de l'océan, ont révélé la présence de filaments à sous-mésoéchelle, qui ne peuvent être détectées par les satellites altimétriques. Ce travail de thèse explore la possibilité d'utiliser les informations dynamiques contenues dans les images traceur haute résolution pour compléter l'estimation de la dynamique océanique de surface effectuée par les satellites altimétriques. Pour ce faire, la méthode d'inversion développée est inspirée de l'assimilation de données images. A l'aide d'une fonction coût, on mesure la distance entre une image du flot dynamique et l'image des structures présentes sur le traceur. On a choisi pour cette étude d'utiliser le FSLE (Finite-Size Lyapunov Exponents) comme proxy image de la dynamique. Cette méthode est testée avec succès sur plusieurs cas test d'observations spatiales. Un modèle de processus couplé physique-biogéochimie ainsi qu'un modèle réaliste de la mer des Salomon sont utilisés pour estimer l'erreur associée à la méthode d'inversion et la pertinence de la correction effectuée. L'utilisation conjointe d'images traceurs et de données altimétriques présente un fort intérêt pour le contrôle de la circulation océanique.

Les dépôts saisonniers de glace de CO2 et de H2O jouent un rôle ma jeur dans le climat actuel de Mars. Leur cycle de condensation/sublimation contrôle en grande partie les variations de la pression atmosphérique et de l'humidité. Le but de cette thèse est d'apporter de nouvelles contraintes observationnelles aux interactions surface/atmosphère pendant la phase de retrait des dépôts saisonniers nord. A partir des données proche infrarouge de l'imageur hyperspectral OMEGA (Mars Express), l'extension des glaces saisonnières de CO2 et H2O a été cartographiée du solstice d'hiver au solstice d'été. Un anneau de glace d'eau entoure systématiquement les dépôts saisonniers riches en CO2 et constitue une source importante de vapeur d'eau lors de sa sublimation. Une couche de glace d'eau recouvre progressivement la glace de CO2 , résultat de deux processus : l'accumulation de la glace d'eau contenue dans la glace de CO2 et restant en surface lorsque le CO2 se sublime, et la condensation de vapeur d'eau issue de la sublimation de l'anneau de glace d'eau. Des remontées soudaines de la signature de la glace de CO2 sont observées dans les dépressions spirales et escarpements de la calotte permanente nord, et dans le champ de dunes circumpolaires, conséquence probable d'un renforcement ponctuel des vents catabatiques par le passage de systèmes dépressionnaires. Le résultat de ces processus dynamiques est une accumulation inhomogène de givre d'eau sur la calotte permanente nord au début de l'été qui participe à l'évolution actuelle de la calotte. La connaissance de la localisation des sources de vapeur d'eau et des interactions surface/atmosphère pendant l'hiver et le printemps nord permettra d'améliorer les modèles climatiques et notre compréhension du cycle actuel de l'eau sur Mars.

Cette thèse démontre expérimentalement à l'échelle du laboratoire la détection et la localisation, en transmission, d'une cible de taille de la longueur d'onde. La configuration expérimentale correspond à un guide d'ondes ultrasonique limité par deux réseaux émetteur-récepteur. Deux réseaux coplanaires enregistrent dans le domaine temporel la matrice de transfert du guide d'ondes entre chaque couple émetteur-récepteur. En invoquant le principe de réciprocité, un algorithme de Double Formation de Voies est simultanément exécuté sur les réseaux émetteur et récepteur. Ce traitement d'antennes permet de projeter les échos acoustiques plusieurs fois réverbérés en un ensemble de rayons acoustiques, qui sont définis par angles leurs angles d'émission et de réception. La comparaison réalisée entre l'amplitude de chaque rayons acoustique avec et sans cible dans le guide d'onde permet, par effet d'ombre, de détecter de la cible. La localisation est réalisée à travers la résolution d'un problème inverse en utilisant les rayons acoustiques extraits de la double formation de voies. L'utilisation de noyau de sensibilité utilisant le phénomène de diffraction pour chaque rayon acoustique fournit la localisation et une signature de la cible. Des résultats expérimentaux sont présentés en présence de vagues en surface. L'utilisation de l'effet Larsen dans la cadre de la barrière acoustique est également envisagée pour son extrême sensibilité aux variations du milieu.

La détection d'endommagements et de changements des propriétés élastiques dans des structures, utilisant les variations des paramètres dynamiques, fait l'objet d'une attention particulière depuis plusieurs années dans les domaines du génie mécanique et du génie civil. Le principe général repose sur le fait que la variation des propriétés physiques (e.g. rigidité, masse, module d'Young, conditions aux limites) entraîne une variation des caractéristiques dynamiques de la structure (e.g. fréquences de résonance, amortissements modaux et déformées modales). La présence d'endommagement provoque ainsi une diminution de la rigidité de la structure, c'est-à-dire une augmentation de sa flexibilité et de son amortissement que l'on retrouve dans la forme des modes et les valeurs des fréquences. Utilisant le changement de ces informations entre un état sain et un état endommagé, plusieurs méthodes non-destructives ont été proposées dans la littérature afin d'identifier et de localiser ces endommagements. Ces pratiques et ces activités sont d'une importance considérable puisqu'elles permettent en premier lieu d'anticiper et donc d'éviter des ruptures dans les structures, toujours catastrophiques, et plus généralement de mettre en place des plans de maintenance prédictives, en lien avec le suivi sur le long terme de leur intégrité (Structural Health Monitoring). Ces méthodes de surveillance se popularisent également du fait de la réduction des coûts des instrumentations, liés à l'apparition de nouveaux équipements à bas coût, ayant des performances satisfaisantes. L'objectif de ce travail est de tester les différentes solutions permettant la détection, la localisation et la quantification des changements dans des structures simples. Plusieurs méthodes ont été testées et une approche nouvelle a été proposée basée sur l'utilisation de la méthode des perturbations. Trois approches ont été suivies: une modélisation par éléments finis (analyse modale), une simulation numériques par éléments finis (analyse temporelle) et enfin des analyses expérimentales sur des poutres en Plexiglas au laboratoire, les trois volets de ce travail ayant permis de tester la sensibilité des méthodes non-destructives (NDE) globales et locales pour la détection et la localisation. Les changements ont été associés à une variation locale du module de Young (E), numériquement pour les solutions numériques et par chauffage local sur des sections de la poutre dans le volet expérimental. Dans tous les cas, nous sommes en situations réelles afin de proposer l'identification des caractéristiques modales par des méthodes opérationnelles (Operative Modal Analysis) telles que la méthode du décrément aléatoire et la méthode de décomposition dans le domaine fréquentiel (Frequency Domain Decomposition). Les résultats d'identification ont montré une très bonne corrélation entre les valeurs numériques et les valeurs expérimentales obtenues : fréquences de résonance et déformés modale. Pour identifier l'endommagement, les méthodes de localisation basées sur la courbure des déformées propres, la matrice de flexibilité, la courbure de flexibilité et enfin sur la méthode d'inversion des modes ont été employées. D'après les résultats obtenus, la méthode d'inversion se montre efficace dans le cas de variations modales faibles et transitoires, alors que la méthode de la courbure de flexibilité donne généralement de bons résultats et apparait robuste lorsque les variations sont plus prononcées.

This study consisted in the development of a canopy model (CIM), which could be use as an interface between meso-scale models used to simulate urban climate and micro-scale models used to evaluate building energy use. The development is based on previously proposed theories and is presented in different atmospheric conditions, with and without obstable. It has been shown, for example, that to be in coherence with the Monin-Obukhov Similarity Theory, that a correction term has to be added to the buoyancy term of the T.K.E. CIM has also been coupled with the meteorological meso-scale model WRF. A methodology was proposed to take advantage of both models (one being more resolved, the other one integrating horizontal transport terms) and to ensure a coherence of the results. Besides being more precise than the WRF model at the same resolution, this system allows, through CIM, to provide high resolved vertical profiles near the surface.

La prévision quantitative des précipitations à l'aide des modèles météorologiques reste encore un grand défi posé à la communauté des sciences atmosphériques. En effet, deux problèmes majeurs sont généralement identifiés pour la prévision opérationnelle des précipitations et du climat : les interactions des systèmes précipitants avec le relief et avec la pollution. Cette thèse contribue à l'amélioration des prévisions de pluies. La stratégie adoptée est d'étudier des évènements précipitants en zones montagneuses en décrivant au mieux les interactions aérosol-nuage-précipitation à l'aide du modèle à microphysique mixte détaillée : DEtailed SCAvenging Model (DESCAM, Flossmann et Wobrock (2010)). Ce modèle utilise cinq distributions pour représenter les particules d'aérosol résiduelles et interstitielles ainsi que les gouttes et cristaux de glace. Le modèle a directement été comparé aux observations réalisées au cours de la campagne expérimentale COPS (Convective and Orographically induced Precipitation Study), qui a eu lieu pendant l'été 2007 à la frontière franco-allemande. En particulier, les simulations des pluies ont été comparées avec des observations de différents radars afin d'évaluer les performances du modèle mais aussi d'aider à l'interprétation des réflectivités de la bande brillante. La sensibilité par rapport à la pollution particulaire a été étudiée pour les propriétés des nuages et des précipitations. Pour les cas étudiés, plus le nombre des particules d'aérosol présentes dans l'atmosphère est important et plus leur solubilité est élevée, plus les précipitations au sol sont faibles. Ces comportements globaux peuvent toutefois être localement différents. Il existe donc des interactions plus complexes entre les particules d'aérosol, les nuages et les précipitations qui doivent être encore plus approfondies.

Les eaux côtières impactées par les apports fluviaux jouent un rôle majeur dans l'export et l'enfouissement des particules terrigènes. La télédétection "couleur de l'océan" renseigne sur les concentrations en matières en suspension (MES) de surface. Pour améliorer les résolutions spatiale et temporelle, elle peut être combinée à des mesures in situ bio-optiques et la modélisation numérique. Le Rhône est la principale source d'apports d'eau douce et particulaires dans le Golfe du Lion (Méditerranée Occidentale). L'objectif de la thèse est l'étude de la variabilité saisonnière des apports en MES du Rhône et leur devenir sur le plateau continental. Des mesures in situ bio-optiques ont été réalisées à partir de navires océanographiques et de plateformes autonomes ProvBio. Les concentrations en MES sont estimées à l'aide des capteurs satellitaires MERIS et MODIS. Le modèle hydro-sédimentaire (Mars-3D) simule la circulation des masses d'eau et les apports liquides et particulaires du Rhône. Des proxys régionaux sont identifiés et éprouvés afin d'assurer un suivi de la dynamique des MES sur la colonne d'eau à partir de mesures bio-optiques in situ. Un algorithme régional est développé afin de cartographier les concentrations en MES à partir des mesures satellitaires. La combinaison de ces deux outils montre la dépendance de l'export des MES au débit liquide du Rhône et aux vents. En régime de crue, les MES sont essentiellement exportées en surface. Pour un débit fluvial faible à modéré et un vent fort, elles sont transportées près du fond. Le modèle hydro-sédimentaire a permis de mieux comprendre certains processus même si des améliorations sont encore requises.

Les sols contaminés par les éléments traces potentiellement toxiques (PTTE) ont souvent des conséquences graves pour les écosystèmes terrestres. Plusieurs options de phytoremediaction ont été développées pour remédier les sols contaminés ; cependantl'efficacité et la capacité de ces techniques à réduire les concentrations excessives des éléments traces ou leur (phyto) disponibilité dans les sols contaminés doivent être évaluées Le présent travail s'est intéressé à étudier l'efficacité de deux options de de phytorémédiation, la phytostabilisation et la phytoextraction assistées par des amendements organiques et minéraux, à remédier les fortes concentrations de PTTE dans un sol naturel et dans un technosol contaminés. Les concentrations totales des éléments traces dissous ont été déterminées dans l'eau interstitielle du sol. L'intensité de l'exposition du sol a été évaluée par des capteurs DGT (gradient de diffusion dans les couches minces). Le phytodisponibilité des PTTE a été caractérisée par des tests de germination avec des haricots nains cultivés sur les sols contaminés pour lesquels les concentrations foliaires en éléments traces ont été déterminées. Ensuite un modèle de réseau de neurones artificiels a été appliqué pour comprendre les facteurs les plus pertinents sur la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE. Les deux options ont étécapables de réduire les concentrations ou la phytodisponibilité des PTTE en présence des amendements. Les réseaux de neurones artificiels ont été très efficaces pour prédire les résultats manquants et pour déterminer les paramètres de contrôle de la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE à partir des paramètres du sol.

Cette thèse vise à évaluer l'impact du changement climatique sur la qualité des eaux du système karstique dans le Val d'Orléans. En 1er lieu, un bilan de la qualité géochimique de la Loire et de la Source du Bouillon a été réalisé : les isotopes stables et éléments majeurs ont révélé un mélange des eaux de Loire avec des eaux déjà présentes dans le karst ; la formation de calcite et d'hydroxydes de fer joue un rôle majeur sur le comportement des éléments traces dans le karst. Le bilan réalisé ensuite pour les produits phytosanitaires et pharmaceutiques montre que leur occurrence et comportement dans le karst varie suivant la molécule considérée, selon : son pouvoir d'adsorption au sol/sédiment, son taux de dégradation dans les stations d'épuration (pour les pharmaceutiques) et dans les eaux naturelles, les saisons et conditions climatiques, le mélange avec des eaux résiduelles karstiques plus ou moins chargées en produits que la Loire. Ces bilans géochimiques ont permis de fixer la qualité de l'eau souterraine pendant la durée de prélèvement. Le risque d'inversion de courant au niveau de rivières locales pouvant entraîner une dégradation de cette qualité, l'occurrence future de ces inversions de courant a été calculée : en reliant les inversions de courant et les résultats d'une désagrégation d'échelle d'un modèle climatique, il apparaît que le risque d'inversion de courant dans le Val d'Orléans diminuerait dans le futur. La qualité des eaux souterraines resterait alors semblable à celle exposée pendant cette thèse, sans mélanges avec l'eau de surface provenant des inversions, et par conséquent sans dégradation manifeste de la ressource en eau du Val d'Orléans.