This thesis aims at the study of small to large surface deformation that can be detected using the remote sensing interferometric synthetic aperture radar (InSAR) methods. The new developments of InSAR processing techniques allow the monitoring of surface deformation with millimeter surface change accuracy. Conventional InSAR use a pair of SAR images ("Master" and "Slave" images) in order to measure the phase difference between the two images taken at different times. The uncertainties in measurements using the conventional InSAR due to the atmospheric delay, the topographic changes and the orbital artifacts are the handicaps of this method. The idea of InSAR method is to measure the phase difference between tow SAR acquisitions. These measure refere to the ground movment according to the satellite position. In interferogram the red to blue colors refere to the pixel movement to or far from the satellite position in Line-Of-Sight (LOS) direction. In 2000's, Radar spacecraft have seen a large number of launching mission, SAR quisitions and InSAR applicability have seen explosion in differents geophysical studies due to the important SAR datas and facility of data accessibity. This SAR-mining needs other type and generation of InSAR processing.In 2001, Ferretti and others introduce a new method called Permanent Scatterer InSAR (PS) that is based on the use of more than one Slave image in InSAR processing with the same Master image. This method allows enhancing the LOS signal for each pixel (PS) by using the best time and/or space-correlated signal (from amplitude and/or from phase) for each pixel over the acquisitions. A large number of algorithms were developed for this purpose using thesame principle (variantes). In 2002, Berardino et al developed new algorithm for monitoring surface deformation based on the combination of stack of InSAR results from SAR couples respecting small baseline (SB) distance. Nowadays, these two methods represent the existing time series (TS) analysis of SAR images approaches. In addition, StaMPS software introduced by Hooper and others, in 2008 is able to combine these two methods in order to take advantages from both of this TS approaches in term of best signal correlation and reducing the signal noise errors. In this thesis, the time series studies of surface changes associate to differents geophysical phenomena will have two interest: the first is to highlight the PS and SBAS results and discuss the fiability of obtained InSAR signal with comparation with the previous studies of the same geophysical case or observations in the field and in the second time, the combined method will also validate the results obtained separately with differents TS techniques. The validation of obtained signal is assured by these two steeps: Both of PS and SBAS methods should give relatively the same interferograms and LOSdisplacement signal (in term of sign and values), in addition these results will be compared with the previous studies results or with observations on the field.In this thesis, the InSAR techniques are applied to different case-studies of small surface deformation [...]

Deux expériences ont été menées sur la plate-forme expérimentale "SCERES" afin d'évaluer les concentrations et les flux de vapeurs de TCE dans SCERES en présence de deux dalles de béton fissurées installées, l'une après l'autre, à la surface de SCERES. Cet aquifère poreux est un milieu hétérogène de grande échelle (25 x 12 x 3 m3). Les résultats ont montré que le panache de vapeur de TCE couvre la plupart du bassin au bout de 3 semaines depuis la création de la zone source de TCE dans le sous sol. L'hétérogénéité du site SCERES a engendrée une distribution verticale non uniforme de la concentration de vapeurs de TCE. La simulation du panache de vapeur dans SCERES a été effectuée au moyen du code de calcul multiphasique "SIMUSCOPP". La présence sur SCERES de la dalle de béton, un milieu peu perméable et peu diffusif, a constitué une "barrière" en vue du transfert de vapeurs de TCE vers l'interface dalle/atmosphère. Afin de mieux quantifier le flux de vapeurs à travers la dalle de béton, une étude de coefficient de diffusion et de perméabilité des deux dalles a été réalisée. Un mouvement vertical ascendant du toit de la nappe a généré un fort gradient de pression motrice de l'air du sol. Ceci a engendré une forte augmentation des flux de vapeurs à l'interface sol/atmosphère. La quantification de ces flux de vapeurs a été effectuée à l'aide d'une solution semi analytique basée sur la loi de Fick et la loi de Darcy en tenant compte à la fois de l'effet de gradient de pression motrice et l'effet de densité de vapeurs sur le transfert de vapeurs vers la surface du sol. L'intrusion de vapeurs de TCE dans le bâtiment modèle, installé sur la dalle de béton, a été générée par une mise en dépression dans ce dernier. Ce qui a fait augmenter la concentration de vapeurs de TCE sous la dalle ainsi dans le bâtiment. La simulation de l'intrusion de vapeurs dans l'air intérieur de bâtiment a été réalisée par l'intermédiaire du code de calcul multiphysics "COMSOL", avec lequel nous avons démontré l'évolution de la concentration de vapeurs obtenues expérimentalement dans le bâtiment et qui dépend directement de la variation spatio-temporelle du flux massique à travers la dalle.

L'ozone (O3) possède une anomalie isotopique en oxygène qui est unique et caractéristique, offrant ainsi un précieux traceur des processus oxydatifs à l'œuvre dans l'atmosphère moderne mais aussi ceux ayant eu lieu dans le passé. Cette signature isotopique, dénotée Δ17O, se propage au sein du cycle atmosphérique de l'azote réactif (NOx = NO + NO2) et est préservée lors du dépôt du nitrate (NO3-) présent dans l'aérosol, par exemple. L'anomalie isotopique en oxygène portée par le nitrate, Δ17O(NO3-), représente ainsi un traceur de l'importance relative de l'ozone ainsi que celle d'autres oxydants dans le cycle des NOx. Ces dernières années, de nombreux travaux de recherche ont été dédiés à l'interprétation des mesures de Δ17O(NO3-). Pourtant, les processus atmosphériques responsables du transfert de l'anomalie isotopique de l'ozone vers le nitrate ainsi que leur influence globale sur la composition isotopique du nitrate à différentes échelles spatiales et temporelles sont encore mal compris. De plus, la magnitude absolue ainsi que la variabilité spatio-temporelle de Δ17O(O3) sont peu contraintes, car il est difficile d'extraire de l'ozone de l'air ambiant. Cet obstacle technique contrecarre l'interprétation des mesures de Δ17O depuis plus d'une décennie. Les questions scientifiques posées au cours de ce travail de thèse ont été choisies dans le but de combler ces lacunes. Le principal outil d'analyse utilisé dans ce travail est la " méthode bactérienne " associée à la spectrométrie de masse en flux continu (CF-IRMS), une combinaison de techniques qui permet l'analyse de la composition isotopique totale du nitrate (c'est-à-dire, la mesure de δ15N, δ18O et Δ17O). Cette méthode a été employée pour l'analyse isotopique d'échantillons de nitrate obtenus pour deux cas d'études : (i) une étude des variations spatiales de la composition isotopique du nitrate atmosphérique sur la côte californienne à l'échelle journalière; et (ii) une étude du transfert du nitrate et de sa composition isotopique à l'interface entre l'air et la neige à l'échelle saisonnière sur le plateau Antarctique. En outre, cette méthode a été adaptée à la caractérisation isotopique de l'ozone via la conversion chimique de ses atomes d'oxygène terminaux en nitrate. Au cours de cette thèse, un important jeu de données rassemblant de nombreuses mesures troposphériques de Δ17O(O3) a été obtenu, incluant une année entière de mesures à Grenoble, France (45 °N) ainsi qu'un transect latitudinal de collecte dans la couche limite au-dessus de l'océan Atlantique, entre 50 °S to 50 °N. Ces observations ont permis de doubler le nombre de mesures troposphériques de Δ17O(O3) existantes avant cette thèse et d'accroître de manière conséquente notre représentation globale de cette variable isotopique essentielle. Enfin, les deux cas étudiés et présentés dans ce document révèlent des aspects nouveaux et inattendus de la dynamique isotopique du nitrate atmosphérique, avec d'importantes conséquences potentielles pour la modélisation de la qualité de l'air et l'interprétation de l'information isotopique contenue dans les carottes de glace prélevées aux pôles.

Le phénomène de destruction de l'ozone est un sujet vaste mettant en scène de nombreux processus. Il a pour origine l'émission de composés dits gaz sources (SGs) dans la troposphère. Récemment, les espèces à très courte durée de vie (VSLS) ont été identifiées comme SGs possibles. Cependant, elles ne possèdent pas un temps de vie suffisamment long pour atteindre directement la stratosphère. Les VSLS se dégradent au cours de leur transport, conduisant à des composés intermédiaires, les gaz produits (PGs). Les SGs et les PGs des VSLS vont entrer dans la stratosphère au niveau des régions équatoriales où règne un transport vertical rapide, la convection. Les SGs à temps de vie plus long peuvent accéder à la stratosphère par tous les types de transport possibles. Une fois dans la stratosphère, les SGs et PGs vont être convertis en espèces réactives capables de détruire l'ozone. Cette thèse présente l'étude des différentes étapes se produisant avant la destruction de l'ozone : l'émission et le transport des SGs dans l'atmosphère, leur chimie de dégradation au cours de leur transport et enfin leur contribution à la destruction de l'ozone. Les traceurs chimiques tels que CO sont tout d'abord utilisés pour mettre en évidence le transport des SGs et PGs de la troposphère à la stratosphère. Puis, deux études décrivant 2 types d'espèces différentes, entrant dans le processus de destruction de l'ozone, sont présentées : pour OCS (sulfure de carbonyle) et les VSLS bromés (CHBr3 et CH2Br2). OCS est l'un des principaux précurseurs d'aérosols sulfatés présents dans la stratosphère catalysant la destruction de l'ozone par chimie hétérogène. Cependant, sa contribution à cette couche comporte de nombreuses incertitudes. Ses sources d'émissions, sa répartition avec la latitude et sa contribution à la couche d'aérosols sulfatés sont présentées. La contribution des VSLS bromées au brome de la stratosphère est une question en cours de résolution. Leur chimie au cours de leur transport dans l'atmosphère est décrite de manière détaillée.

A mechanistic understanding of transport and degradation processes of modern agricultural pesticides, including chiral pesticides, is critical for predicting their fate in the environment. In agricultural landscapes, wetlands can intercept pesticide-contaminated runoff or groundwater and improve water quality through various retention and degradation processes, which remain unknown. In a downscaling approach, three different wetlands receiving agricultural runoff were used as 'natural laboratories' to investigate the fate of widely used pesticides. Overall, our results showed that dynamics of hydrological and redox conditions largely influenced pesticide sorption mechanisms and their distribution over time within wetland compartments, thereby controlling degradation processes. While large-scale studies provide integrative information on pesticide dissipation and distribution patterns with respect to wetland functioning, small-scale investigations using novel methods such as isotope and enantiomer analyses characterize underlying molecular processes governing pesticide degradation.

La technique des corrélations de bruit ambiant est aujourd'hui largement utilisée en sismologie. Elle présente l'avantage essentiel de fournir des données qui ne dépendent pas de l'occurrence des séismes. Cette technique a été utilisée pour imager avec une bonne résolution la croûte dans plusieurs régions du monde. Depuis plus récemment, les corrélations de bruit sont également utilisées pour détecter des variations des propriétés élastiques de la croûte terrestre, et suivre l'évolution temporelle de structures géologiques potentiellement dangereuses. Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté en deux parties principales : 1/ Une étude méthodologique pour améliorer la qualité des mesures sur les corrélations de bruit. La distribution des sources de bruit empêche généralement la reconstruction parfaite de la fonction de Green dans les corrélations de bruit, pouvant introduire des biais dans les mesures basées sur le bruit sismique ambiant. Nous présentons dans ce manuscrit deux approches différentes pour essayer d'éliminer l'influence des sources de bruit dans nos mesures. 2/ Une étude de suivi temporel dans la province du Sichuan (Chine), autour du séisme du Wenchuan (12 mai 2008, Mw = 7.9). Cette application offre des conditions exceptionnelles à une application de suivi temporel, avec l'étude d'un très puissant séisme continental et un très grand nombre de données. Nous nous sommes en particulier intéressés au comportement de la croûte à différentes profondeurs, en réponse au séisme. Nous présentons également une méthode d'inversion pour localiser les variations dans le milieu.

Les objectifs de cette thèse sont la validation d'une méthodologie de détermination de la température de surface (LST) et de l'émissivité de surface (LES) à partir des radiances hyperspectrales du capteur IASI à bord du satellite METOP. Il s'agit de montrer la possibilité d'extraire ces deux paramètres d'un signal hyperspectral IRT télédétecté dans une approche physique. Le domaine spectral d'étude s'étend de 750 à 1250 cm-1 (8 à 13,3 μm) et la résolution spectrale est de l'ordre du 0,25 cm-1, inscrivant ainsi ce travail dans le giron de la radiométrie à très haute résolution spectrale infrarouge. Après une étude des méthodes de séparation existantes, la méthode SpSm (Spectral Smothness), est validée. Une étude de sensibilité aux erreurs aux bruits atmosphérique et instrumental est menée. La méthode SpSm est appliquée aux données IASI en conditions réelles pour l'année 2008 dans une zone spatiale couvrant l'Europe et le Nord d' Afrique. Les résultats sont validés d'une part avec les produits MODIS et SEVIRI, et d'autre part avec les paramètres température et émissivité obtenus à partir des radiances SEVIRI et l'algorithme TISI.

La circulation atmosphérique en Afrique de l'Ouest est caractérisée par des vents de sud-ouest (mousson) pendant la saison humide et par des vents de nord-est (harmattan) pendant la saison sèche. Cette alternance des saisons est due aux variations de pression liée à l'état des surfaces (rugosité, albédo, végétation) en réaction au forçage solaire. Ces mêmes états de surface génèrent une variabilité de flux turbulents de surface et des circulations secondaires qui rendent complexes les analyses des mesures effectuées sur place en vue de documenter les interactions surface-atmosphère. La modélisation fine échelle (LES) couramment utilisée dans l'étude de la couche limite atmosphérique est requise pour pouvoir palier à ces difficultés en raison de sa capacité à prendre en compte les flux turbulents en 3D et sur topographie complexe. Notre site d'étude est le bassin versant d'ARA située au Nord du Bénin dans un contexte Soudanien avec des propriétés de surface variables. Une analyse climatique est effectuée sur la base des observations de radiosondage, de radar UHF et de stations au sol afin d'extraire des données composites représentatives des saisons sèche et humide. Ces données composites ont servi par la suite à forcer le modèle Méso-NH dans sa version LES. Pour pouvoir caractériser les échelles de longueur des flux turbulents de surface relatives aux saisons sèche et humide, les données standard de forçage de surface de Méso-NH que sont le relief GTOPO30 (1km de résolution) et la végétation ECOCLIMAP (1km de résolution) ont été respectivement remplacer par le SRTM (90m de résolution) et les données de SPOT/HRV (20m de résolution) reéchantillonné à 90m de résolution. A l'aide d'outils statistiques comme la variographie 2D et le suivi Lagrangien, il ressort que la variabilité spatiale de la chaleur sensible H est gouvernée par le couple vent-relief tandis que celle de la chaleur latente E est difficile à mettre en lien sur végétation hétérogène (SPOT/HRV) en saison sèche. En saison humide, la variabilité spatiale du champ H dépend du vent tandis que celle du champ E dépend de la végétation. Cette étude révèle dans tous les cas que les échelles caractéristiques de ces deux champs diffèrent dans les mêmes conditions de forçage de surface et atmosphérique.

Le 22 Août 2005 une crue intense s'est produite sur le bassin versant du Vorz, détruisant partiellement le hameau de la Gorge. Cet évènement a mis en évidence les difficultés à anticiper les conditions hydrométéorologiques en montagne où elles sont extrêmement variables spatialement et temporellement, et souvent faiblement instrumentées. De ce constat est né le projet de mettre en place un réseau d'instrumentation hydrométéorologique original sur le bassin versant du Vorz, afin d'y observer les phénomènes naturels et hydrologiques s'y produisant, de mieux les appréhender, et de construire les outils et méthodes nécessaires à leur modélisation. Après deux saisons de mesures, les premiers résultats ont montré que le réseau mis en place permet d'obtenir des informations à haute résolution spatiale et temporelle sur les processus hydrométéorologiques. Malgré son installation dans le milieu difficile de la montagne (accessibilité, froid, énergie,...), une très bonne fiabilité a pu être mise en avant, ainsi que des perspectives de transposition à d'autres bassins versants, et ce, pour un faible coût financier. L'originalité du réseau est de réaliser un multi-échantillonnage de nombreux paramètres hydrométéorologiques (pluviométrie, température, neige, insolation,...), avec des résolutions spatiales (10 à 50 mètres) et temporelles (horaire à moins) permettant d'envisager une modélisation hydrologique à différentes échelles, aussi bien pour la gestion des ressources en eau (long terme) que pour la prévention des crues (court terme). Les capteurs mis en place constituent un ensemble complémentaire et indissociable de divers instruments de mesure: iButtons (air et sol), totalisateurs, pluviomètres, appareils photographiques. La mise au point d'un capteur de mesure innovant de cartographie automatique de la couverture neigeuse (SnoDEC), à partir d'images photographiques classiques, prises à pas de temps régulier (5 à 7 images par jours) a été réalisée au cours de ce travail. Il permet de quantifier l'hérogénéité spatiale et temporelle des phénomènes d'enneigement sur le versant, prépondérants sur son hydrologie, au vue de la persistance nivale (5 à 10 mois). L'ensemble de ce dispositif permet de disposer d'une importante base de données, et de mettre en oeuvre différentes techniques d'interpolations des variables hydrométéorologiques sur l'ensemble du bassin versant. Ainsi, des cartographies précises du champ de température et de pluviométrie seront disponibles au pas de temps journalier. En outre, le capteur SnoDEC permettra d'analyser et quantifier l'hétérogénétité spatio-temporelle (altitude, exposition, vitesse de fonte,...) de la couverture nivale. A partir de ces données, on pourra mieux appréhender les mécanismes hydrologiques en jeu sur le site et dessiner les contours des modélisations futures. Dans le même temps, les données disponibles pourront être combinées afin de mettre en évidence des phénomènes difficilement mesurables (limite pluie/neige, inversion thermiques,...), qui serviront à l'avenir à contraindre de manière précise les modèles nivologiques et hydrologiques. Au travers des différents paramètres instrumentés, et grâce à l'utilisation de l'imagerie, ce réseau est capable de mesurer des variables relevant de nombreux champs disciplinaires (dynamique glaciaire, cyle végétatif,...). Il s'inscrit ainsi, par son approche interdisciplinaire, dans une volonté de mise en place d'un réseau de mesure à coût limité, destiné à l'ensemble des acteurs de l'étude et la recherche des milieux de la montagne.

Les écoulements volcaniques (lahars, écoulements hyperconcentrés) et les crues soudaines représentent des phénomènes destructeurs et dangereux. Malgré leur pouvoir destructeur (e.g. Armero, Colombie, 1985), il existe très peu d'études centrées sur les effets des lahars en zone urbaine, alors qu'ils représentent une menace réelle pour de nombreuses villes, comme Arequipa, au Pérou. Arequipa est une ville de presque 1 million d'habitants située à 17 km au sud-est du volcan El Misti. La dernière éruption majeure du Misti remonte à 550 ans (1460 après J.C.) et de plus petites éruptions ont parsemé le 18ème et le 19ème siècle. Des lahars dont les volumes sont compris entre 0,01x106 et 11x106 m3 se sont formés et des inondations ont balayé les vallées tous les 5 à 10 ans. Suite à l'augmentation de la population d'Arequipa, la zone urbanisée s'étend maintenant sur les flancs du volcan, jusqu'à 9 km du sommet. En réponse à cette croissance rapide et apparemment incontrôlée, il est essentiel d'évaluer l'utilisation des sols, les bâtiments et les infrastructures en fonction de leur vulnérabilité. Des scénarios d'aléas ont été développés à partir d'anciennes et d'actuelles études géologiques, de cartes traditionnelles et des modèles numériques (tels que Titan2D) des dépôts volcaniques et fluviaux, d'études de terrain sur l'utilisation des sols, le type de bâtiments et d'infrastructures, d'analyses statistiques (y compris des analyses multi variantes) et enfin des caractéristiques géotechniques des matériaux utilisés pour les constructions. Trois scénarios de référence ont été utilisés allant d'un scénario de crue (récurrence de 5 à 10 ans) à une éruption (sub) Plinienne (VEI >3, récurrence de 5000 à 20 000 ans). Les zones inondables ont été délimitées en utilisant des résultats de code de simulation couplés à des cartographies géologiques et à des analyses de magnitude/fréquence. L'amélioration d'un MNT, construit à partir d'études DGPS et de données ASTER (10 m de résolution), a permis de modéliser les écoulements à partir de Titan2D. Les résultats du modèle montrent une extension des écoulements plus longue que celles proposées dans les études précédentes (e.g Vargas et al, 2010). L'étude de terrain a permis de classifier l'utilisation des sols selon 19 catégories et les principaux bâtiments et infrastructures selon 10 catégories. Par exemple, les bâtiments ont été classés et ordonnés selon des critères de nature du matériau principal les constituant, nombre d'étages, etc. De la même manière, la classification de l'utilisation des sols et du type d'infrastructures ont été classé en fonction de différents éléments comme le taux d'occupation, l'importance des évacuations d'urgence etc. Les effets mécaniques des écoulements sur les immeubles et les infrastructures ont été recherchés dans le but d'élaborer des fonctions de vulnérabilité. Cette étude a révélé que les bâtiments et l'utilisation des sols du Quebrada Huarangal sont particulièrement vulnérables et exposés au risque même lors d'un écoulement de faible magnitude. Ceci est essentiellement dû à la très faible qualité des constructions dans les zones à hauts risques du Quebrada Huarangal. Au contraire, le risque présent dans la vallée du Rio Chili est une zone à faible risque. Le niveau de risque inhérent au système d'énergie hydroélectrique et aux réserves d'eau potable reste inquiétant pour la ville, notamment durant une crise volcanique. Cette étude a mis en évidence les capacités d'intégration des données SIG générant de l'information sur le risque via la combinaison de scénarios d'aléas et d'éléments de vulnérabilité. Ces méthodes semblent être prometteuses pour l'étude et la prévention des risques volcaniques. De plus, une base de données mise à jour pourrait aider à gérer de manière efficace une possible crise volcanique en temps réel, et ce qui est plus important encore, assister les tâches de réduction des risques.