Tesis sobre el tema "Observations côtières"

La détermination des paramètres de qualité de l'eau en zones côtières est abordée par des approches expérimentales et algorithmiques. L’aspect expérimental concerne la mesure du coefficient d'atténuation et de la reflectance. La méthode algorithmique est fondée sur une approche semi-analytique. Un modèle de reflectance a trois composantes, prenant en compte les effets optiques de la matière organique dissoute, du phytoplancton et des particules minérales est inverse afin d'estimer la concentration en chlorophylle a, chl, l'indice de réfraction des sédiments, m r, et le coefficient d'absorption de la matière organique dissoute a 440 nm, a y(440), a partir des spectres de reflectance et des concentrations en sédiments, c, mesurées sur site. La procédure d'inversion, consistant a minimiser la différence quadratique entre reflectances modélises et mesures, est appliquée a partir de données expérimentales collectes a l'embouchure de l'ebre. La méthode proposée est peu précise pour la détermination de chl. Les valeurs de m r et a y(440) sont comparables a celles disponibles dans la littérature et peu sensibles aux variations de chl. Une classification optique des eaux du site est introduite afin d'améliorer la précision sur chl. Pour chaque classe d'eau, des valeurs typiques de c, chl, m r et a y(440) sont détermines et des corrélations sont établies entre la dérivée première de la reflectance et ces quatre paramètres. Il apparaît qu'en associant une méthode empirique et une méthode semi-analytique les concentrations en sédiments et en chlorophylle peuvent être estimées avec des coefficients de variation inférieurs a 50%. La démarche proposée consiste a évaluer chl a partir d'algorithmes empiriques puis c et a y(440) par inversion du modèle de reflectance avec, comme paramètres d'entrée, la valeur moyenne de m r typique de la classe d'eau étudiée et la valeur empirique de chl. Enfin, nous examinons l'extension de notre méthode de restitution des paramètres de qualité de l'eau en considérant les reflectances échantillonnées à la position des canaux meris
The determination of water quality parameters in coastal waters is tackled by experimental and algorithmic approaches. The experimental aspect includes measurements of attenuation coefficient and reflectance. The algorithmic method is based on a semi-analytic approach. A three-component reflectance model, that takes into account the contributions of dissolved organic matter, phytoplankton and mineral particles is inverted in order to estimate the chlorophyll a concentration, chl, the sediment refractive index, mr, and the absorption coefficient of disoived organic matter at 440 nm, ^(440), from experimental reflectance spectra and suspended sediments concentrations, C. The inversion procedure, based on the minimization of the quadratic difference between modelled and experimental reflectance values, is applied to experimental data collected in the Ebro River mouth area. It appears that chl values are not accurately retrieved using the proposed method and that mr and a, (440) values are realistic as compared to those previously published and little sensitive to chl variations. A colour classification of the study area waters is introduced in order to improve the precision of chl estimates. Each water class is associated with typical values of C, chl, m, and av(440) and correlations are established between the first derivative of reflectance and those four parameters. Associating an empiric method and a semi-analytic method allows the concurrent estimate of suspended sediment and chlorophyll a concentrations with variation coefficients lower than 50 %, The proposed method consists in estimating chl from empirical algorithms then C and av(440) are determined by inversion of the reflectance model parameterized from the mean value of mr typical of the water class considered and from the empirical value of chl. Finally, we examine the extension of our method of water quality parameters restitution by considering the reflectances sampled at the wavelengths of MERIS channels

Ne couvrant que 8% de l’océan mondial mais offrant 85% des ressources marines exploitées, les systèmes côtiers sont d’importantes plaques tournantes d’échanges de matières et d’énergie, jouant un rôle capital dans les cycles biogéochimiques. De plus, ces milieux sont marqués par une forte hétérogénéité spatio-temporelle des facteurs environnementaux, contribuant ainsi à leur complexité. Au cours des dernières décennies, les changements globaux s'exerçant sur ces systèmes sont devenus si intenses, que la mise en place de réseaux d'observation à long-terme est devenue cruciale afin d'extraire les grandes tendances et de prédire les changements potentiels. La question de l'identification de la réponse spécifique de ces zones d'interfaces littorales reste cependant posée. En France, le suivi des paramètres physiques et chimiques des eaux côtières est assuré depuis 1997 par le programme SOMLIT (Service d’Observation en Milieu LIToral). L'objectif de cette thèse est de donc caractériser l'évolution physico-chimique, à l'échelle décennale, des systèmes côtiers français et d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique. Dans un premier temps, l'analyse de ces séries chronologiques montre que les systèmes côtiers français présentent une variabilité temporelle importante, liée en partie aux fluctuations hydro-climatiques à méso-échelle, mais également à des échelles plus régionales. Dans un deuxième temps, le développement d'une nouvelle procédure multivariée non paramétrique, aboutissant à la construction d'états de référence relatifs et à la détection rapide des changements, permet de quantifier le phénomène de fertilisation en nutriments. Il est montré que la fertilisation peut être fortement influencée par le forçage climatique. Dans un troisième temps, après soustraction de la part de variabilité climatique naturelle, des indicateurs de fertilisation anthropique sont proposés, permettant la quantification de l'impact des activités humaines sur les systèmes côtiers français. Ce travail propose une nouvelle approche qui permet de détecter dès que les données deviennent accessibles les perturbations potentielles dans tous types de systèmes, avec plus particulièrement pour objectif de répondre aux attentes, scientifiques et sociétales, d'une gestion adaptée des milieux côtiers
Covering only 8% of the World Ocean but with 85% of exploited marine resources, coastal systems are important areas for the exchange of materials and energy, playing a crucial role in biogeochemical cycles. Moreover, these environments are marked by strong spatial and temporal heterogeneity of environmental factors, contributing to their complexity. In recent decades, global change exerted on these systems has become so intense that the implementation of long-term monitoring programmes has become essential to extract major trends and predict potential changes. However, the identification of the specific response of these coastal systems remains posed. In France, monitoring of physical and chemical parameters of coastal waters is provided since 1997 by the programme SOMLIT (Service d'Observation en Milieu LITtoral). The aim of this PhD Thesis is therefore to characterize year-to-year variability in physic-chemical properties of the surface layer, at a decadal scale, of the French coastal systems, and to evaluate the respective influence of natural and anthropogenic variability. Firstly, the analysis of these time series shows that the French coastal systems exhibit significant temporal variability, due to hydro-climatic fluctuations at meso and regional scales. Secondly, the development of a new nonparametric multivariate procedure, resulting in the constitution of relative reference states for the rapid detection of changes, allows quantifying the fertilization in nutrient concentrations. Moreover, it is shown that fertilization can be strongly influenced by climate forcing. Thirdly, after the removal of natural climate variability, indicators of human fertilisation are proposed, allowing the quantification of the impact of human activities on French coastal systems. This study proposes a new approach to detect as soon as data become available, potential alterations in all types of systems, with the aim of meeting the scientific and societal assumptions and allowing the adaptive management of coastal environments

Les ondes internes (OI) se propagent dans des milieux stratifiés où elles déforment le gradient de densité et génèrent des courants horizontaux et verticaux. Dans l’océan côtier, différentes formes d’OI peuvent être observées en fonction du profil vertical de densité et des courants avec lesquels les ondes interagissent. Sur les plateaux continentaux les OI génèrent du mélange et du transport qui dépend des caractéristiques des ondes. Dans certaines régions du monde, les OI génèrent du transport comparable au mouvement d’upwelling. Le Golfe de Gascogne est un haut lieu de génération de marées internes et d'ondes internes non linéaires (ONLI). Dans le GdG les OI ont été uniquement caractérisées au large et leurs capacités de transport est inconnue. La première partie de la thèse présente la marée et des ONLI observée pendant 1 mois sur le plateau Aquitain du GdG dans ~60 et 150m de fond. La marée interne et les ONLI de mode 1 ont générés des courants plus de trois fois supérieurs aux courants de marée barotrope. Sous deux pycnoclines, nous avons observé la coexistence et l'interaction d'ONLI de polarités opposées. Dans une seconde partie, nous quantifions le transport côte large sur le plateau Aquitain (62 m de fond) et le plateau Armoricain (48 m de fond) en utilisant les isothermes comme coordonnées verticales d'intégration. Sur le plateau Armoricain, le transport total est dominé par le pompage par les ondes internes. Sur le plateau Aquitain, le transport par les ondes internes domine proche du fond
The Bay of Biscay (BoB) is a hot spot for the generation of internal tides and nonlinear internal waves (NLIW). Previous studies have focused mainly on the seaward propagation of internal waves, and less on the shoreward propagation. The shelf region can be affected by internal tides and NLIW transport. The shelf is a complex hydrodynamical region and processes of different scales modify the background stratification and currents. Therefore, internal waves transform as they propagate across the shelf. Internal wave transformation on the shelf and the induced transport remain poorly described worldwide, especially on the BoB shelves. In this thesis, we describe the internal tide and NLIW from mooring observations on the BoB shelf and the induced cross-shelf transport. First, we describe the internal tide and NLIW on the Aquitaine shelf using 22 days of measurements (at 62 and 153 m depth). The results highlight the unexpected importance of the internal tide and NLIW during summer-time stratified conditions. NLIW of depression and elevation, with amplitude reaching up to 1/4th of the water depth and propagating shoreward with different speeds were observed. We observed conditions in which depression and elevation waves coexisted within the same internal tide phase, and could potentially interact. The second part of the work is dedicated to crossshelf net transport, associated with internal waves, or internal waves pumping (IWP) on both the Aquitaine and the Armorican shelf. On the Armorican shelf, IWP was the main driver of total transport near the boundaries and counterbalanced the subtidal dynamics in the middle of the water column. On the Aquitaine shelf, the total cross-shelf transport was a combination of subtidal transport and IWP

L'acquisition de paramètres marins à partir des données spatiales de la couleur de l'eau nécessite l'élimination de la contribution de l'atmosphère au signal mesuré par le capteur. En effet, la majorité du rayonnement solaire mesuré par les instruments optiques dans les longueurs d'ondes qui intéressent la couleur de l'eau provient de la diffusion par les molécules de l'air et les aérosols atmosphériques. L'élimination de la contribution de l'atmosphère est appelée correction atmosphérique (CA). Pour les eaux claires, les méthodes de CA supposent une réflectance marine nulle dans le proche infra-rouge (PIR). Ceci permet d'estimer la réflectane de l'atmosphère et de l'extrapoler vers les bandes du visible, et donc de déterminer le signal marin qui contient les informations sur les propriétés optiques des eaux marines. Cette hypothèse n'est cependant pas vérifiée pour les eaux turbides, qui représentent la quasi totalité des eaux côtières. Par conséquent, de nombreux algorithmes de CA ont été développés pour les eaux côtières incluant des hypothèses alternatives. L'objectif de ce travail de thèse est de valider et d'améliorer ces méthodes de CA pour les images MODIS Aqua. Pour cela, diverses approches de CA développées pour les eaux cotières ont été comparées et validées : (1) l'algorithme standard de la NASA, (2) le "NIR Similary spectrum algorithm" qui inclut des hypothèes d'homogénéité spatiale des réflectances marines et atmosphériques, (3) l'algorithme qui utilise les bandes dans l'infrarouge moyen pour la CA dans les eaux très turbides, et (4) un algorithme utilisant un réseau de neurones artificiels. L'exercice de validation à partir de données in situ, et en fonction des types d'eaux, a permis d'identifier différentes pistes d'amélioration pour l'estimation du signal marin. L'un d'entre elles comprend l'utilisation de relations spectrales pour forcer les modèles de réflectances marines utilisés par les algorithmes CA pour estimer le signal marin dans le PIR. Des modifications ont été apportées aux modèles de réflectances marines de l'algorithme standard de la NASA et du "NIR Similarity spectrum algorithm". Chacun des modèles a été forcé avec des relations spectrales préalablement validées grâce à des données globales. Une étude de sensibilité et une validation de ces algorithmes modifiés à partir de données MODIS-Aqua dans la Manhe Orientale/Mer du Nord et la Guyane Française ont démontré que les modifications suggérées amélioraient les estimations du signal marin dans les eaux côtières optiquement complexes
To acquire marine parameters from remote sensing ocean color data, the sensor-measured signal needs to be corrected for the atmospheric contribution. Indeed, the solar radiation reflected by air molecules and atmospheric aerosols is significant in the sensor bands of interest for ocean color applications. The removal of the atmospheric contribution is called the atmospheric correction (AC). In open ocean waters, the AC relies on the assumption that the water is totally absorbent in the near infrared (NIR) part of the spectral region, allowing to retrieve the atmospheric contribution and to extrapolate it to the visible spectral range, and thus to determine the marine signal that contains the information on the optical properties of seawaters. However, this assumption is not valid in highly productive and turbid coastal waters. Hence, AC approaches for coastal waters need to rely on alternative assumptions. This Ph. D. thesis has as main objective to validate and improve these AC methods developed for contrasted coastal waters, with a focus on MODIS Aqua images. First, a validation and comparison of existing AC methods, relying on diverse assumptions and methods, is performed. Therefore, four commonly used AC methods are selected, (1) the standard NIR AC approach of NASA, (2) the NIR similarity spectrum AC approach including assumptions of spatial homogeneity in the water and aerosol reflectance, (3) the switching algorithm using the short wave infrared bands for AC in highly turbid waters, (4) an Artificial Neural Network algorithm. With the help of a validation exercise based on in situ data and as a function of the water type, several areas of improvement are delineated, including the use of spectral relationships to constrain NIR-modelling schemes. Modified NIR-modelling schemes are suggested for the standard NASA and NIR similarity spectrum AC methods. Both are forced with globally valid spectral relationships. Sensitivity studies and validation exercises, using MODIS-Aqua images in the Eastern English Channel/North Sea and French Guiana waters, are conducted showing that the suggested modified NIR-modelling schemes improve the estimations of the marine signal in contrasted coastal waters

En vingt ans, l'observation des oceans depuis l'espace a amene de grands progres dans la connaissance du milieu marin. L'etude des transports de materiaux dans l'estuaire de la gambie a partir d'images satellites spot presentee ici comporte deux etapes: la quantification des matieres en suspension, et la caracterisation de leurs mouvements. Ce deuxieme point peut s'envisager sous la forme d'une alliance reconnaissance de forme modelisation hydrodynamique. L'extraction de parametres de forme doit etre precedee d'un filtrage et d'une segmentation de l'image. L'iteration d'operateurs de lissage, alliee a une mesure du degre d'avancement du filtrage du bruit, a donne de bons resultats sur ces images a faible gradient. Ensuite, une comparaison d'operateurs de detection de contour a ete effectuee, en fixant objectivement le seuil definissant un point frontiere. La quantification des matieres en suspension requiert une approche multidisciplinaire: physique de l'atmosphere, optique, geochimie,. . . La simulation, par un logiciel specialise, de l'absorption et de la diffusion du rayonnement par les composants de l'atmosphere permet d'estimer les effets atmospheriques. En prenant en compte les effets de reflexion du rayonnement solaire sur les facettes des vagues, on peut alors calculer la reflectance marine intrinseque, qui est liee lineairement a la concentration de matieres minerales en suspension. Cette cartographie de la qualite des eaux est utilisee pour fixer les parametres d'une modelisation hydrodynamique de l'estuaire. Neanmoins, le manque d'informations fiables, concernant aussi bien les compositions de l'atmosphere et de l'eau que l'hydrodynamique, a d'importantes repercussions sur la precision des calculs de concentrations et sur la validite des situations simulees

L'objectif général de cette thèse est d'étudier les mécanismes de transport des déchets marins flottants ainsi queleur accumulation potentielle en Méditerranée, en s'appuyant sur la modélisation numérique de leur dérive ainsique sur des observations in-situ de leur distribution. La dynamique du transport des déchets marins y estnotamment analysée en terme d'échelles caractéristiques du bassin, en partant de la grande échelle jusqu'auxéchelles côtière et littorale.Dans un premier temps, l'examen d'un ensemble d'expériences Lagrangiennes numériques a permis d'identifierdans le bassin des zones probables d'accumulation non permanentes à grande échelle (Mansui et al., 2015a).L'impact à l'échelle côtière d'un courant de bord (Courant Nord) et des forçages atmosphériques sur ladistribution locale et l'échouage des déchets marins flottants a ensuite pu être estimé en utilisant notammentdes données originales recueillies en mer et à terre (Mansui et al., 2015b, en révision)
The main objective of this work is to study the floating marine debris transport mechanisms and their potentialaccumulation in the Mediterranean Sea, using numerical modelling and in-situ observations of debris. Thetransport dynamics is analysed in terms of typical scales in the basin, from the large scale to the coastal andlocal scales.First, the analysis of a Lagrangian experience data set show the potential existence of non-permanent and largeretention areas (Mansui et al., 2015a). In a second stage, the coastal impact of a boundary current (the NorthernCurrent) and atmospheric forcings on the local distribution and stranding of floating marine litter has beenestimated (Mansui et al., 2015b, under revision), using an original set of data combining offshore sightings andbeaching surveys

La structure verticale du mistral en zone côtière est étudiée dans le cadre des campagnes scientifiques MAP (automne 1999) et ESCOMPTE (été 2001). L'étude combine les approches observationnelles (exploitation des données de diverses plates-formes instrumentales disponibles en campagne), théoriques (application des théories existantes traitant des écoulements orographiques) et numériques (utilisation du modèle atmosphérique non hydrostatique RAMS) afin d'identifier les mécanismes originels du mistral. Le blocage en amont des reliefs, la canalisation, les pentes des reliefs, le contournement, les déferlements d'ondes, les sillages, la friction de surface induisent, sur les épisodes de fort mistral, une structure profonde ou en jet de basse couche selon l'orientation du flux synoptique. Si le forçage synoptique est faible, la convection et la brise de mer le rejettent de la couche limite atmosphérique ; la brise de terre l'accélère pour en faire un jet de basse couche nocturne
The vertical structure of the coastal mistral has been investigated in the context of the MAP (autumn 1999) and ESCOMPTE summer 2001) field campaigns. The study combines the observational (through the exploitation of the multi-platform data avalaible in both experiments), the theoretical (using the basic existing theories dealing with orographic flows) and the numerical (using the non-hydrostatic atmospheric model RAMS) approaches to point out the physical processes involved in mistral episodes. Upstream blocking, channelling, splitting, wave breakings, lee wakes, downslope and frictional effects result in a deep or a shallow structure according to the direction of the incident flow in strong mistral events. The daily weak mistral is lifted up above the atmospheric boundary layer by convection and sea breezes while the nighttime weak mistral is accelerated by land breezes as a nocturnal low-level jet

Les non-linéarités des ondes de surface, qui se caractérisent par leur aspect dissymétrique, sont reconnues comme l'un des principaux moteurs du transport de sédiments en zone littorale. Cependant, l'estimation du transport reste imparfaite, en partie du fait d’une description inexacte des non-linéarités de la vitesse de l'écoulement orbital. Les ondes infra-gravitaires, qui coexistent avec les ondes courtes en zone littorale, sont des ondes de longue période (20-200 s) associés aux groupes d'ondes courtes. Les mécanismes de génération, propagation et dissipation de ces ondes sont maintenant relativement bien compris, mais leur effet sur le transport sédimentaire est encore mal connu. Afin (i) d’améliorer les paramétrisations existantes des non-linéarités de vitesse et (ii) d’étudier le rôle des ondes infra-gravitaires dans le transport sédimentaire, de nouvelles expériences ont été réalisées dans deux canaux à houle, l’un avec un fond fixe et l'autre avec un fond mobile constitué de sédiments de faible densité. Les données obtenues avec ces modèles physiques ont été utilisés conjointement à des données de terrain et des simulations numériques pour étudier les deux sujets.}TEXT{}{Les paramétrisations classiques pour les non-linéarités de vitesse prennent seulement en compte l'influence de paramètres locaux (la hauteur de vague, la longueur d'onde et la profondeur d’eau), ce qui entraîne des erreurs importantes dans les estimations, en particulier les valeurs maximales de non-linéarité. Ce travail montre que les non-linéarités de vitesse ont aussi une dépendance avec des paramètres qui ne sont pas locaux: (i) la cambrure de vague et (ii) la largeur de la bande spectrale au large, ainsi que (iii) la pente de la plage. Une nouvelle paramétrisation est proposée, qui réduit d’environ 50% l'erreur sur les résultats obtenus avec les paramétrisations existantes. Les résultats expérimentaux obtenus dans le canal à houle avec un fond mobile montrent que des conditions de vagues avec la même énergie d'ondes courtes, mais avec une modulation basse fréquence différente, modèlent des profils de plage différents. L'influence des ondes infra-gravitaires sur le transport sédimentaire est mis en évidence par deux mécanismes distincts: (i) l’advection par les ondes infra-gravitaires de sédiment mis en suspension par l'action des ondes courtes, qui dépend de la hauteur des ondes infra-gravitaires et de leur phase par rapport aux groupes d'ondes courtes et (ii) les ondes infra-gravitaires modifient les non-linéarités des ondes courtes, que ce soit directement ou indirectement, par modulation de la hauteur de la colonne d'eau. Les variations morphologiques du haut de plage induites par les ondes infra-gravitaires sont associées à des changements du profil de la plage dans les zones de déferlement et de levée, en mettant en évidence le lien entre les différentes régions du profil transversal de la plage
Wave nonlinearities have long been recognised as being among the main drivers of sediment transport in the coastal zone. However, there are still significant errors in the prediction of this transport associated, partially due to inaccurate predictions of the velocity nonlinearities. The infragravity waves, which coexist with the short waves in the coastal zone, are long-period waves (with 20-200 s) associated to the short-wave groups. Their generation, propagation and dissipation mechanisms are already reasonably well understood, but their influence on sediment transport is still very poorly characterised. In order to (i) improve current predictions of velocity nonlinearities and (ii) investigate the role of infragravity waves in sediment transport, new experiments were carried out both in a fixed-bed wave flume and in a light-weight-sediment wave flume. The physical-modelling data set is used in combination with field data and numerical simulations for studying both subjects. Existing parameterizations of velocity nonlinearities account only for the influence of local wave parameters (e.g. wave height, wave length and water depth), which leads to considerable estimation errors, especially of the maximal values of nonlinearity. This work shows that the velocity nonlinearities depend also on non-local wave parameters: (i) offshore wave steepness, (ii) offshore spectral bandwidth and (iii) beach slope. A new parameterization is proposed, which reduces by about 50% the root-mean-square error relatively to former parameterizations. The experimental results in the light-weight-sediment wave flume demonstrate that wave conditions with the same short-wave energy, but different low-frequency modulation, shape different equilibrium beach profiles. The influence of the infragravity waves on the sediment transport is confirmed and depends on two different mechanisms: (i) advection of the short-wave suspended sediment by the infragravity-waves, which is dependent on the infragravity-wave height and phasing with the short-wave groups and (ii) modulation of short-wave nonlinearities by infragravity-wave motion, both directly and indirectly, through water-depth modulation. Changes in the beachface morphology induced by infragravity waves are connected to beach-profile changes in the surf and inner-shoaling zones, highlighting the existent link between the different zones of the cross-shore beach profile

Les deltas et les régions côtières constituent les sources les plus importantes d'eau douce et de matière en suspension vers le plateau continental puis le large, la compréhension de leur dynamique et de leur variabilité est donc cruciale. Cette thèse vise à mieux comprendre la variabilité spatio-temporelle de la dynamique estuarienne et océanique sous l'influence de forçages naturels et l'influence de cette variabilité sur le transport et devenir des sédiments le long du continuum estuaire - océan côtier du Fleuve Rouge au Golfe du Tonkin. Des observations in-situ collectées dans l'estuaire ont d'abord mis en évidence l'influence de la variabilité saisonnière et de la variabilité due à la marée sur le débit et sur le devenir des matières en suspension, en particulier le rôle du pompage tidal dans l'envasement de l'estuaire. Deuxièmement, un modèle hydrodynamique 3D réaliste, basé sur une configuration haute-résolution et un paramétrage optimisés et validés à partir de plusieurs jeux d'observations in-situ et de données satellitaires, a été utilisé pour l'étude de la circulation à l'échelle du Golfe du Tonkin. Cette configuration a préalablement été optimisée à l'aide de tests de sensibilité des solutions de marée à la bathymétrie et à la paramétrisation du frottement de fond. Les facteurs de la variabilité de cette circulation aux échelles journalière, saisonnière à interannuelle ont été identifiés. La variabilité du transport d'Ekman due à l'inversion saisonnière des vents de mousson a été identifiée comme le principal moteur de la circulation saisonnière, cette dernière pouvant être inversée (intensifiée) en été (hiver) par le passage de typhons. ENSO, l'Oscillation Arctique ou encore une forte activité cyclonique ont été identifiés comme les facteurs de la variabilité interannuelle. Des tests préliminaires avec un module de transport sédimentaire couplé au modèle hydrodynamique ont révélé l'importance, pour la représentation réaliste du transport de matière en suspension, de la composition du sédiment de fond et du paramétrage des coefficients d'érosion
Deltas and coastal regions deliver the largest inputs of freshwater and sediments to the shelf and open ocean, understanding water and sediment dynamics and variability in those regions is therefore crucial. The spatio-temporal variability of estuarine and ocean dynamics under the influence of natural forcings and their impact on sediment transport and fate was assessed along the Red River estuary - coastal ocean - Gulf of Tonkin continuum. First, in-situ estuarine observations evidenced the seasonal and tidal variabilities of flow and suspended matter, and showed in particular the role of tidal pumping in the estuary siltation. Second, a 3D realistic hydrodynamic model was set up and calibrated with various observations and satellite data. Beforehand, a high-resolution model configuration was implemented and optimized with sensitivity tests of the Gulf of Tonkin's tidal components to bathymetry and various bottom friction parameterizations. Third, the resulting optimized configuration was used to study the large scale Gulf of Tonkin circulation at daily, seasonal and interannual scales, and to identify the drivers of their variabilities. Ekman transport variability due to monsoon winds reversal drives the seasonal circulation, which can be reversed in summer by episodic typhoon events and intensified in winter. ENSO, strong typhoon activity and Arctic Oscillation have been identified as drivers of the interannual circulation variability. Lastly, preliminary tests with a sediment transport module coupled with the hydrodynamics model revealed the importance of the seabed composition and of the parameterization of the erosion coefficients

Dans cette thèse je me suis intéressée à l'observabilité de la variabilité de la dynamique océanique de surface du Golfe de Gascogne à partir d'observations satellite et in situ et de simulations numériques basées sur le code SYMPHONIE. Les objectifs sont d'améliorer notre connaissance des processus haute fréquence (de quelques heures à quelques jours) forcés par l'atmosphère et d'évaluer l'adéquation des outils disponibles pour l'observation et la représentation de ces processus. Dans une première approche, j'ai estimé la capacité d'un jeu de données altimétriques côtier à observer la variabilité de l'Iberian Poleward Current (IPC) durant l'hiver 2004. Les résultats ont montré qu'un tel jeu de données était capable de détecter les pulses de l'IPC et que l'altimétrie est un outil complémentaire aux observations de SST et in situ pour le suivi de l'IPC. Dans une seconde approche, j'ai étudié la réponse de l'océan au passage de la tempête Klaus du 24 janvier 2009 simulée par le modèle. J'ai caractérisé la réponse en température et salinité et les processus de mélange associés, la réponse en courant de surface et le phénomène de surcote. Le réalisme du modèle a été évalué par comparaison avec des observations satellites et in situ. Une part importante de mon travail a été accordée à l'amélioration des performances de ma configuration du modèle avec la réalisation de tests sur les paramétrisations.

Dans cette thèse je me suis intéressée à l'observabilité de la variabilité de la dynamique océanique de surface du Golfe de Gascogne à partir d'observations satellite et in situ et de simulations numériques basées sur le code SYMPHONIE. Les objectifs sont d'améliorer notre connaissance des processus haute fréquence (de quelques heures à quelques jours) forcés par l'atmosphère et d'évaluer l'adéquation des outils disponibles pour l'observation et la représentation de ces processus. Dans une première approche, j'ai estimé la capacité d'un jeu de données altimétriques côtier à observer la variabilité de l'Iberian Poleward Current (IPC) durant l'hiver 2004. Les résultats ont montré qu'un tel jeu de données était capable de détecter les pulses de l'IPC et que l'altimétrie est un outil complémentaire aux observations de SST et in situ pour le suivi de l'IPC. Dans une seconde approche, j'ai étudié la réponse de l'océan au passage de la tempête Klaus du 24 janvier 2009 simulée par le modèle. J'ai caractérisé la réponse en température et salinité et les processus de mélange associés, la réponse en courant de surface et le phénomène de surcote. Le réalisme du modèle a été évalué par comparaison avec des observations satellites et in situ. Une part importante de mon travail a été accordée à l'amélioration des performances de ma configuration du modèle avec la réalisation de tests sur les paramétrisations
We analyse the variability of winter upper circulation in the southern Bay of Biscay from satellite and in situ observations and numerical simulations based on the SYMPHONIE code. We aim to get a better insight on the high frequency dynamics (a few hours to a few days) due to atmospheric forcing and estimate the adequacy of available tools to observe and simulate these processes. We first determine whether a coastal altimetric dataset (based on TOPEX/Poseidon and Jason-1 alongtrack data) can detect occurrences of a slope current (the Iberian Poleward Current, IPC). The results show the ability of altimetry to monitor IPC pulses under any atmospheric conditions or when the SST signature is weak, that makes it as an essential component for the IPC observing system in addition to satellite SST and mooring data. Then, we analyse the ocean response to storm Klaus that occurred on January 24th 2009 and its representation in a numerical simulation. More specifically, we characterize the response in temperature and salinity and the vertical mixing processes, the response in surface currents and the surge associated to the windstorm. The realism of the numerical simulation to represent these processes is evaluated by comparisons with satellite and in situ observations. Besides, a large part of the study is dedicated to improve the numerical simulations making several tests on parametrisations

L'interaction des courants de marée barotrope avec les talus continentaux est à l'origine de la génération d'ondes internes. D'importants transferts d'énergie et du mélange y sont associés, permettant le maintien de la circulation océanique générale. La modélisation des marées internes de grande amplitude du golfe de Gascogne de la campagne MINT94 du SHOM est réalisée à l'aide du modèle 3D côtier SYMPHONIE. Les propriétés de génération et de propagation des marées internes semi-diurnes et quart-diurnes, l'origine des ondes non-linéaires, sont présentées suite au développement de l'outil d'analyse WEof (Wavelet Empirical orthogonal function). Il combine analyse en ondelettes (localisation temps-fréquence) et analyse en composantes principales (identification des structures physiques cohérentes). Des études de sensibilité sont présentées indiquant l'influence sur la marée interne des contributions suivantes: forçage par la marée barotrope, bathymétrie et stratification thermohaline.

Les deltas fluviaux sont des écosystèmes riches et vulnérables. Les apports de sédiments fluviaux assurent leur développement face à la subsidence et l’érosion induite par les agents marins. Les deltas sont principalement exposés à des crues et des submersions marines. Pourtant, ils restent des lieux stratégiques de peuplement, de production économique et d’enjeux géopolitiques, les rendant d’autant plus vulnérables et exposés aux risques. Cette thèse a pour objectif de cerner le fonctionnement passé et actuel de ces systèmes à partir de l’analyse de soixante deltas et d’une approche holistique systémique, à l’aide de données spatiales, environnementales et sociétales. Après l’étude de l’évolution côtière récente montrant une tendance à la diminution de la progradation de nombreux deltas, une classification conceptuelle et qualitative de la morphologie des deltas axée sur les influences fluviomarines a été conduite. La mise à jour de cette classification et la proposition de nouvelles approches, en termes de morphologie, de dynamique et de vulnérabilité, ont nécessité une revue des acquis antérieurs, une quantification de l’influence du fleuve, de la houle et de la marée, et une approche quantitative qui a mis en évidence la complexité des interactions. Le travail débouche sur une nouvelle classification quantitative et objective. La thèse compare aussi les réponses deltaïques à des perturbations exceptionnelles, montrant les limites de la résilience deltaïque. Elle renseigne sur l'impact anthropique sur ces espaces fragiles fortement dépendants de l’apport sédimentaire. Cet équilibre est d’autant plus fragilisé aujourd’hui par les impacts du changement climatique
River deltas are rich and fragile ecosystems. Deltas depend on fluvial sediment supply to balance natural subsidence and erosion caused by waves and currents. Deltas are mainly affected by river flooding, marine submersion. However, deltas are strategic sites of human settlement, economic hotspots, and geopolitical issues. This attraction increases the pressure, rendering these deltas more and more exposed to risks and vulnerable.The main objective of this thesis is to analyze the past and present functional dynamics of delta shorelines based on 60 of the world’s deltas and a holistic and systemic approach with spatial, environmental, and societal data. After the study of recent coastal evolution showing a tendency to decreasing progradation of many deltas, a conceptual and qualitative classification of deltaic morphology based on fluviomarine influences was conducted. Updating of this classification and the proposal of new approaches, in terms of morphology, dynamics, and vulnerability, have necessitated revisiting these older schemes, and the adoption of a methodological and interpretative approach aimed at quantification of the weight of each of these three parameters showing the complexity of the interactions. The thesis proposes a new quantitative and objective classificatory framework, including the human dimension. Finally, the thesis highlights the responses of deltaic shorelines to exceptional perturbations, and highlights the limits of resilience. The thesis advises over the impact of humans on these fragile coastal environments, the equilibrium of which strongly depends on sediment supply. This fragility is further exacerbated by the impacts of climate change

Les deltas fluviaux sont des écosystèmes riches et vulnérables. Les apports de sédiments fluviaux assurent leur développement face à la subsidence et l’érosion induite par les agents marins. Les deltas sont principalement exposés à des crues et des submersions marines. Pourtant, ils restent des lieux stratégiques de peuplement, de production économique et d’enjeux géopolitiques, les rendant d’autant plus vulnérables et exposés aux risques. Cette thèse a pour objectif de cerner le fonctionnement passé et actuel de ces systèmes à partir de l’analyse de soixante deltas et d’une approche holistique systémique, à l’aide de données spatiales, environnementales et sociétales. Après l’étude de l’évolution côtière récente montrant une tendance à la diminution de la progradation de nombreux deltas, une classification conceptuelle et qualitative de la morphologie des deltas axée sur les influences fluviomarines a été conduite. La mise à jour de cette classification et la proposition de nouvelles approches, en termes de morphologie, de dynamique et de vulnérabilité, ont nécessité une revue des acquis antérieurs, une quantification de l’influence du fleuve, de la houle et de la marée, et une approche quantitative qui a mis en évidence la complexité des interactions. Le travail débouche sur une nouvelle classification quantitative et objective. La thèse compare aussi les réponses deltaïques à des perturbations exceptionnelles, montrant les limites de la résilience deltaïque. Elle renseigne sur l'impact anthropique sur ces espaces fragiles fortement dépendants de l’apport sédimentaire. Cet équilibre est d’autant plus fragilisé aujourd’hui par les impacts du changement climatique
River deltas are rich and fragile ecosystems. Deltas depend on fluvial sediment supply to balance natural subsidence and erosion caused by waves and currents. Deltas are mainly affected by river flooding, marine submersion. However, deltas are strategic sites of human settlement, economic hotspots, and geopolitical issues. This attraction increases the pressure, rendering these deltas more and more exposed to risks and vulnerable.The main objective of this thesis is to analyze the past and present functional dynamics of delta shorelines based on 60 of the world’s deltas and a holistic and systemic approach with spatial, environmental, and societal data. After the study of recent coastal evolution showing a tendency to decreasing progradation of many deltas, a conceptual and qualitative classification of deltaic morphology based on fluviomarine influences was conducted. Updating of this classification and the proposal of new approaches, in terms of morphology, dynamics, and vulnerability, have necessitated revisiting these older schemes, and the adoption of a methodological and interpretative approach aimed at quantification of the weight of each of these three parameters showing the complexity of the interactions. The thesis proposes a new quantitative and objective classificatory framework, including the human dimension. Finally, the thesis highlights the responses of deltaic shorelines to exceptional perturbations, and highlights the limits of resilience. The thesis advises over the impact of humans on these fragile coastal environments, the equilibrium of which strongly depends on sediment supply. This fragility is further exacerbated by the impacts of climate change

L'observation passive de la surface marine, utilisant notamment comme source d'opportunité des signaux émis par les systèmes de positionnement par satellites (GNSS), constitue depuis quelques années un axe de recherche et de développement très dynamique. Plusieurs équipes de recherche ont déjà mis en évidence la pertinence de telles approches pour des observations aéroportées. Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la mesure passive utilisant les signaux de positionnement par satellites (GPS). Toutefois, le contexte précis de notre étude se focalisera sur les observations côtières réalisées à proximité de la surface (quelques mètres). La surface de mer ne peut plus, dans ce cas, se résumer à une surface immobile rugueuse. La diffraction des signaux GPS doit alors prendre en compte la déformation spatio-temporelle de la surface et le déplacement des vagues. L'analyse de ces signaux permet de mettre en évidence la variation temporelle de la surface, en identifiant le déplacement des principaux diffuseurs (crête de vague, objet flottant à la surface,...). Les mouvements auxquels il est fait référence sont très lents (de l'ordre du Hz) par rapport aux fréquences des ondes observantes (ordre du GHz). L'amplitude des déplacements reste limitée, ce qui induit des différences de retard très faibles. Toutefois, dans ce contexte délicat, nous avons mis en oeuvre des techniques de traitement de signal adaptées, qui mettent en évidence ces mouvements à partir des signaux d'opportunité diffractés. L'étude s'appuie, en particulier, fortement sur la théorie du filtrage de Kalman dans le plan Doppler-retard des signaux diffractés.