Дисертації з теми "Sédiments (géologie) – Transport – Méditerranée (mer)"

Les rivières représentent la principale voie de transport de la matière organique particulaire (MOP) du continent vers le plateau continental et sont capables de rejeter d'importantes quantités de cette matire organique lors d'événements de crue, courtes mais violentes, communément associées aux tempêtes d'Est. La matière terrestre délivrée par les rivières lors des événements de crue est stockée sur le plateau continental. Ensuite, les conditions hydrodynamiques survenant sur le plateau sont capables de transférer cette matière vers le bassin profond, le long de canyons sous-marins. Cette étude a permis d'évaluer simultanément les variations de quantité et d'origine de la MOP dans plusieurs rivires se déversant en mer Méditerranée NO lors d'un événement de crue, mais aussi dans les particules sédimentées de deux piges à particules déployés sur le flanc sud du canyon du Cap de Creus et dans les sédiments superficiels le long de 4 radiales perpendiculaires au plateau continental du Golfe du Lion, réalisés en Mars 2011. Les résultats obtenus nous aideront à comprendre les échanges terre-mer
Rivers represent the primary pathway for particulate organic matter (POM) transport from continent to the continental shelf and are capable of discharging significant amounts of this organic matter during the occurrence of short but violent flash flood events, commonly associated with eastern storms. Terrestrial matter delivered by rivers during flash flood events is stored into continental shelf. Then, hydrodynamic conditions occurring at the shelf are capable of transferring this matter to the deep sea along submarine canyons. This study has allowed to simultaneously assess the variations of the quantity and origin of the POM in several rivers discharging into the NW Mediterranean Sea during a flash flood event, in the settling particles of two sediment traps deployed into the southern flank of the Cap de Creus canyon; and in the surficial sediments along 4 transects perpendicular to the continental shelf during March 2011. The obtained results will help us to understand land-sea exchanges

La marge du Golo (est-Corse) est composée de plusieurs systèmes turbiditiques sous-marins sableux, de petite taille, localisés sous une faible profondeur d'eau (inférieur à 900 m). La quantité et la qualité des données (bathymétrie multifaisceaux, sismique très haute résolution, carottages) permettent de dé́crire l'architecture et la géométrie des corps sédimentaires, de déterminer les processus hydrodynamiques liés à la construction de la marge, d'en reconstituer la paléogéographie au cours du Quaternaire Terminal et d'en déterminer les facteurs de contrôle. La description de la structure interne et de la lithologie des lobes distaux sableux récents à cette échelle d'observation est nouvelle. En outre, l'échelle d'observation est similaire à celle qui est utilsée pour la description des systèmes fossiles à l'affleurement. Elle permet de caractériser les processus et les facteurs de contrôle, de l'édification d'un lobe sableux distal.

Obtenir des estimations précises des bilans sédimentaires sur le continuum terre-mer et comprendre comment ces bilans affectent la dynamique des littoraux est devenu un enjeu crucial dans le contexte actuel de montée du niveau marin et de recul du trait de côte. Les fleuves côtiers méditerranéens, du fait d’un caractère torrentiel lié à des événements météorologiques intenses, sont caractérisés par des épisodes de crues brefs mais violents durant lesquels la majorité du flux d’eau et de sédiments est apportée à la zone côtière en quelques jours. Ce mode de fonctionnement épisodique impacte également leurs embouchures qui peuvent se retrouver obstruées par le développement de flèche sableuse et conduire durant la concomitance des évènements de tempête et de crue à de fortes submersions en zone littorale.Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre le fonctionnement de ces embouchures intermittentes et leurs interactions avec les apports en sédiments des fleuves qui y sont associés selon un continuum terre-mer. Une approche spatio-temporelle multi-échelles (terre-mer) couplant des données d’observations morphologiques, hydro-météorologiques et de suivi du transport sédimentaire a été appliquée sur le fleuve Têt, un exemple de fleuve côtier méditerranéen. Les résultats ont permis de 1) mieux comprendre le fonctionnement de ce système d’embouchure intermittente régie par des processus auto-allocycliques et anthropiques, 2) améliorer les estimations de flux de matières en suspension, apporter les premières estimations de flux de sable en suspension et à proximité du fond ainsi que de comprendre le rôle de la morphologie sur leur transfert vers la zone côtière et 3) améliorer la compréhension des événements concomitants de tempête et de crue sur la dynamique de réponsemorphologique et du transport sédimentaire associé
Obtaining accurate estimates of sediment budgets on the land-sea continuum and understanding how these budgets affect coastal dynamics has become a crucial issue in the current context of rising sea levels and retreating coastlines. The torrential nature of mediterranean coastal rivers, linked to intense meteorological events, is characterized by brief but violent flooding episodes, during which most of the water and sediment discharge is delivered to the coastal zone in a few days. This episodic behavior of operation also has an impact on their river outlet as well, which can become obstructed by the development of sandy spits, leading to heavy flooding in coastal areas during concomitant storm and flood events. The aim of this thesis is to improve our understanding of intermittent river mouths processes, and to assess their interaction with the sediment transport in a land-sea continuum. A multi-scales (land-sea) spatio-temporal approach combining morphological, hydro-meteorological and sediment transport monitoring data was applied to the Têt River, an example of a mediterranean coastal river. The results provided with 1) a better understanding of the mechanisms at this intermittent river mouth system governed by auto-allocyclic and anthropogenic processes, 2) an improved estimates of suspended solids fluxes, provided by the first estimates of suspended and near-bottom sand fluxes, as well as understanding the role of morphology on their transfer to the coastal zone, and 3) an improved understanding of concomitant storm and flood events on the dynamics of the morphological response and the associated sediment transport

Les courants de turbidité dans les canyons sous-marins contribuent largement au transfert sédimentaire à travers des marges continentales. L’étude géologique des canyons sous-marins et des systèmes turbiditiques associés a permis des avancées fondamentales dans la compréhension de l’évolution des courants de turbidité.Ces études sont cependant limitées à des interprétations a posteriori, basées sur la répartition des dépôts et des évidences morphologiques. Cette thèse vise à l’application de la modélisation numérique des courants de turbidité, sur la base des processus physiques, à deux canyons sous-marins de la côte Méditerranée Occidentale.Des courants de turbidité liés au chalutage de fond sont modélisés dans le canyon de La Fonera. Les résultats du modèle permettent de spatialiser ce transport; ainsi le modèle peut être un point de départ pour l’identification de zones de pêche au chalut avec un moindre impact. L’absence d’un plateau continental au niveau de Nice a permis une alimentation continue du système turbiditique du Var indépendamment des variations du niveau marin. Ainsi ce système s’avère un laboratoire naturel pour l’étude du contrôle climatique sur l’activité turbiditique. L’influence des forces de Coriolis dans l’évolution spatiale des courants de turbidité et dans la construction de la Ride sédimentaire du Var est modélisée et mise en évidence pour la première fois.La modélisation numérique des courants de turbidité ne peut pas fournir à présent des résultats de qualité prédictive du fait de la quantité limitée d’information disponible pour établir les conditions initiales de l’écoulement qui impactent largement son évolution et dépôts. Malgré ce fait, la modélisation numérique permet d’élargir les interprétations du fonctionnement sédimentaire des canyons étudiés, d’identifier les chemins empruntés par les écoulements et leur dépôt final et de mieux préparer des cibles (mouillages et carottage) lors des campagnes à la mer
Turbidity currents in submarine canyons are the main contribution for sediment transfer across the continental margins. Geological studies of submarine canyons and associated turbiditic systems for more than 30 years led to an extraordinary breakthrough in the understanding of how turbidite systems evolve. However, these studies remain limited to a posteriori interpretations, based on the distribution of deposits and morphological evidences. The overarching aim of this thesis is to apply a 2DH process-based model to simulate large-scale turbidity currents on two different submarine canyons in the western Mediterranean coast.The work in La Fonera canyon, in the Catalan margin, focuses on the modelling of sediment transport and accumulation resulting from trawling activities on the canyon flanks. The numerical process-based provides a 3D visualization of potential trawling impacts on sediment dynamics. The study represents a starting point for the assessment of the sedimentary impact of bottom trawling in deep continental margins. The present work can help in the identification of trawling areas with lesser impacts. The Var Sedimentary System, located in the vicinity of Nice (France), is connected to the Var River during both low and high-stands and it can be considered as a natural laboratory for the study of the climatic control on the turbiditic activity. The influence of Coriolis forces on the spatial evolution of the hyperpycnal flows and hence in the construction of the Var Sedimentary Ridge (VSR) is evidenced and supported for the first time.The major drawback is the limited amount of information for the necessary initial and boundary conditions; hence modelling results might not be of predictive quality. However, modelling results provide a full-scale vision of the system allowing the identification of sediment pathways and deposition areas on the basis of physical processes and enlarge the present knowledge of the canyons studied. The results obtained may help in the identification of strategic mooring and coring sites to further advance the state of our knowledge on sediment dynamics of the different cases studies

La dynamique sédimentaire actuelle du banc du kaiser (mer celtique méridionale), étudiée sur la base de prélèvements sédimentaires et d'imagerie acoustique, est caractérisée par le transport d'une couverture sableuse d'épaisseur métrique sous l'action des courants de marée, et, au-dessus de -140 m, sous l'influence sporadique des courants de houle. Le transport sédimentaire résiduel régional est renforcé sur le flanc du banc faisant face au courant dominant, et inverse sur son flanc faisant face au courant subordonne. Lors de ruptures du régime stationnaire, le schéma de transport prédit un piégeage sur le banc des sédiments en transit vers la pente continentale. L'examen de profils sismiques très haute résolution montre que cette dynamique ne reflète pas la construction du banc, qui est essentiellement une forme d'érosion d'un édifice deltaïque à prédominance tidale, mis en place depuis le pliocène supérieur (tiglien) dans les premiers stades d'une transgression glacioeustatique au droit d'une vallée distributaire du fleuve manche. La transition entre les dépôts fluviatiles et deltaïques serait constituée par un ensemble estuarien scellant l'incision de la vallée et formant l'assise du delta. L'édifice deltaïque montre la progradation, sur des dépôts de shore face, d'un système d'embouchure constitue par une ceinture de méandres anastomoses. L'axe principal de drainage de ce système est parallèle à la direction du shore face et à l'axe de la vallée alluviale sous-jacente. Dans un contexte de plateforme externe, cette association de facies peut être considérée comme un possible modelé de réservoir pétrolier.

L'objectif de ce travail est d'étudier les apports atmosphériques de Pb à partir d'enregistrements environnementaux de Méditerranée occidentale. Le calcul des inventaires de Pb anthropique de plusieurs milieux de dépôts et la reconstruction temporelle des apports obtenus par un couplage du 210Pb et des isotopes stables du Pb est le moyen de valider ou de remettre en question l'enregistrement sédimentaire. Le sédiment de la pente continentale du Golfe du Lion révèle un inventaire moyen de Pb anthropique de 101 ±17 [micro]g. Cm-2 similaire à l'inventaire atmosphérique estimé en Camargue, soit 105±11 [micro]g. Cm-2. La reconstitution des apports de Pb anthropique dans ces mêmes sédiment obtenue par une modélisation prenant en compte la diffusion, rejoint les émissions anthropiques régionales au cours du dernier siècle dans la zone Ferrand (1996). Le sédiment de pente continentale est donc un intégrateur efficace et fidèle du signal de pollution atmosphérique, aussi bien du point de vue quantitatif mais aussi qualitatif. En mer d'Alboran, zone particulière de par sa situation géographique, sa situation climatique, sa situation météorologique, et son contexte hydrologique, l'inventaire sédimentaire moyen de Pb anthropique est de 153±47 [micro]g. Cm-2, soit 1,5 fois supérieur à celui du Golfe du Lion. L'étude des retombées atmosphériques actuelles, de particules sédimentaires de la colonne d'eau et de sédiments profonds des bassins Est et Ouest de la mer d'Alboran permet de montrer la continuité du signal isotopique entre ces trois compartiments et de définir les sédiments profonds comme susceptible de restituer le signal atmosphérique sur une plus ou moins longue période de temps
The aim of this work is to identified an environmental deposit able to have stored the atmospheric signal over large time-scale leaning our investigations on lead stable isotopes (206Pb, 207Pb, 208Pb) and radionuclide (210Pb, 137Cs, 239Pu, 240Pu) analysis. Owing to prior studies on anthropogenic lead sources, emission intensity and sedimentary accumulation, we choose to investigate the marine sediments of the Western Mediterranean. In the Gulf of Lions, the sedimentary accumulation is 101±17 [micro]g. Cm-2 high in good agreement with the atmospheric inventory estimate we made from saltmarshes of Camargue (105±11 g. Cm-2). The reconstructed lead accumulation through a modelling step coupling 210Pb and stable isotopes corroborates the regional anthropogenic emissions (Ferrand, 1996). Briefly, in this context of the marine sediments are a relevant proxy to study past lead atmospheric concentration over the last hundred years. In the Alboran Sea, the study area is less constrained and more complex in terms of climatic meteorological and hydrological conditions. The sedimentary inventory is of 153±47 [micro]g. Cm-2, 1,5 higher than in the margin sediments of the Gulf of Lions. The analysis of aerosols, sediments and settling particles evidences a continuity between the atmospheric signal and the sedimentary record. In spite of this encouraging results, the knowledge of the Alboran system is still too restricted in order to unambiguously conclude on accuracy of deep marine sediments of this area to study past atmospheric fallouts

Ce travail, basé sur l’analyse et l’interprétation de prélèvements (carottes kullenberg et calypso) calibrées avec des données acoustiques (sismique 3,5 kHz et multifaisceaux), propose une reconstruction du fonctionnement sédimentaire récent (derniers 250 ka) du système turbiditique profond du Nil (STPN). Pour cela, une étude stratigraphique détaillée et basée sur plusieurs outils a été nécessaire pour dater des séries sédimentaires riches en événements gravitaires et s’étendant sur plusieurs cycles glaciaire/interglaciaire. C’est l’établissement d’une écostratigraphie basée sur les assemblages de foraminifères planctoniques et calibrée avec des outils isotopiques et téphrochronologiques qui a permis d’atteindre une résolution d’étude proche de 2000 ans. Les résultats obtenus montrent que contrairement à la majorité des grands STP argilo-silteux modernes, alimentés par une source ponctuelle, le domaine profond de la marge nilotique comprend plusieurs éventails dont certains ont été alimentés en même temps. L’analyse détaillée des faciès et séquences sédimentaires a permis de mettre en évidence un fonctionnement sédimentaire lié aux conditions environnementales affectant le bassin versant du fleuve Nil et son delta. Ainsi, dans le STPN, le forçage climatique nuance le forçage glacio-eustatique classique et à l’origine des modèles stratigraphiques actuels. Les contrastes climatiques de l’Afrique nord orientale permettent notamment l’alimentation d’éventails turbiditiques pendant des périodes de haut niveau marin. Les crues majeures du Nil sont également à l’origine de processus de transport et de dépôt jusque-là peu documentés.

Ce travail a pour finalité la mise en place d'un modèle numérique de transport sédimentaire en Manche. La conception d'un tel modèle a nécessité l'identification des processus physiques, leur modélisation numérique et leur validation in-situ. Le domaine d'étude implique de modéliser le comportement mécanique d'un mélange hétérométrique de particules et particulièrement celui des grains fins au sein d'une matrice grossière. L'attention a été portée sur la caractérisation de ces processus par l'acquisition de données expérimentales et in-situ. Les données acquises dans des conditions hydro-sédimentaires comparables à celles rencontrées en Manche sont rares. Ainsi, un nouvel instrument et une méthode d'analyse d'images ont été spécifiquement conçus et mis en oeuvre in-situ dans le but d'observer et de quantifier la dynamique d'un mélange particulaire fortement hétérogène à l'échelle du grain et des fluctuations turbulentes. Les données obtenues ont été confrontées avec succès aux formulations existantes. Une d'entre elles a été choisie pour être adaptée. A partir de prélèvements stratigraphiques, la dynamique de transfert des particules fines dans un sédiment grossier et leur profondeur de pénétration ont pu être appréhendées. Le modèle de transport sédimentaire multiclasse multicouche, forcé par les vagues et les courants et prenant en compte le transport par charriage et en suspension a ainsi pu être appliqué à des scénarios réalistes en Manche
The purpose of this work is the implementation of a sediment transport model in the English Channel. The design of such a model requires the identification of the physical processes, their modelling and their in-situ validation. Because of the sedimentary particularities of the study area, modelling of the mechanical behaviour of a non uniform mixture of sediments and particularly of the fine grains within a coarse matrix is required. This study focused on the characterization of the relevant processes by acquisition of experimental and in-situ data. Data acquired in hydro-sedimentary conditions comparable to those found in the English Channel are scarce. A new instrument and image processing technique were specifically conceived and implemented in-situ to observe and measure, with a high temporal resolution, the dynamics of a strongly heterogeneous mixture of particles in a grain-size scale. The data collected compared well with several existing formulations. One of these formulations was chosen to be adapted. The transfer dynamics of fine grains in coarse sediments and their depth of penetration were acquired from stratigraphic samples. The sediment transport model deals with multisize grains and multi sedimentary layers, it is forced by swell and currents, and accounts for beadload and suspended load transports. It was applied to realistic scenarios for the English Channel

Les recherches entreprises dans le cadre de cette thèse ont permis de décrire, à l'échelle annuelle et interannuelle, les processus de transfert de matière de la couche océanique superficielle jusqu'aux sédiments de la Mer de Ross. Nous avons reconstitué a posteriori, à partir des observations sur les échantillons de pièges à particules, le cycle annuel de fonctionnement du système et nous avons également éclairci la relation temporelle entre les cycles annuels de la production primaire et de la sédimentation, ainsi que le rôle du zooplancton dominant dans le bassin en tant que contributeurs aux flux de carbone. Le suivi de la composition de la communauté planctonique au cours de la saison productive nous a permis d'identifier une relation entre la succession phytoplanctonique, conditionnée à son tour par l'hydrologie, les changements de composition dans les stocks superficiels de particules et la tendance du matériel particulaire à sédimenter. Globalement, le cycle annuel de la production primaire, la succession de différents assemblages phytoplanctoniques et la prédominance de différents modes de nutrition sont les facteurs principaux qui contrôlent les transferts particulaires vers l'interface sédimentaire. A ces aspects, caractérisés par une évolution annuelle plus ou moins récurrente, s'ajoutent d'autres facteurs, abiotiques et largement imprévisibles. Si à l'échelle de quelques mois on a pu voir que le déplacement vertical des surfaces isopycnes s'oppose à la sédimentation, à une échelle plus longue il est clair que les courants sont responsables, à travers l'advection, du découplage entre les flux dans les couches superficielle et profonde
The researches conducted in the framework of this thesis allowed to describe, on yearly and interannual time scales, the transfers of materials from the surface water column to the sediments of the Ross Sea. On the basis of the observations carried out on sediment trap samples, the annual biogeochemical dynamics of the system, the temporal relationships between productivity and sedimentation yearly cycles, the role of dominant zooplankters as contributors to carbon fluxes were clarified. We identified the relations among phytoplankton succession, affected by hydrology, changes in composition of the superficial particulate stocks, and the tendency of suspended matter to sink, by following the evolution of the plankton community throughout the austral summer. The annual cycle of primary productivity, the succession of different phytoplankton assemblages and the predominance of different feeding modes are the factors that globally control particulate transport to sediments. Besides these aspects, which are characterized by a relatively recurrent annual trend, other factors, abiotic and largely unforeseeable, appear to play an important role. On a time scale of months, the vertical displacement of isopycnal surfaces can hinder sedimentation, while on a longer time scale currents determine, through advection, the decoupling of fluxes in the surface and deep layers

Les activites et les flux de 210po et de 210pb ont ete mesures sur la fraction totale dans la colonne d'eau, sur du materiel collecte par des pieges a particules et sur du sediment. Le canyon du cap ferret (golfe de gascogne) et le canyon lacaze-duthiers (ouest du golfe du lion) sont des zones de focalisation importantes pour le 210pb. Le canyon du grand-rhone (est du golfe du lion) montre un bilan quasiment a l'equilibre dans les plieges, mais la focalisation est bien marquee au niveau du sediment. Pour toute la marge du golfe du lion, cette focalisation dans le sediment s'observe principalement sur la pente continentale et sur la vasiere mediane du plateau. Dans le canyon du cap ferret comme dans celui du grand-rhone, le 210pb et le 210po ont permis de caracteriser l'origine du materiel collecte par les pieges. Il provient pour sa majeure partie de deux sources. Une premiere source en surface, constituee de materiel issu de production biologique et de materiel lithogene. Une deuxieme source, plus profonde, liee a de la resuspension sur le haut de pente ou les interfluves. Les activites en 210po et 210pb dans les pieges ne montrent aucune relation avec la nature des constituants majeurs. L'adsorption de ces elements est prioritairement liee a la quantite de particules disponible. Sur chacune des pentes, les taux de sedimentation diminuent avec la profondeur d'eau. Ils varient de 0,4 a 0,06 cm/an dans le canyon du cap-ferret (400 a 3000 m de fond) et de 0,5 a 0,05 cm/an pour toute la marge du golfe du lion (50 a 2000 m)

Ce travail a été mené afin d’améliorer notre compréhension de la dynamique hydro-sédimentaire de l’avant-côte en régime macrotidal en adoptant une approche reposant sur des mesures hydrodynamiques in situ et la modélisation des transports sédimentaires, au large des plages macrotidales de la Côte d’Opale, en Mer du Nord, dans le Nord de la France. Trois sites assujettis à une influence significative du vent ont été réalisées à des profondeurs variant entre approximativement 5 et 10 m et montrant des tendances évolutives différentes (érosion, accrétion, stabilité). Des mesures hydrodynamiques (niveaux d’eau, houles, courants longitudinaux et transversaux) couplées à des mesures du vent, et de nombreux prélèvements de sédiments de fond. Les données obtenues lors de ces campagnes de mesures ont permis de réaliser des simulations de la dynamique sédimentaire dans les petits fonds à l’aide du modèle Sedtrans96 (Li et Amos, 2001) qui permet d’évaluer les flux sédimentaires sous l’influence combinée des vagues et des courants. Par ailleurs, les modèles de Yalin (1963) et de Grant et Madsen (1986) ont été utilisés pour étudier les cisaillements et l’entraînement des sédiments sur le fond. Ces résultats ont été comparés avec les vecteurs de transport sédimentaire potentiel simulés par le modèle de Gao et Collins (1992). Les résultats obtenus montrent que la circulation hydrosédimentaire est principalement longitudinale, en raison de l’action des deux phases longitudinales prépondérantes de la marée liées aux courants du flot et du jusant. Ils montrent en outre une variabilité spatiale concernant l’asymétrie entre ces deux phases longitudinales des courants due au forçage météo-marins mais aussi à des phénomènes locaux comme la complexité de la bathymétrie qui pourrait, par résonance, affecter l’onde de la marée et la distribution des vecteurs de l’ellipse des courants. En ce qui concerne la dynamique hydro-sédimentaire transversale, notre étude a montré que les mouvements sédimentaires transversaux ne se produisent que pendant la renverse des courants et ce, en raison de la faiblesse des courants de renverse et à des moments où l’action du vent et des vagues pourrait favoriser les apports sédimentaires vers la côte. Mais cette dynamique transversale implique aussi une évacuation des sédiments vers le large sous l’action de courants de compensation et de vague d’infragravité (entre0,03 et 0,003 Hz). Toutefois, l’obliquité de l’axe majeur de l’ellipse des courants par rapport à l’orientation du trait de côte pourrait aussi générer des écoulements transversaux sur l’avant-côte. Il convient toutefois de noter que les forts courants longitudinaux liés à la marée et parfois accentués par le forçage météorologique, constituent un « obstacle » longitudinal limitant les transports sédimentaires transversaux. Ceci est confirmé par la morphologie de l’avant-côte où les bancs sont régis d’une dynamique notamment longitudinale avec un faible déplacement en direction de la côte onshore
Three field campaigns were carried out in the nearshore zone of the Opal Coast, Southern North Sea, with the aim of improving our understanding of the hydrodynamics and sediment transport patterns prevailing on a macrotidal shoreface subject to significant wind influence. Three field sites, respectively subject to erosion, accretion and stability, were chosen and hydrodynamic conditions (water levels, waves, longshore and cross-shore currents) were monitored at depths ranging from 5 to 10 m together with bed sediment sampling under various wind forcing conditions. Simulation of sediment transport was carried out using the semi-quantitative grain-size vector model of Gao and Collins (1992) and the Sedtrans96 model of Li and Amos (2001). The models of Yalin (1963) and Grant and Madsen (1986) were used to calculate bed shear stress and sediment entrainment. The results highlight an essentially longshore sediment circulation system hinged on the regional bi-directional flood-ebb tidal pattern. Superimposed on this system is a spatially and temporally variable asymmetry pattern due to wind and wind-wave forcing and to the local bathymetry which is dominated by a complex system of tidal banks and ridges. The local bathymetry probably induces resonance phenomena that affect the tidal wave and tidal ellipse vectors. Cross-shore sediment transport processes only occur during tidal reversal phases, when negligible tidal current velocities give way to wind-forced currents and wave action favourable to onshore transport, qith offshore transport induced by bed return flows and infragravity waves (between 0,03 and 0,003 Hz). However, the obliquity of the major axis of the tidal ellipse relative to shoreline orientation may also generate cross-shore flows across the shoreface. It is important to note that the strong longshore tidal currents, sometimes reinforced by wind forcing, may annul cross-shore sediment transport. This is highlighted by the longshore morphology of the shoreface tidal ridges which appear to be subject to little onshore movement

Comprendre le mécanisme de saltation dans des zones à fort courant de marée tel que le Raz Blanchard est nécessaire pour l’exploitation hydroélectrique. Dans ces zones, le transport sédimentaire est caractérisé par le régime inertiel. Une approche expérimentale en chenal et une approche numérique de la saltation ont été utilisées. La modélisation de la saltation en chenal a été réalisée par le lâcher de sphères rigides dans différents écoulements sur une rugosité de fond fixe. Après avoir caractérisé le profil de l’écoulement, le déplacement des particules a été enregistré par caméra rapide afin d’identifier la hauteur et la longueur des sauts de particules, les angles et les vitesses d’impact et de rebond. Une loi reliant rugosité relative et ratio longueur / hauteur de saut est proposée, ainsi qu’une loi liant le paramètre de Shields et la hauteur de saut. Il est alors possible à partir de la connaissance du paramètre de Shields, de la rugosité de fond et du diamètre des particules sédimentaires présentes de prédire la hauteur et la longueur moyennes des sauts observés. Les résultats expérimentaux sont en accord avec les lois établies dans la littérature à partir de nombreuses études expérimentales et les complètent pour le régime inertiel. Ces propositions de lois ont modèle numérique de saltation périodique (Berzi et al. 2016). Puis elles ont été appliquées sur la zone d’étude du Raz Blanchard et ont mené à la réalisation de cartes simples, renseignant sur la caractéristique des sauts spécifiques à chaque position du Raz Blanchard
Understanding the mechanism of saltation in areas of high tidal currents such the Alderney Race, is needed to develop exploitation of hydrokinetics energy. In these areas, sediment transport is characterized by inertial regime. An experimental study in a channel and a numerical simulation are used. The principle consists to let spherical particles roll in different flows on a defined bed roughness. After having characterized the flow, we recorde the particles movement with a Fastcam in order to identify height and length of jumps, impact and rebound velocity and angle. A first law between relative roughness and length/height ratio is established, as well as a second law linking the Shields parameter and the height of the jumps. It is then possible, with the knowledge of theShields parameter, the bed roughness and the diameter of the sediments, to predict the mean jumps height and length. The experimental results are in agreement with the laws described in the literature, and complete them for the inertial regime. These proposed laws are then compared and completed by a numerical model of periodical saltation (Berzi et al. 2016). Finally, they are applied on the study area of the Alderney Race to carry out simple maps. These maps characterize the jumps in different places of the Alderney Race

L'objectif principal de cette thèse est de restituer l'évolution passée des moussons asiatiques au cours du Quaternaire et d’en évaluer leurs impacts sur l’érosion continentale et les transferts sédimentaires terre-mer, à partir de l’étude de carottes marines collectées dans la Baie du Bengale, l'ouest de la mer des Philippines et la mer d'Arabie. La stratégie scientifique mise en œuvre implique des analyses minéralogiques (argiles), sédimentologiques (granulométrie laser) et géochimiques (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr et εNd) afin de restituer les zones sources sédimentaires, les conditions d’érosion et de transfert sédimentaires à l’océan. Les analyses de la concentration en élément des terres rares et des valeurs de l’εNd ont également été faites sur des échantillons d’eau de mer et de foraminifères collectés dans la Baie du Bengale afin de contraindre l’utilisation de ce traceur dans un contexte de très forts changements saisonniers de débit des fleuves Himalayens. Cette stratégie nous a permis, entre autre, de restituer les précipitations de mousson du domaine ouest tropical Pacific au cours du Quaternaire et d’établir un lien avec l’évolution à long terme de la dynamique de circulation méridienne de type ENSO. Nous avons également apporté de nouvelles contraintes sur l’utilisation du traceur εNd dans les foraminifères de la Baie du Bengale en vue d’en restituer la dynamique passée de l’érosion himalayenne
The main objective of this PhD study is to reconstruct the evolution of the Asian monsoons during the Quaternary and their impacts on the continental erosion and sedimentary transfers from land to sea by the investigation of sediments cores collected in the Northern Bay of Bengal, the western Philippines Sea and the Arabian Sea. The implemented scientific strategy involves mineralogical (clay size fraction), sedimentological (grain-size laser) and geochemical (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and εNd) analyses in order to establish sedimentary sources, conditions of erosion and transfer of sediments to the Ocean. The analyses of the concentration of Rare Earth Elements (REE) and εNd were also made on seawater and foraminifera samples to better constrain the εNd as a proxy of weathering in a context of strong seasonal variations of sediment discharges by Himalayan rivers. Clay mineralogy and laser grain-size analyses have been conducted on sediments from core MD06-3050 collected on the Benham Rise (Philippines Sea). Siliciclastic grain-size results indicate variations of the relative proportion of three grain-size sub-populations corresponding to eolian dusts (EM2 about 9-11 μm) and Luzon rivers inputs (EM1 about 2-5 μm and EM3 about 19-25 μm). The long-term evolutions of the EM1/EM2 and smectite/(illite+chlorite) ratios permit to reconstruct variations of the contribution of detrital material deriving from the volcanic arc of Luzon and rainfall intensity of this tropical region. At long time scale, periods of intensification of monsoon rainfall on Luzon are associated to a reduction of precipitation on central China. These periods are also associated to an increase of the zonal gradient of sea surface temperatures on the equatorial Pacific Ocean suggesting a strengthening of El Niña conditions. These results highlight for the first time a strong role of the dynamics of the meridian circulation of ENSO on the long-term changes of rainfall of the tropical western Pacific during the Quaternary. In the Arabian Sea, clay mineralogy, siliciclastic grain-size, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio and εNd were analysed on Quaternary sediments of the IODP site U1457. Our results suggest a change in the relative proportions of sediments from the Deccan Trapps (smectite) and the Indus river (mainly illite and chlorite). Variability of sedimentary sources and sediment transport (turbidites activity) to the Indus Fan have been reconstructed and attributed to monsoon rainfall and the sea level variations. The concentrations of REE combined with εNd were analysed on seawater samples collected in June 2012 along a North-South cross section in the Bay of Bengal. We highlighted from normalized REE patterns that the contributions of dissolved REE from the Ganges-Brahmaputra river system was the main source of the dissolved REE of surface waters of the Bay of Bengal, whereas the desorption of lithogenic particles dominate the dissolved REE of the intermediate and deep waters masses. We then revalued the residence time of the dissolved REE in the Bay of Bengal. A comparison of εNd, obtained just before the increase of the Ganges-Brahmaputra river discharge inferred by Indian monsoon rainfall, with the results obtained by Singh and al. (2012) for seawater samples collected after the peak of river discharge, allowed us to highlight for the first time a seasonal variability of seawater εNd of the Bay of Bengal. εNd have been analysed on planktonic foraminiferas of core MD77-176 located at 1375 m water depth to reconstruct for the first time the seawater εNd record of the intermediate waters masses of northern Bay of Bengal for the last 27 kyr. This new seawater εNd record of the Northern Bay of Bengal give us new constrain for this proxy already used to reconstruct past changes of the Himalayan weathering

Les objectifs de cette thèse sont d’étudier la sédimentation dans des sous bassins privilégiés du Golfe du Mexique (Bassin de Pigmy et de La Salle) afin de reconstituer la variabilité des apports détritiques via le fleuve Mississippi au cours du dernier cycle climatique. Une approche intégrée couplant minéralogie, granulométrie, géochimie élémentaire et organique, dans un cadre chronostratigraphique précis, a permis de progresser dans la compréhension des relations entre les mécanismes climatiques de moyenne et haute latitude et l’hydrologie du domaine subtropical et de proposer des schémas d’interprétation du couplage océan-atmosphère. La minéralogie contrastée des zones en érosion drainées par le système fluviatile du bassin versant du Mississippi permet de contraindre les zones continentales qui vont successivement alimenter la sédimentation du Golfe du Mexique. Les modifications des sources détritiques ainsi mises en évidence au cours du dernier cycle climatique ont permis (1) de contraindre la localisation des zones de déstabilisation de la marge Laurentide et l’enchaînement des processus sédimentaires lors des décharges d’eau douce qui caractérisent la dernière déglaciation, (2) de mettre en évidence une modification du front de précipitations associée aux périodes de mégacrue du Mississippi lors des périodes interglaciaires et d’en déduire des informations sur le régime hydrologique et (3) de suggérer des schémas de transferts méridiens d’humidité contrastés lors des stades interglaciaires 1 et 5e, suggérant des configurations atmosphériques sensiblement différentes. La confrontation de ces résultats avec d’autres données paléoclimatiques a alors permis de proposer plusieurs modèles simples pour les interactions océan-atmosphère dans le Golfe du Mexique, basés sur les modifications des configurations atmosphériques (Jet Stream et ITCZ) et océaniques (extension de l’Atlantic Warm Pool) et confirme le rôle majeur de l’atmosphère comme vecteur de la variabilité climatique rapide
The objectives of this thesis are to study the sedimentary features of some basins of the Gulf of Mexico (Pigmy and La Salle basins) in order to reconstitute the variability of the detrital input via the Mississippi River during the last climatic cycle. An integrated approach coupling mineralogy, granulometry, and geochemistry (inorganic and organic), within a precise chronostratigraphic framework, allows to progress in the understanding of the relations between the mid- and high-latitude climatic mechanisms and the subtropical hydrology, as well as to propose synoptic models of the ocean-atmosphere coupling. The contrasting mineralogy of the zones drained by the catchment system of the Mississippi River watershed allows constraining the continental zones which will successively feed the sedimentation of the Gulf of Mexico. The modifications of the detrital sources revealed for the last climatic cycle enabled (1) to track down the localization of the zones of destabilization of the southern margin of the Laurentide Ice Sheet and the sequence of sedimentary processes during the freshwater discharges, which characterized the last deglaciation, (2) to highlight modifications of the precipitation front which were associated with episodes of large Mississippi River floods during interglacial times, and therefore, to deduce information on the hydrological regime, and (3) to suggest schematic models of meridian transfer of moisture contrasted during interglacial stages 1 and 5e, suggesting an appreciable difference in the atmospheric configurations. The confrontation of these results with other paleoclimatic records allowed to propose simple models of the atmosphere-ocean-continent interactions recorded in the Gulf of Mexico, which are based on the modifications of both the atmospheric configurations (Jet Stream and ITCZ) and oceanic (extension of Atlantic Warm Pool). These models confirm the major role of the atmosphere as a vector of rapid climatic variability

La convergence oblique des plaques tectoniques par rapports aux marges continentales conduit à la distribution de la déformation entre zones soulevées et zones en subsidence. Dans ce contexte, les mouvements verticaux peuvent être contrôlés par l’héritage structural et peuvent influencer l’architecture des dépôts sédimentaires de la plateforme continentale et du bassin profond. La sismique réflexion et la bathymétrie permettent d’imager les architectures des plateformes et du bassin profond. En Méditerranée Occidentale, la convergence Afrique-Eurasie et le contexte d’arrière-arc contrôle depuis le Miocène la déformation du domaine d’Alboran. La convergence oblique a conduit à la formation de grandes structures transpressives traversant le bassin et de couloirs décrochants Miocène réutilisant localement les limites des nappes chevauchantes mises en place lors de la collision Oligo-Miocène. Trois aspects sont développés dans cette thèse: 1) la caractérisation des structures tectoniques actives et Pléistocène associées au bassin de Nekor, un bassin périphérique du domaine d’Alboran situé sur sa marge sud, et la démonstration de l’importance de l’héritage Oligo-Miocène dans l’évolution de ce bassin, 2) le décryptage de l’architecture de la plateforme sédimentaire du bassin de Nekor, pour proposer un modèle d’âge des séquences de dépôts pour les derniers 500 000 ans, et enfin 3) la démonstration de l’influence de la segmentation de la marge par la tectonique sur la géométrie de la plateforme sédimentaire, l’histoire de l’évolution des plis et des failles décrochantes affectant le bassin profond depuis le Pliocène et la chronologie des structures décrochantes
The oblique convergence of the tectonic plates with respect to the continental margins leads to the distribution of the deformation between raised zones and subsidence zones. In this context, vertical movements can be controlled by the structural inheritance and can influence the architecture of the sedimentary deposits of the continental shelf and the deep basin. Seismic reflection profiles and high resolution bathymetry allow to image the continental shelf and the deep basin. In the western Mediterranean, the African-Eurasian convergence and the back-arc context have controlled the deformation of the Alboran domain since the Miocene. The oblique convergence led to the formation of large transpressive structures crossing the Alboran basin and Miocene strike-slips faults reusing locally the boundaries of the thrust sheet set up during the Oligo-Miocene collision. Three aspects are developed in this thesis: 1) the characterization of the Pleistocene tectonic structures associated with the Nekor basin, a peripheral basin of the Alboran domain situated on its southern margin, with an emphasis on the importance of the alpine inheritance in the evolution of this basin, 2) the decoding of the architecture of the Nekor basin sedimentary platform, to propose an age model of deposited sequences for the last 500 000 years, demonstrating the influence of the tectonic segmentation of the margin on the geometry of the sedimentary platform, 3) the history of the evolution of folds and faults affecting the deep basin from the Pliocene and the chronology of the tectonic structures from the Messinian Salinity Crisis to present-day

Cette thèse apporte de nouvelles perspectives sur la circulation profonde de l’Océan Austral et sur le cycle du CO2. Elle se base sur la signature géochimique et minéralogique de la fraction terrigène des sédiments récupérés dans le secteur Atlantique Sud (carotte MD07-3076Q) et Indien Sud (MD12-3396Q) de l’Océan Austral.Une étude préliminaire des propriétés géologiques des sources potentielles de sédiments pour l’Océan Austral, ainsi que l’étude des processus de transports impliqués de l’émission d’une particule à son dépôt sur les fonds marins a été cruciale à la réalisation d’une étude de provenance dans cette zone complexe. Ces informations préliminaires ont démontré la nécessité de travailler sur plusieurs fractions granulométriques dans l’Atlantique Sud pour pouvoir retracer efficacement les différentes masses d’eau. Une telle approche a permis : (1) l’identification de la provenance de différentes fractions granulométriques ; (2) l’assignation de chaque fraction granulométrique à une masse d’eau spécifique ; (3) la reconstruction de l’évolution passée des principales masses d’eau profondes ; (4) de reconstruire les changements paléoenvironnementaux en Amérique du Sud pendant l’Holocène.De manière générale, nos données supportent les conclusions dessinées à l’aide d’autres proxys avec un Océan Atlantique Sud dominé par les masses d’eaux de l’hémisphère sud (i.e. AntArctic Bottom Water, AABW, et Circumpolar Deep Water, CDW) pendant la dernière période glaciaire, et un Océan Atlantique Sud dominé par les masses d’eau de l’Atlantique Nord (North Atlantic Deep Water, NADW) à partir du Bølling Allerød (B/A).De plus, cette thèse a permis de faire la distinction entre les AABW et l’ACC (Courant Circumpolaire Antarctique, qui comprend la CDW) dans les deux secteurs étudiés de l’Océan Austral. Cela a rendu possible la quantification de la contribution relative à la sédimentation des principales masses d’eau dans chaque secteur (i.e. AABW, CDW, et NADW dans le secteur Atlantique Sud ; ACC et AABW dans le secteur Indien Sud). Grâce à cette distinction, il a été possible de fournir des évidences d’activités encore inconnues de l’AABW au court du temps, et d’étudier les interactions dynamiques entre les AABW et la CDW dans le secteur Atlantique Sud de l’Océan Austral. Cette étude démontre que les évènements d’Heinrich (HE) 1, 2, et 3 sont précédés par une modification de la circulation profonde de l’Océan Austral. En particulier, ces modifications sont associées à une augmentation significative de la contribution de l’AABW à la sédimentation. De ce fait, ce travail met en lumière l’idée qu’un changement de la circulation profonde dans l’Océan Austral peut jouer un rôle, ou même déclencher les HE. Nos données indiquent également que, même si aucun changement dans le CO2 atmosphérique n’est observé pendant l’HE 2, la turbulence était plus forte pendant l’HE 2 que pendant l’HE 1. Cela suggère que les échanges entre l’océan profond et l’atmosphère pourraient avoir été coupés en raison de la présence d’une barrière dynamique/physique résultant de conditions prévalant en raison de la faible obliquité pendant la dernière période glaciaire. A la toute fin de cette dernière période glaciaire, nos données indiquent un « pulse » de la vitesse et de l’extension vers le Nord de la AABW dans le secteur Atlantique de l’Océan Austral. Ce "pulse" est concomitant de la première augmentation de la ventilation enregistrée dans la même carotte de sédiment et se termine avec le début du stadial d’Heinrich (HS) 1, une période d’augmentation du CO2 atmosphérique. Ces observations suggèrent que cette rapide incursion de la AABW dans l’Océan Atlantique Sud serait responsable de la rupture de la barrière physique/dynamique séparant l’océan profond, riche en CO2, et la surface, permettant ainsi l’échange entre ces eaux riches en CO2 et l’atmosphère pendant l’HS 1, et donc l’augmentation du CO2 atmosphérique pendant la dernière déglaciation
This PhD thesis provides new insights into both the deep Southern Ocean circulation and CO2 cycle based on geochemical, radiogenic isotopes and clay mineralogical signatures of the terrigenous fractions transported by the main deep-water masses using sediment cores recovered in the South Atlantic sector (core MD07-3076Q, central South Atlantic) and in the South Indian sector (core MD12-3396Q) of the Southern Ocean.A careful preliminary study of the geological properties of the potential sediments sources to the Southern Ocean and of the source-to-sink transportation patterns of detrital particles was crucial to develop a well constrained provenance study in this rather complex area. These preliminary data demonstrated that it was absolutely necessary to work on distinct grain-size fractions in the South Atlantic Ocean in order to efficiently track different water masses. Such an approach successfully permits: (1) provenance identification of the various grain-size fractions (clay, cohesive silt and sortable silt); (2) an assignment of each grain-size fraction to a specific water-mass; (3) the reconstruction of the main deep water-mass pathways past changes, (4) to reconstruct paleoenvironmental changes over South America during the Holocene.Overall, our data support the conclusions drawn using other proxies: Strong southern deep-water masses (i.e. AntArctic Bottom Water, AABW, and Circumpolar Deep Water, CDW) and weak southern North Atlantic deep-water (NADW) prevailed during the last glacial period. The transition from this glacial state to the modern period likely happened during the Bølling Allerød (B/A) with: (1) a southward migration and a deepening of the NADW into the South Atlantic sector of the Southern Ocean, (2) a retreat to the South and a slowdown of the southern deep-water masses.In addition, this study successfully permits the distinction between the AABW and the ACC (that includes CDW) in both sectors of the Southern Ocean. This enabled the quantification of the relative contribution to sedimentation of all the main deep-water masses in each sector (i.e. AABW, CDW and NADW in the South Atlantic sector; ACC and AABW in the South Indian sector). Thanks to this distinction, it was possible to provide evidences of previously unknown AABW activities through time, and to study the dynamical interactions between the AABW and the LCDW in the South Atlantic sector of the Southern Ocean. We show that Heinrich Events (HE) 1, 2 and 3 are preceded by a modification of the Southern Ocean overturning circulation, and especially associated to a significant increase in AABW contribution to sediment deposition. Consequently, this work highlights that a change in the Southern Ocean overturning circulation can play a major role or even trigger the Heinrich Events. Our data also indicates that the turbulent mixing was stronger during HE 2 than during HE 1, even though HE 2 is muted in atmospheric CO2 records. This suggests that the exchanges between the deep ocean and the atmosphere might have been disabled due to dynamical/physical barrier resulting from background conditions involved by low obliquity during the last glacial period. At the very end of this glacial period, our data indicate a substantial “pulse” of AABW speed and northern extent in the South Atlantic sector of the Southern Ocean. This "pulse" is concomitant with the first increase of the ventilation recorded in the same sediment core and ends with the beginning of the HS 1, a period of rising atmospheric CO2. These observations suggest that this rapid incursion of AABW into the South Atlantic Ocean may be responsible of the breakdown of the physical/dynamical barrier between the deep CO2-rich ocean and the surface, enabling the exchange between these CO2-rich waters and the atmosphere during the HS 1, and thus, the rise of atmospheric CO2 during the last deglaciation

La première partie de ce travail concerne l'origine, la nature et la distribution des hydrocarbures présents dans les sédiments superficiels côtiers entre le delta du Rhône et le port de Cassis. Les teneurs en hydrocarbures totaux sont comprises entre 10 mg.kg-1 à 260 mg.kg-1 séd. sec. Seule la station 21 (émissaire de Cortiou) a un taux d'hydrocarbures très élevé (1067 mg.kg-1 séd. sec) comparativement aux autres stations.Nous avons montré que les hydrocarbures présents dans les sédiments avaient des origines multiples : biogène (apports terrestres et organismes marins) pétrolière (rejets pétroliers), hydrocarbures saturés et pyrolytique (résidus de combustion naturelle ou de combustion pétrolière).La deuxième partie traite d'une expérimentation de contamination artificielle en condition in situ par 20 m de profondeur dans le Golfe de Fos. Nous avons étudié l'évolution des hydrocarbures au bout de 1220 jours sur le site « HycarFos » à l'aide de carottiers fortement contaminés par du BAL 250 (20 g.kg-1 séd. humide).Les principaux résultats de cette étude montrent une disparition importante des hydrocarbures saturés au bout de 1220 jours avec une disparition préférentielle des n-alcanes par rapport aux alcanes ramifiés. Cette évolution est très nette dans les sédiments de surface (0-4 cm) mais également, à un degré moindre, dans les sédiments plus profonds (8-10 cm). Nos résultats sont en parfait accord avec ceux relatifs à l'évolution des hydrocarbures déversés massivement après un naufrage tel que celui de l'Amoco-Cadiz en 1978 sur les côtes bretonnes ou celui de l'Exxon Valdez en1989 sur les côtes d'Alaska
The first part of this work concerns the origin, the nature and the distribution of hydrocarbons present in the coastal surface sediments located between the delta of the Rhone and Cassis harbor. Total hydrocarbons levels ranged from 10 mg.kg-1 to 260 mg.kg-1 sed dry weight. Only station 21 (Cortiou outfall sewer) has a very high hydrocarbon content (1067 dry mg.kg-1 sed. dry weight) compared to the other stations. Origins of hydrocarbons in surficial sediments are multiple : biogenic (terrestrial inputs, marine organisms), anthropogenic (petroleum contamination) and pyrolytic (residues of natural or anthropogenic combustions) The second part of the work deals with a study of the fate of oil in infralittoral coastal sediments. A field experimentation of artificial contamination has been conducted by 20 m of depth. We studied the evolution of hydrocarbons during a 1220 days period using PVC cores with or without a massive addition of crude Arabian Light oil (20 g.kg-1 sed wet.).The results of this study show clearly an important disappearance of saturated hydrocarbons after 1220 days with a preferential disappearance of n-alkanes compared to branched alkanes. This evolution is very well marked in the surface sediments (0-4 cm) but also, at a least degree, in the deeper sediments (8-10 cm). Our results are in good agreement with those related to the evolution of hydrocarbons in highly contaminated sediments by oil spills such as the Amoco-Cadiz in 1978 on the Brittany coasts or the Exxon Valdez in 1989 on the Alaska coasts

Les eaux du Golfe du Mexique (GOM) jouent un rôle important dans le systéme climatique global car elles Intluencent les propriétés hydrologiques du Gulf Stream (GS), courant océanique chaud de surface faisant partie Intégrante de la circulation thermohaline (THC). Au cours du dernier cycle climatique, d'énormes écoulements d'eau douce, provenant de la fonte de la calotte Laurentide sur le continent-nord américain, se sont déversées au sein du GOM. moditiant ses caractéristiques hvdrologlques et donc celles du GS. Ces perturbations auraient pu, en altérant la THC, affecter le systéme climatique. La compréhension des transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique s'avére donc primordiale. En connaissant les principales sources continentales, les facteurs influençant le transport (réalisation de cartes de répartition des minéraux argileux sur le continent nord-américain et dans les sédiments du GOM) et la sédimentation (par modélisation analogique) du matériel terrigéne fin, l'étude des enregistrements sédimentaires (minéralogie des argiles, granulométrie ) et isotopiques ([delta]18O) de deux bassins du nord du GOM (Bassins d'Orca et d'Humphrey) a permis d'appréhender les transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dcrnier cycle climatique. La variabilité des apports détritiques du Mississippi et des fleuves du sud-ouest des États-Unis a pu être reliée aux variations paléo-environnementales (fonte de la calotte Laurentide et des glaciers des Montagnes Rocheuses) et paléoclimatiques (modifications des transferts d'humidité depuis le GOM vers le continent) qui affectent le continent nord-américain
The Gulf of Mexico (GOM) is a key area for the global thermohaline circulation (THC) and for the global-climatic system, since its hydrological characteristics (hlgh salinity and temperature) partly control Gulf Stream physical properties. Dunng the last climatic cycle, GOM hydrology was impacted by episodic freshwater inputs via the Mississippi River resulting from intermittent meltmg of the Laurentide Ice Sheet (LIS). The resulting salinity changes affected the THiC. global heat exchange and worldwide climatie conditions. Direct effeets of these freshwater supplies on the GOM paleoceanography have been documented studying the planktonic foraminifera [delta]18O evolution By contras!. terrigenous inputs associated with these meltwater pulses are poorly understood. These detrital fractions are. however. IIkeiv to provide information on the link between continental and marine records during the last climatic cycle. An overview of the main continental detrtital source areas, of the dominant factors controlling clav minerai transport patterns (by drawing clay minerai distribution maps in the US and northem GOM) and of thin terrigenous particle sedimentation in the GOM (by analogical modeIing), lays the groundwork for the use of clay-minerai assembiages for understanding the connection between North America and the GOM. The downcore investigations of sedimentary (clay mineralogy, grain-slze . .) and isotopic ([delta]18O) records ln two minibasins of the GOM (Orca Basin and Basin 4) allow us to explain the fluvial inputs variations, during the last climatic cycle, by paleoenvironmental (ice meltback) and paleocllmatic (atmospheric circulation) fluctuations that affected North America

Les eaux du Golfe du Mexique (GOM) jouent un rôle important dans le système climatique global car elles influencent les propriétés hydrologiques du Gulf Stream (GS), courant océanique chaud de surface faisant partie intégrante de la circulation thermohaline (THC). Or, au cours du dernier cycle climatique, d'importantes arrivées d'eau douce en provenant de la fonte de la calotte Laurentide sur le continent-nord américain, ont modifié les caractéristiques hydrologiques du GOM. Ces perturbations auraient pu, en altérant la THC, affecter le système climatique. La compréhension des transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique s'avère donc primordiale. En connaissant les principales sources continentales, les facteurs influençant le transport (réalisation de cartes de répartition des minéraux argileux sur le continent nord-américain et dans les sédiments du GOM) et la sédimentation (par modélisation analogique) du matériel terrigène fin, l'étude des enregistrements sédimentaires (minéralogie des argiles, granulométrie?) et isotopiques (d18O) de deux bassins du nord du GOM (Bassins d'Orca et d'Humphrey) a permis d'appréhender les transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique. La variabilité des apports détritiques du Mississippi et des fleuves du sud-ouest des Etats-Unis a pu être reliée aux variations paléo-environnementales (fonte de la calotte Laurentide et des glaciers des Montagnes Rocheuses) et paléoclimatiques (modifications des transferts d'humidité depuis le GOM vers le continent) qui affectent le continent nord-américain.

Cette thèse présente une étude multi-échelle du rôle des vagues, du niveau de la mer et des infrastructures humaines pour comprendre l'évolution à long terme des 400 km de côte sableuse dans la Baie du Bénin (Golfe de Guinée, Afrique de l'Ouest). La morphologie côtière et les forçages océaniques sont mesurés au niveau local par un système d'observation vidéo et au niveau régional par télédétection satellite. De nouvelles améliorations des techniques vidéo montrent le potentiel des systèmes vidéo dans l'estimation journalière du profil de la plage, des vagues et du niveau de la mer à la côte. Les résultats révèlent l'influence dominante des vagues sur la variabilité côtière aux échelles événementielle (journalière) et saisonnière, tandis qu'aux échelles intrasaisonnière et interannuelle, le trait de côte est modulé de manière dominante par les changements du niveau de la mer. Sur des périodes plus longues (décennies), les influences anthropiques, telles que les ports en eau profonde et la réduction des flux sédimentaires fluviaux (à l'exemple de la Volta et le Niger) due aux barrages, modifient considérablement le transport sédimentaire, conduisant à l'apparition de plusieurs zones d'érosion. Ces observations à long terme sont reproduites de manière satisfaisante par le modèle de trait de côte mis en œuvre, en particulier à proximité des ports, et permettent d'estimer, par exemple, la quantité de sédiments nécessaire pour limiter l'érosion en aval du port de Lagos. Outre leur intérêt fondamental, ces résultats constituent un cadre solide pour l'amélioration des politiques côtières dans la région
This thesis presents a multi-scale investigation of the role of waves, sea level and human settlements to understand long-term coastal evolution of the 400-km long sandy Bight of Benin coast (Gulf of Guinea, West Africa). Coastal morphology and its ocean drivers are monitored using local shore-based video camera and regional satellite remote sensing. New video developpements show the potential of video camera in sensing daily beach profile, waves and sea level at the coast. The results reveal the dominant influence of waves on shoreline variability at the event (daily) and seasonal scales, whereas at the intraseasonal and interannual scales, the shoreline is dominantly modulated by sea level changes. Over longer periods (decades), anthropogenic influence, such as deep water harbours and the reduction of sediment river (such as Volta and Niger) discharge due to dams significantly alter sediment transport, creating several erosion zones. These observations over the long term are satisfactorily reproduced by the implemented shoreline model, specially in the vicinity of the harbors, and allows to estimate, for example, the amount of sediment nourishment necessary to limit erosion downstream of Lagos harbor. Beside their fundamental interest, these results put strong basis to improve regional coastal policies

Cette thèse traite de la morphodynamique pluri-décennale des environnements sableux soumis à l’action combinée des courants de marée et des vagues. Dans ces travaux, une approche de modélisation numérique basée sur les processus hydro-sédimentaires est utilisée, celle-ci étant combinée à des données collectées au sein du laboratoire LIENSs au cours de ces dernières années sur différents sites ateliers (i.e. données bathymétriques, hydrodynamiques, et sismiques). Afin de réaliser des simulations morphodynamiques de ce type d’environnement côtier, deux principaux développements ont été apportés au modèle : (1) la prise en compte de l’hétérogénéité granulométrique du sédiment, et (2) le calcul de l’évolution du fond suivant un schéma numérique basé sur le formalisme WENO et adapté à un maillage de type non-structuré. La première application du système de modélisation a concerné l'évolution rétrospective du banc de sable estuarien de la Longe de Boyard, situé en baie de Marennes-Oléron, sur la période 1960 à 2000. Les résultats de ce travail ont tout d'abord montré qu'en dépit de la morphologie globale du banc indiquant une dominance de la marée, la contribution des vagues était essentielle pour expliquer son évolution pluri-décennale. La rythmicité de l’accrétion sédimentaire observée et simulée dans la partie sud du banc a ensuite pu être analysée d'un point de vue stratigraphique, grâce à la prise en compte de l'hétérogénéité granulométrique du sédiment dans le modèle. Le lien entre la rythmicité des variations granulométriques du sédiment dans cette zone et la saisonnalité du climat de vagues a ainsi été mis en évidence. La seconde application du système de modélisation a concerné l’évolution de la flèche sableuse d'Arçay, située sur le littoral vendéen. Les résultats de simulation morphodynamique suggèrent que l’évolution de cette flèche, principalement contrôlée par les vagues, présente un comportement combinant allo-cyclicité et auto-cyclicité
This work considers the pluri-decadal morphodynamic modeling of sandy coastal environments subjected to tides and waves. A process-based numerical model is used, together with a collection of field data from the LIENSs laboratory (i.e. bathymetric, hydrodynamic, and seismic data). To simulate the morphodynamic of these environments, two main numerical developments have been added to the model : (1) the sediment heterogeneity, and (2) the bed evolution computation following a WENO-based scheme adapted to unstructured grids. The first model application concerns the 40-year hindcast (period 1960 to 2000) of a wide estuary mouth sandbank located in the Marennes-Oléron bay : the Longe de Boyard sandbank. Numerical results suggest that this sandbank long-term evolution is strongly controlled by waves, in spite of its global tide-dominated morphology. Rhythmic nature of sediment accretion, which is observed and modeled in the south part of the bank, was then analyzed from a stratigraphic point of view thanks to the integration of sediment heterogeneity into the model. Grain size rhythmic variations in this area appeared to be related to local wave climate seasonality. The second model application considers the Arçay sandspit evolution (Vendée coast). Morphodynamic results suggest that this sandspit evolution, mainly controlled by waves, is characterized by a combination of both autogenic and external-influenced behaviors

Les processus hydrodynamiques et sédimentaires subtidaux sont étudiés en Manche au niveau du détroit du Pas-de-Calais et de son littoral méridional, et de la Mer d'Iroise et de la Baie de Douarnenez, à travers diverses modalités d'influence de l'hétérogénéité spatiale des sédiments de fond, de la houle via son interaction avec le courant en couche limite de fond et du vent. Une procédure nouvelle d'interpolation spatiale des distributions granulométriques permet de respecter l'hétérogénéité du substrat. L'approche méthodologique combine et confronte mesures de terrain et modélisation numérique. La modélisation, couplant des codes de circulation 3D (COHERENS) et de propagation de houle (SWAN), incorpore des modules de transport sédimentaire non-cohésif multiclasse, un module spécifique d'interaction houle-courant et diverses paramétrisations liées aux rides sableuses de fond (géométrie, coefficient de frottement), ainsi qu'un calcul optimisé du dépôt à l'interface eau-sédiment. La comparaison des prédictions numériques aux mesures recueillies le long du littoral méridional du détroit du Pas-de-Calais montre les interactions entre la bande littorale de sables fins envasés et la variabilité spatio-temporelle de l'hydrodynamique en conditions de courant de marée seul et superposé à une houle de Nord. La modélisation est ensuite appliquée à l'ensemble de la Manche orientale et centrale. En Baie de Douarnenez, l'analyse locale débouche sur une modélisation des influences respectives des courants de marée seuls, d'une houle de tempête superposée aux courants de marée et du vent. Enfin, une étude théorique des effets d'un cap sur la formation des bancs en drapeau est présentée.

Nos connaissances et notre compréhension de la dynamique sédimentaire des plages macrotidales sont encore limitées de nos jours en raison d'un manque de données lié à la plus faible proportion de ces plages à l'échelle mondiale. Trois plages macrotidales à barres et à bâches du littoral de la Côte d'Opale dans le Nord de la France ont été choisies pour mener cette étude. Elle se base sur trois approches différentes visant à caractériser (1) le régime tidal et les conditions hydrodynamiques, (2) la morphologie de la zone intertidale et (3) les flux sédimentaires longitudinaux (FL) et transversaux (FC) dans diverses conditions tidales et énergétiques. Le transport a été mesuré dans la zone proche du déferlement à l'aide de pièges à sédiment de type Kraus (1987) permettant de caractériser le débit solide à plusieurs niveaux au dessus du fond au cours de conditions d'agitation faibles à modérées (Hs < 1 m). Malgré une uniformité des flux le long de la plage, les phénomènes de vidange des bâches par l'intermédiaire de chenaux perpendiculaires au trait de côte permettent l'introduction de volumes de sédiment significatifs, augmentant localement le FL. La distribution des flux à travers l'estran présente, quant à elle, une décroissance nette du bas de plage vers le haut de plage. Les mesures simultanées de FL et de FC ont démontré que le FC dirigé vers le haut de plage et la résultante du FC sont dans la plupart des cas supérieurs aux FL en raison de la plus forte intensité des vitesses de courant oscillatoire. Ces résultats mettent en évidence des mouvements significatifs de volume de sable à travers la zone intertidale à l'échelle de la mesure, ce qui influence fortement la morphodynamique de la plage. L'ensemble de la zone intertidale est toutefois apparue relativement stable, avec des changements plus significatifs à court terme qu'à plus long terme. Les mesures de transport ont permis de mettre en lumière le rôle fondamental des bâches dans la dynamique des plages macrotidales. Ces dépressions inter-barres sont en effet responsables de la canalisation du sédiment le long du rivage, limitant ainsi les transports sédimentaires transversaux et par conséquent la migration des barres intertidales. Il est vraisemblable que le temps de résidence et l'intensité des processus hydro-sédimentaires jouent un rôle prépondérant dans la dynamique des barres intertidales. Les mesures ont également été comparées avec plusieurs estimations du transport sédimentaire issues de modèles numériques et morphodynamiques. Bien que les flux calculés surestiment en général le transport mesuré, certaines formules semblent plus adaptées pour déterminer le FL dans la zone de levée.