Dissertations / Theses on the topic 'Géophysique interne'

La dynamique et la structure interne de la Terre sont mal contraintes en profondeur, car les signaux induits en surface, de faible amplitude et basse fréquence, atteignent le seuil de détection des sismomètres. La gravimétrie devient un outil privilégié d'investigation de la Terre profonde aux longues périodes. Les variations temporelles de la gravité sont enregistrées en permanence par des gravimètres relatifs cryogéniques. Nous étudions les niveaux de bruit de ces stations sur un large spectre de fréquences allant des modes propres sismiques longue période jusqu'aux marées. Nous montrons que les gravimètres supraconducteurs apportent une contribution unique à l'étude des modes de vibration les plus graves qui échantillonnent la Terre de la surface jusqu'au noyau. Nous mettons en avant (1) l'éclatement dû à la rotation et à l'ellipticité du mode propre 0S2 en cinq singlets, (2) la première observation du mode sismique 2S1, après le séisme du Pérou du 23 juin 2001 de magnitude 8. 4. Nous nous consacrons à la recherche du mode propre de translation de la graine 1S1 qui n'a jamais été observé sans ambiguïté. Sa détection est primordiale car elle permettrait de contraindre le saut de densité à l'interface graine - noyau liquide, ainsi que la viscosité à cette interface et la stratification du noyau fluide. Pour cela nous développons des méthodes de sommation, de détection automatique des signaux et une famille d'ondelettes<br>The Earth's dynamics and interior structure are badly constrained, particularly in the deep interior, because the surface induced signals are of weak amplitude and low frequency and reach the detection level of seismometers. Gravimetry is then a privileged tool to investigate the Earth's interior at these long periods. Time varying gravity is permanently recorded at the surface by a worldwide network of cryogenic relative gravimeters. We study the noise levels of all these gravimetric stations over a wide frequency range, from the long period seismic normal modes to the tides. We show that superconducting gravimeters can uniquely contribute to the study of the low frequency Earth's vibrations, which sample the Earth from the surface to the core. We highlight (1) the splitting due to rotation and ellipticity of the 0S2 normal mode into five singlets, (2) the first observation of the 2S1 seismic mode, after the 2001, June 23rd Peru earthquake with a magnitude 8. 4. We search for the normal mode of translation of the inner core, which has never been clearly observed. Its detection is essential as it would constrain the density jump at the inner core boundary, probably also the viscosity and the outer core stratification. For that purpose, we develop some stacking, automatic detection of signals methods and a wavelet representation

Deux méthodes géophysiques sont mises en œuvre pour l'étude de la structure interne des planètes telluriques. D'une part, ce travail propose de reconsidérer l'analyse des enregistrements sismologiques large-bande dans la gamme de fréquence 0. 1-1 Hz pour laquelle les phases générées sur les interfaces ont leur signature optimale, et le bruit microsismique une amplitude maximale. Des méthodes d'analyse ont été développées afin d'extraire le signal pertinent à cette étude. Le profil de vitesse obtenu entre 300 et 900 km de profondeur à l'échelle globale, se révèle beaucoup plus complexe que ceux obtenus pour d'autres gammes de fréquence. L'autre application concerne la caractérisation de la structure interne des satellites de glace à l'aide de mesures géodésiques par la modélisation des nombres de Love. Les résultats permettent de définir la précision minimale nécessaire pour la détermination des mesures géodésiques envisageables dans le cadre de la mission Europa Orbiter.

La modélisation d'intérieurs exoplanétaires fait le lien entre deux domaines : la détection et caractérisation d'exoplanètes, en plein essor avec le lancement de nouvelles missions telles que PLATO ou CHEOPS, et la géophysique, permettant l'étude des corps du système solaire à travers missions spatiales et expériences en laboratoire. Nous avons développé un modèle de structure interne dédié aux planètes telluriques décrites par un noyau métallique, un manteau rocheux, et une enveloppe d'eau, permettant ainsi de considérer un grand nombre de compositions planétaires. En appliquant ce modèle à des exoplanètes validées nous confirmons que, au-delà d'une meilleure précision sur les paramètres fondamentaux de ces corps (masse et rayon), la composition de l'étoile hôte est utile pour contraindre celle de la planète, et ainsi progresser vers une caractérisation complète de cette dernière. L'amélioration du modèle se concentre sur plusieurs aspects, tout d'abord par la sélection de la meilleure équation d'état permettant d'extrapoler les données terrestres au domaine des super-Terres. Une modélisation détaillée des matériaux planétaires est implémentée, permettant de reproduire la chimie complexe du manteau, et de prendre en compte la présence d'éléments légers dans le noyau. Ces améliorations permettent au modèle d'avoir la précision nécessaire pour dériver des contraintes sur l'intérieur de planètes du système solaire, qui peuvent ensuite être reportées sur les familles d'exoplanètes correspondantes. L'objectif de ce travail est ainsi d'améliorer notre compréhension de l'importante diversité des mondes extrasolaires, au niveau de leur dynamique, formation, et composition<br>Modeling exoplanetary interiors draws a link between two domains: the detection and characterization of exoplanets, in the context of upcoming missions like PLATO or CHEOPS, and geophysics, with the study of solar system bodies from space missions and laboratory experiments. We have developed a model of internal structure for terrestrial exoplanets describing a metallic core, a silicate mantle, and a water envelope – to span a large range of planetary compositions. Applying this model to confirmed cases strengthens the fact that, beyond the precision on an exoplanet's fundamental parameters (mass and radius), the host star's elemental composition is useful to constrain that of the planet, and thus to progress towards its full characterization. Improving the model goes through several aspects, first by selecting the most appropriate equation of state for extrapolating the Earth's data to the domain of super-Earths. A detailed modeling of the materials is implemented, through the use of a Gibbs free-energy minimization code to describe the mantle's complex chemistry, but also with the incorporation of light elements in the metallic core. This gives the model the precision needed to infer constraints on the interior of solar system bodies, which can then be projected to exoplanet families. The purpose of this work is to better apprehend the vast diversity of exoworlds in terms of dynamics, formation, and composition

Les dômes de lave sont associés à des éruptions volcaniques violentes et des indices d’explosivité élevés. L’observation et la surveillance de dômes actifs (e.g. St. Helens, Unzen, Montserrat) ont mis en évidence des modes de croissance caractérisés par des phases d’extrusion, d’explosion et des phénomènes d’effondrement, impliquant une structure interne souvent complexe de ces édifices volcaniques. L’étude du Puy de Dôme (Massif Central français), un dôme trachytique âgé de 11 000 ans, grâce à l’apport de l’imagerie géophysique et à la modélisation des données, ainsi qu’à une analyse morpho-structurale détaillée, a permis d’établir un modèle précis de la structure interne du dôme et a fourni de nouvelles contraintes concernant sa croissance et son évolution. L’analyse du Modèle Numérique de Terrain haute résolution (0,5 m) a permis d’identifier différentes unités sur le dôme, morphologiquement distinctes, et associées à des dynamismes éruptifs différents, ainsi que des structures volcano-tectoniques remarquables sur les édifices volcaniques voisins (Petit Puy de Dôme et Puy des Grosmanaux). Différentes méthodes géophysiques (tomographie des résistivités électriques – ERT -, gravimétrie et magnétisme) ont été mises en oeuvre afin d’étudier la structure interne du dôme, et de caractériser la nature des mécanismes à l’origine des zones de déformations identifiées dans l’environnement du Puy de Dôme. L’utilisation de plusieurs méthodes a permis d’étudier des paramètres physiques différents mais complémentaires, bien que l’interprétation globale des résultats géophysiques ait parfois été délicate dans le cas d’un édifice volcanique aussi complexe. Les modèles géophysiques 2D et 3D obtenus montrent que le Puy de Dôme repose sur des édifices volcaniques préexistants, un ensemble de volcans stromboliens dont la présence et/ou l’extension exacte étaient partiellement méconnues jusqu’alors. La structure interne de l’édifice, très hétérogène, est constituée d’une partie centrale très massive, entourée d’une ceinture de brèches d’effondrement, la zone sommitale du conduit étant affectée de nombreuses évidences d’une forte altération hydrothermale, caractéristique des dômes volcaniques. La partie supérieure du dôme est définie par une carapace de roches consolidées, de quelques dizaines de mètres d’épaisseur au maximum, alors que la base de l’édifice forme un talus constitué des dépôts d’effondrements gravitaires et d’écoulements pyroclastiques associés à la croissance du dôme. Enfin, les données gravimétriques et magnétiques ont permis la mise en évidence de la présence d’intrusions sous les édifices du Petit Puy de Dôme et du Puy des Grosmanaux. La géométrie de ces intrusions, déterminées grâce à différentes approches de modélisation, ainsi que la nature des roches qui les composent indiquent des processus de mise en place complexes<br>Volcanic domes are associated to violent volcanic eruptions and high explosivity indexes. Observation and monitoring of active domes (e.g. St. Helens, Unzen, Montserrat) underlined growth patterns characterized by extrusion phases, explosions and collapse events, involving the complex inner structure of these volcanic edifices. The study of the Puy de Dôme volcano (French Massif Central), a 11,000 years old trachytic lava dome, through geophysical imaging and data modelling, as well as a detailed morpho-structural analysis, allowed to build a precise model of the inner structure of the dome and provided new constraints about its growth and its evolution. The analysis of the high resolution Digital Terrain Model (0.5 m) allowed to identify distinct morphological units on the dome, as well as volcano-tectonic structures on the neighboring volcanic edifices (Petit Puy de Dôme and Puy des Grosmanaux). Different geophysical methods (Electrical Resistivity Tomography – ERT -, gravity and magnetism) have been implemented in order to study the inner structure of the dome and to characterize the initiating mechanisms of the deformations areas identified in the Puy de Dôme vicinity. The use of several methods allowed to study different, but complementary physical parameters, although the overall interpretation of the geophysical results is sometimes difficult in the case of a volcanic edifice so complex. The 2D and 3D geophysical models obtained indicate that the Puy de Dôme is based on preexisting volcanic edifices, a cluster of strombolian volcanoes whose the presence and/or the exact extension were partially unknown until now. The internal structure of the edifice, highly heterogeneous, is composed of a massive central part, encompassed of collapse breccia, and its summit part highlights evidences of a strong hydrothermal alteration, characteristic feature of volcanic domes. The upper part of the dome is defined by a carapace of consolidated rocks, a few meters thick, whereas the base of the edifice forms a talus composed of collapses and pyroclastic flows deposits associated to the dome growth. Finally, gravity and magnetic data pointed out the presence of intrusions beneath the Petit Puy de Dôme and the Puy des Grosmanaux edifices. The geometry of these intrusions, determined through different modelling approaches, and the nature of the rocks that composed them, indicate complex emplacement processes

Au travers de leurs instabilités, les ondes internes de gravité, qui se propagent dans les fluides stratifiés, jouent un rôle crucial dans la dynamique océanique. En effet, ces instabilités transfèrent de l'énergie vers les petites échelles et créent ainsi du mélange. Parmi ces mécanismes, nous avons étudié l'instabilité triadique résonante (TRI). Ce processus se caractérise par l'émission à partir d'une onde-mère de deux ondes-filles, dont les fréquences et vecteurs d'onde vérifient avec l'onde-mère des conditions de résonance temporelle et spatiale. Dans le cas où une rotation globale du fluide (cas général en géophysique) s'ajoute à la rotation, celle-ci va changer les propriétés non seulement des ondes internes, on les appellera alors ondes gravito-inertielles, mais aussi de la TRI. L’étude expérimentale sur table tournante de l'instabilité d'un faisceau de forme contrôlée d'onde gravito-inertielle a mis en évidence l’importance de la rotation sur les caractéristiques de la TRI, comme le seuil d'instabilité ou les caractéristiques des ondes secondaires. En outre, ces résultats sont en très bon accord avec un développement asymptotique de cette instabilité qui prend en compte la taille finie du faisceau, paramètre déterminant au laboratoire et dans un contexte océanique. Cet effet est responsable notamment de l'existence d'une latitude critique dans l'océan.Dans un second temps, la réalisation d'un nouveau type de générateur d'onde axisymétrique a permis d'étudier la propagation d'ondes axisymétriques à trois dimensions. Les modes axisymétriques générés par ce nouveau dispositif ont été caractérisés et comparés aux solutions analytiques. Ce dispositif permet également de créer une excitation annulaire localisée qui focalise les ondes internes au centre de la cuve. En changeant la vitesse de groupe de ces ondes, au travers d'une stratification non-linéaire, nous pouvons créer une forte accumulation d'énergie au point de focalisation. En fonction de l'amplitude de l'excitation, on observe la transition entre un état stable vers un état fortement instable<br>Through their instabilities, internal gravity waves, which propagate in stratified fluids, play a paramount role in the oceanic dynamics. Indeed, their instabilities transfer energy to small scales and lead to mixing. Among these instabilities, we studied the triadic resonant instability (TRI). This process is characterized by the generation from a primary wave of two secondary internal waves, whose frequencies and wave vectors fulfill the spatial and time resonance conditions. If the fluid is also rotating (which is in generally the case in geophysics), rotation changes not only the properties of internal waves, which, in this case, are named inertia-gravity waves, but also the properties of the TRI. The experimental study on a rotating plateform of the instability of a controlled internal wave beam highlighted the role played by rotation on TRI features, such as the instability threshold or the characteristics of the secondary waves. Moreover, these results are in excellent agreement with an asymptotic development of the instability that takes into account the finite width of the wave beam, key parameter in a laboratory and oceanic context. this effect is responsible for the existence of a critical latitude in the ocean.In a second part of this work, we built a new wave generator, which allowed for the study of tridimensional axisymmetric waves. The axisymmetric modes generated by this new set-up were characterized and compared to analytical solutions. The generator can also produce a localized axisymmetric bump which focalises the wave in the center of the tank. By changing the group velocity of the waves, through a non-linear stratification, we are able to create a large energy build-up at the point of focalisation. Depending on the amplitude of the wave, we observe the transition from a stable state to a strongly unstable one

La thèse se compose de trois parties. La première partie est consacrée à une nouvelle méthode d'interpolation des champs vectoriels utilisant les moindres carrés a l'aide des polynômes orthogonaux. Cette méthode a été appliquée à la modélisation des trajectoires de forage de deux gisements en Albanie. La seconde partie concerne les méthodes géostatistiques d'estimation à l'aide des indicatrices. Les méthodes conventionnelles d'interpolation (krigeage des indicatrices) sont difficilement utilisables et nécessitent une connaissance préalable des fonctions de covariances pour chaque valeur de coupure. Étant donné ces difficultés, deux stratégies ont été suivies. La première consiste à construire un modèle général des fonctions de covariances des indicatrices en s'appuyant sur les propriétés spectrales. La seconde stratégie consiste a utiliser une autre méthode d'interpolation des indicatrices à l'aide de DSI(discrete smooth interpolation). Cette méthode a beaucoup d'avantages par rapport aux méthodes classiques: rapidité, simplicité et surtout respect des contraintes nécessaires pour que les indicatrices interpolées soient une estimation de la répartition locale. La dernière partie est consacrée aux traitements et a l'analyse d'images numériques. L'utilisation de plus en plus fréquente d'images numériques en géosciences a conduit au développement d'un logiciel spécifique IMEGEO (images géologiques). Le logiciel a été conçu selon les principes suivants: portabilité, interactivité, modularité et configuration systeme minimal. Dans sa version initiale, IMGEO était un outil de visualisation des images en deux dimensions, actuellement il représente un logiciel plus complet contenant des modules d'analyse

La dynamique et la structure interne de la Terre sont mal contraintes en profondeur, car les signaux induits en surface, de faible amplitude et basse fréquence, atteignent le seuil de détection des sismomètres. La gravimétrie devient un outil privilégié d'investigation de la Terre profonde aux longues périodes. Les variations temporelles de la gravité sont enregistrées en permanence par des gravimètres relatifs cryogéniques. Nous étudions les niveaux de bruit de ces stations sur un large spectre de fréquences allant des modes propres sismiques longue période jusqu'aux marées. Nous montrons que les gravimètres supraconducteurs apportent une contribution unique à l'étude des modes de vibration les plus graves qui échantillonnent la Terre de la surface jusqu'au noyau. Nous mettons en avant (1) l'éclatement dû à la rotation et à l'ellipticité du mode propre 0S2 en cinq singlets, (2) la première observation du mode sismique 2S1, après le séisme du Pérou du 23 juin 2001 de magnitude 8.4.<br />Nous nous consacrons à la recherche du mode propre de translation de la graine 1S1 qui n'a jamais été observé sans ambiguïté. Sa détection est primordiale car elle permettrait de contraindre le saut de densité à l'interface graine - noyau liquide, ainsi que la viscosité à cette interface et la stratification du noyau fluide. Pour cela nous développons des méthodes de sommation, de détection automatique des signaux et une famille d'ondelettes.

L'océan et l'atmosphère sont des milieux stratifiés, supports d'ondes internes de gravité. Ces ondes peuvent se propager sur de très grandes distances, transportant de l'énergie loin de leurs sources et jouant ainsi un rôle clé dans le bilan énergétique global des écoulements géophysiques. Notre approche expérimentale modélise de façon idéalisée les topographies océaniques et la stratification du milieu afin de comprendre les mécanismes fondamentaux mis en jeu en présence d'ondes internes. Cette démarche a été couplée au développement de techniques d'analyse des données telles que la démodulation complexe. Différents types d'ondes internes ont été utilisées. Pour cela, un point clé a été la caractérisation et le contrôle d'une nouvelle source d'ondes. Notre étude combinant expériences, simulations numériques et prédictions analytiques permet la génération contrôlée de structures spatiales variées (faisceaux localisés, modes verticaux occupant toute la hauteur du uide, ondes planes). L'étude du problème classique de la réflexion d'une onde plane sur un plan incliné a permis de vérifier l'absence d'onde retour pour des pentes proches de la criticalité, tout en mettant en évidence que ce cas d'école est encore un sujet ouvert. Nous avons également étudié la conversion d'un mode vertical modélisant la marée interne lors de l'interaction avec une topographie de grande échelle. Cette conversion est régie par des mécanismes linéaires et non-linéaires. La présence de pentes sous-critiques inuence la conversion du mode incident en de plus petites échelles spatiales, tandis que la hauteur de la topographie joue un rôle notable dans l'amplitude des modes transmis ainsi que l'intensité de processus non-linéaires générant des ondes harmoniques et un courant moyen. Nous avons réalisé la première mise en évidence expérimentale de la génération locale de trains d'ondes non-linéaires (solitons) lors de la réflexion d'un faisceau d'ondes internes intense et localisé au niveau d'une pycnocline. Ce phénomène dépend de la stratification considérée, qui caractérise la nature de la pycnocline. Enfin, une étude de la dynamique couplée entre un bateau évoluant à force constante et le fluide stratifié environnant a été menée. Le régime particulier des dépend d'un unique nombre sans dimension, le nombre de Froude associé à l'onde la plus rapide de la stratification sur laquelle le bateau évolue. Nous avons généralisé le cas classique à deux couches à tout type de stratification constituée d'une couche homogène en surface.

De nombreux corps du système solaire possèdent des enveloppes liquides internes, comme par exemple les noyaux métalliques des planètes telluriques et les océans profonds des satellites de glace de Jupiter et Saturne, dans lesquelles se produisent des courants de convection. La modélisation de la dynamique de ces enveloppes est cruciale pour comprendre la génération des champs magnétiques planétaires (pour les noyaux) et pour mieux déterminer l’habitabilité potentielle des satellites joviens. La convection dans ces enveloppes est généralement produite par la combinaison d’au moins deux sources de flottabilité : une source thermique et une source solutale. Une telle situation est plus complexe qu’un régime de convection purement thermique ou purement solutale, d’une part en raison de l’existence d’un couplage thermochimique lorsqu’un processus de fusion ou de cristallisation se produit à l’une des frontières de l’enveloppe, et d’autre part à cause de la forte différence de diffusivité moléculaire entre les champs thermique et compositionnel qui permet potentiellement le développement d’instabilités double-diffusives. Classiquement, ces complexités ont été ignorées dans les simulations numériques de la dynamo terrestre ; les champs thermique et compositionnel ayant été combinés en une seule variable nommée « codensité ». Cette approche est sans doute simpliste mais permet d’esquiver une difficulté technique liée à la description du champ compositionnel dont la très faible diffusivité nécessite de recourir à des méthodes numériques adaptées. Cette thèse présente d’abord l’implémentation d’une méthode semi-Lagrangienne du type « particle-in-cell » dans un code de dynamo pré-existant, permettant ainsi de traiter de manière plus réaliste le champ de composition dans les enveloppes liquides internes des planètes. Les optimisations réalisées sont détaillées ainsi que les résultats de tests sur des cas de benchmark qui valident cet outil. Une comparaison avec des méthodes Eulériennes est également présentée. Une première exploration de la physique de la convection compositionnelle et thermochimique en rotation dans la limite d’un nombre de Prandtl compositionnel infini est ensuite conduite dans le contexte du noyau liquide terrestre. Il est montré que la dynamique convective est très différente de celle de la convection thermique pure. Notamment, les matériaux légers injectés à la frontière graine/noyau liquide sont capables d’atteindre la frontière noyau/manteau et de s’y accumuler pour former une couche chimiquement stratifiée, dont l’existence a été évoquée théoriquement mais qui n’a jamais pu être produite dans de précédentes simulations. Enfin, la dynamique double-diffusive des couches stratifiées est également discutée, et de premières simulations de « salt fingers » sont présentées<br>Numerous planetary bodies contain internal liquid layers in which convective currents are generated by the combination of buoyancy sources of thermal and compositional origin. The strong difference between the thermal and chemical molecular diffusivities and the possibility of thermo-chemical coupling at melting or freezing boundaries create a convective regime that is much more complex than pure thermal convection, partly due to the potential occurrence of double-diffusive instabilities. Traditionally, numerical simulations have modeled the dynamics of the liquid part of planetary cores in a more simplistic way by neglecting the diffusivity difference and combining both fields into one single variable, an approximation that is convenient but maybe not relevant. However, distinguishing both fields and dealing with a large or infinite diffusivity ratio makes it compulsory to use numerical methods that minimize numerical diffusion as much as possible. In this thesis, I adapted a semi-Lagrangian particle-in-cell method into a pre-existing dynamo code to describe the weakly diffusive compositional field. I optimized the code for massively parallel computing and validated it on two different benchmarks. I compared the particle-in-cell method to Eulerian schemes and showed that its advantages extend beyond its lower numerical dissipation. Using this new tool, I performed first numerical simulations of rotating pure compositional and thermochemical convection in the limit of null chemical diffusivity. I explored the physics of pure compositional convection and addressed questions related to the existence and the dynamics of a stratified layer below the Earth’s core mantle boundary. In particular, I showed that the stratification could potentially be of chemical origin and proposed some mechanisms to explain its formation. In the case of a thermally stratified layer, I performed a scaling analysis of fingering instabilities, wrote the first steps of a linear stability analysis and ran a few simulations of fingering instabilities in the rotating case. The potential effects of the magnetic field and the coupling of thermochemical boundary conditions in planetary cores are finally discussed in this thesis

Notre approche expérimentale modélise les interactions entre ondes internes et topographies ou stratification du milieu, et est couplée au développement de techniques d'analyse des données telles que la démodulation complexe. Différentes ondes internes ont été utilisées grâce à la caractérisation et au contrôle d'une nouvelle source d'ondes. La réflexion d'une onde plane sur une pente a permis de vérifier l'absence d'onde retour pour des pentes critiques. L'interaction d'un mode vertical avec une grande topographie a montré le rôle des pentes sous-critiques et de la hauteur de la topographie sur la conversion du mode incident. Nous avons réalisé la première expérience de génération de trains d'ondes non-linéaires (solitons) lors de la réflexion d'un faisceau d'ondes internes sur une pycnocline. Enfin, l'étude de la dynamique couplée entre un bateau et le fluide stratifié environnant a montré que le régime des « eaux mortes » ne dépend que du nombre de Froude associé à la stratification<br>Our experimental approach models interactions of internal waves with topographies or background stratification. Signal processing of experimental data such as complex demodulation has also been developed. Different types of internal waves have been generated, thanks to the characterization and control of a new wave maker. Internal plane waves reflecting on slopes have been studied to verify the absence of back-reflected waves near critical reflection. The interaction of a vertical mode with a large topography have revealed the importance of sub-critical slopes and of the height of the topography on the conversion of the incident mode. We have realized the first experimental generation of nonlinear wave trains (solitons) by internal wave beams impinging on a pycnocline. Finally, the study of the coupled dynamics of a boat with the surrounding stratified fluid have shown that the « dead water » regime is solely defined by the Froude number associated to the stratification considered

L'objectif principal de ces travaux de thèse consiste à améliorer la compréhension de la structure interne des aquifères karstiques en s'appuyant sur l'interprétation de traçages artificiels. Pour répondre à cet objectif, cette thèse s'appuie sur les bassins versants karstiques du Baget et d'Aliou (Ariège, France) ainsi que d'autres hydrosystèmes karstiques (les systèmes de Norville, du Val de Loire et de Foubanne) inclus dans le Service National d'Observation des Karsts (SNO Karst, INSU-CNRS) et sur la base de données BD traçage du BRGM incluant notamment le système karstique de l'Ouysse. L'approche globale retenue pour ces travaux de thèse consiste à coupler les résultats de différentes approches. [1] La modélisation conceptuelle à réservoirs avec l'outil dédié KarstMod permet de partitionner les écoulements à l'échelle du bassin versant et d'appréhender la dynamique des échanges entre la matrice et les conduits, à court et long terme. On estime que la contribution annuelle de la matrice au débit à l'exutoire est d'environ 3% et qu'elle peut augmenter jusqu'à 25% en période de faible précipitation. [2] Une approche systémique de type "fonction de transfert" a été développée et appliquée à divers hydrosystèmes (dont les systèmes de Norville, de l'Ouysse, du Val de Loire et de Foubanne). Cette approche consiste à étudier la dynamique du transport de masse en soluté en interprétant des données de traçages artificiels et permet de partitionner les écoulements en estimant les temps de résidence des différentes composantes qui contribuent en transfert de solutés entre les points d'injection et de restitution. [3] Une approche distribuée intégrant un couplage de données géophysiques et de simulations pseudo-génétique permet de simuler des réseaux de drainage. Les écoulements et le transport de masse en soluté associé sont ensuite simulés et confrontés à des données de terrain. Cela constitue une approche originale pour déduire la structuration des écoulements souterrains à partir des données de traçages artificiels<br>The main objective of these thesis is to improve the understanding of the internal structure of karstic aquifers by relying on the interpretation of artificial tracer tests. To meet these objectives, this thesis is based on the karst watersheds of Baget and Aliou (Ariège, France) as well as other karst hydrosystems (the Norville, Val de Loire and Foubanne systems) included in the National Karts Observation Service (SNO Karst, INSU-CNRS) and the tracing database of the BRGM including the Ouysse karst system. The overall approach adopted for this thesis is to couple the results of different approaches. [1] Conceptual reservoirs modeling with the dedicated KarstMod model allows the partitioning of flows at the scale of the watershed and to understand the dynamics of the exchanges between the matrix and the conduits, in the short and long term. It is estimated that the annual contribution of the matrix to the total outflow is about 3% and can increase up to 25% during periods of low precipitation. [2] A systemic approach of the "transfer function" type has been developed and applied to various hydrosystems (the Norville, Ouysse, Val de Loire and Foubanne systems). This approach consists of studying the dynamics of solute mass transport by interpreting artificial tracer tests data and partitioning the flows by estimating the residence times of the different components that contribute to solute transfer between the injection and recovery points. [3] A distributed approach integrating a coupling of geophysical data and pseudo-genetic simulations makes it possible to simulate drainage networks. The associated solute flows and mass transport are then simulated and compared with field data. This is an approach to deduce the structuring of underground flows from the data of artificial tracer tests

Nous avons utilisé les données gravimétriques de Mars Global Surveyor pour étudier la ligne de rivage martienne Deuteronilus. Les variations du potentiel de pesanteur le long de ce contact et l'estimation des limites géographiques de celui-ci permettent de mettre en évidence la déformation de la planète au Noachien supérieur et de déterminer les caractéristiques de l'océan martien primordial. L'hypsométrie de la topographie de Mars traduit des phénomènes qui, sur Terre, sont associés à des processus d'isostasie thermique et qui, ici, correspondent à la région qui a abrité cet océan.<br />La seconde partie de ce travail traite de la dynamique interne des planètes telluriques et de son lien avec les observables géophysiques. En l'absence de données sismologiques, la mesure du champ de gravité d'une planète et de son relief fournit une contrainte de premier ordre sur la nature de la structure interne. Nous proposons donc le calcul systématique du géoïde et de la topographie dynamique associés à des modèles numériques 3D sphériques de la dynamique interne (convection thermique pour un fluide à viscosité variable). Une méthode spectrale de calcul est proposée dans un cadre adimensionné. L'analyse spectrale<br />de modèles synthétiques de structure interne permet d'évaluer le rôle de certains paramètres clés de la dynamique interne (variations de viscosité, chauffage interne).

Depuis environ 40 ans, il existe un modèle séismologique fiable (appelé PREM pour Preliminary Reference Earth Model) qui rend compte des propriétés élastiques (vitesse de compression - Vp, vitese transverse - Vs, et masse volumique - ρ) du noyau terrestre, mais il n’existe pas de consensus clair sur la composition chimique qui peut correspondre à de telles propriété s aux températures et pressions souhaitées. Tandis que le fer a des propriétés élastiques qui sont proches de celles du noyau interne, le fer est trop lourd pour expliquer, à lui seul, la masse volumique du noyau terrestre. À la lumière de ces connaissances, et grâce à une série d’arguments cosmochimiques et géochimiques, le silicium comme impureté a été proposé pour expliquer la différence entre les propriétés du Fe seul et du modèle PREM. En utilisant une combinaison de diffraction des rayons-X en synchrotron et la technique acoustique picoseconde, ρ et Vp des alliages Fe-Si et Fe-Ni-Si ont été mesurés à des pressions dépassant 1 Mbar et 2000 K. Les données obtenues nous permettent une détermination précise des relations vitesse-masse volumique, des équations d’état P-V et P-V-T, ainsi que des rapports axiaux pour ces alliages. Ces résultats sont utilisés pour discuter des propriétés élastiques des alliages Fe-Si à haute pression – haute température pour fixer des contraintes sévères sur l’abondance de Si dans le noyau terrestre interne<br>For nearly 40 years, there has been a robust seismological model (PREM - Preliminary Reference Earth Model) which reports the elastic properties (compressional velocity - Vp, shear velocity - Vs, and density - ρ) of the Earth’s core, and yet there is still no clear consensus on the chemical composition which can match such properties at relevant pressures and temperatures. While iron has elastic properties which are close to those of the solid inner core, iron alone is too heavy to match the density of the inner core. In light of this, and based on a series of cosmochemical and geochemical arguments, Si has been proposed for many years in varying quantities as a material which could explain the difference in material properties between Fe and PREM. Using a combination of Synchrotron X-ray Diffraction and Picosecond Acoustics, ρ and Vp of Fe-Si and Fe-Ni-Si alloys have been measured to pressures and temperatures exceeding 1 Mbar and 2000 K. Obtained data allows an accurate determination of Velocity-Density relations, both P-V and P-V-T equations of state, and axial ratios of a variety of geophysically important Fe-Si and Fe-Ni-Si alloys. These results are used to discuss the elastic properties of Fe-Si alloys at high pressure - high temperature conditions to place tight constraints on Si abundance in the Earth’s inner core

Pour effectuer cette étude, on minimise par une méthode de gradient d'un critère quantifiant l'écart entre pressions exactes et pressions calculées. On pressent les équations utilisées (équations des ondes acoustiques), le cadre fonctionnel et la résolution numérique. Une deuxième partie consiste à établir une étude numérique d'un schéma de résolution de l'équation des ondes plus adapté au cas stratifié que nous appliquons à notre problème.

L'Ile de La Réunion est un système océanique volcanique dont l'essentiel du volume est immergé. Sa structure interne est investiguée par approches géophysiques, gravimétrique, magnétique et électromagnétique, offrant un modèle du système à grande échelle. La couverture gravimétrique du Piton de la Fournaise permet de distinguer les sources superficielles et profondes. Des variations gravimétriques associées à l'effondrement du Dolomieu en 2007 sont étudiées en termes de déplacements de masse au sein de l'édifice. Le Piton des Neiges apparaît comme un immense volcan organisé autour d'un système hypovolcanique de grande extension. La corrélation entre sa morphologie et la topographie suggère une relation entre la subsidence du complexe et celle des dépressions sus-jacentes. La couverture de formations récentes, incomplète, présente des épaisseurs variables et permet de reconstruire la morphologie de l'île à la transition Brunhes-Matuyama. A l'échelle du système immergé, la morphologie de deux larges zones de constructions volcaniques anciennes est proposée, à l'E et au SO de l'île, remettant en question les interprétations sismiques. La morphologie générale de l'édifice construit est reconstituée. Le plateau côtier est interprété en termes d'accumulation de hyaloclastites et de pillow lavas. Les quatre excroissances sous-marines sont principalement composées d'accumulation de dépôts d'avalanches de débris, dont les contrastes internes de densité peuvent être corrélés avec certaines unités géologiques observées en surface. Une étude comparative entre l'édifice de La Réunion et d'autres îles océaniques met en lumière les analogies et dissemblances morphologiques, structurales et géophysiques entre différents systèmes volcaniques océaniques.

Une nouvelle méthode géométrique itérative de tomographie est décrite (PRIAM-2D). Elle s'apparente à une technique d'inversion sans blocs. Le calcul au sein de chacune des zones comporte des pondérations visant à discriminer les rais entre eux. Dans le domaine du génie civil, plusieurs applications sont envisagées. Des sols, ainsi que certains ouvrages d'art peuvent être auscultes. Il est possible d'obtenir des cartes de la vitesse des ondes de compression ou de facteur de qualité

Première Partie: Etude sismotectonique d'un graben complexe, exemple: le graben Mygdonien (Grèce du Nord). Durant les printemps de 1984 et 1985 nous avons installé un réseau sismologique de 29 stations portables dans la région du graben Mydgonien près de Thessaloniki. La sismicité et les mécanismes au foyer ont montré une structure complexe. Des phénomènes compressifs ont été observés au centre du graben. Nous proposons un modèle pour la formation et l'évolution du graben. Au départ la déformation a lieu le long des failles pré-existantes de direction NW-SE ou NNE-SSW avec des mouvements normaux ou décrochants. Dans une deuxième étape il y a formation d'une nouvelle famille de failles normales, dirigées E-W. Cette famille a une direction perpendiculaire à l'axe T moyen, trouvé par les mécanismes au foyer et vient se superposer aux failles initiales. Elle devient rapidement la famille principale et les failles initiales jouent un rôle d'ajusteur de déformation dans cet ensemble. En outre les anciennes failles fonctionnent comme des barrières à l'évo lution des failles dirigées E-W. Deuxième partie: Etudes tridimensionnelle de la croûte et du manteau supérieur à partir de l'inversion des ondes P des téléséismes. A partir des résidus relatifs de temps de parcours des ondes P des téléséismes, enregistrés par le réseau permanent du laboratoire de Géophysique de Thessaloniki, nous avons tenté une inversion tridimensionnelle selon la méthode de Aki, Christofferson et Husebye. Nous avons obtenu des modèles de vitesse en 3D pour les ondes P sous la Grèce du nord, jusqu'à une profondeur de 250 km. Nous avons essayé d'expliquer les variations latérales des vitesses observées, à l'aide de l'isostasie, du flux de chaleur et de la sismicité

La realisation d'une image sismique en profondeur a partir des mesures sismiques est une etape essentielle pour l'etude structurale des sous-sols presentant d'importantes variations laterales de vitesses acoustiques. Cette image est obtenue par migration sismique utilisant un modele structural qui fournit les elements structuraux majeurs et les vitesses de conversion temps-profondeur. Le groupe des methodes sismiques qui s'appuient sur les donnees geologiques pour aboutir a la determination d'un modele structural geologiquement et geophysiquement coherent, est appele interpretation structurale integree des donnees sismiques. Deux etapes methodologiques fondees sur des etudes de cas reels, sont suivies. La premiere etape aboutit a la typologie des differents modeles structuraux (geophysiques et geologiques) puis a l'analyse de deux approches pour les methodes d'interpretation integree: l'approche interpretative (modelisation de reflexions et des diffractions sismiques) et l'approche inversion (migration et l'inversion des temps de trajet). La deuxieme etape met en evidence la complementarite de trois phases sequentielles qui conduisent pas a pas a un modele resultat detaille et precis. La recherche de la coordination entre ces trois phases met en evidence les criteres de coherence necessaires pour chaque phase et les roles particuliers de la modelisation geophysique et de la migration profondeur. Les etapes de l'interpretation integree sont ensuite planifiees

Étudier les ondes internes est crucial pour comprendre le mélange dans l'océan. Dans cette thèse, un attracteur d'ondes 2D est tout d'abord simulé de manière directe, appuyé par une bonne comparaison avec une expérience pré-existante. Nous dérivons un modèle simple de la largeur de l'attracteur et mettons en évidence des effets non-linéaires. Nous réalisons dans une deuxième partie une étude expérimentale de la réflexion d'ondes planes sur une paroi inclinée. Les résonances prédites entre différents harmoniques n'apparaissent pas mais en revanche, un fort écoulement moyen horizontal apparaît, courbant les caractéristiques des ondes par effet Doppler. 70 à 80% du flux d'énergie incident sont dissipés ou convertis en écoulement moyen, ce dernier semblant alimenté par la dissipation des ondes. La génération d'ondes solitaires consécutive à la réflexion d'ondes sur une pycnocline est ensuite étudiée numériquement dans la troisième partie. Dans un premier temps, une étude académique, 2D est réalisée à l'aide de simulations directes. Nous montrons que des ondes solitaires de différents modes et piégées dans la pycnocline peuvent être générées. Deux critères pour comprendre la sélection d'un mode donné, l'un portant sur les différentes vitesses de phase, l'autre sur des arguments géométriques, sont définis. Ces critères sont dans un second temps comparés aux conditions du Golfe de Gascogne en été. Nous montrons qu'un rayon d'ondes internes seul ne peut générer des ondes solitaires correspondant aux observations, ce qui est corrigé en tenant compte de l'écoulement présent dans la pycnocline et indépendant du rayon d'ondes internes.

Étudier les ondes internes est crucial pour comprendre le mélange dans l'océan. Dans cette thèse, un attracteur d'ondes 2D est tout d'abord simulé de manière directe, appuyé par une bonne comparaison avec une expérience préexistante. Nous dérivons un modèle simple de la largeur de l'attracteur et mettons en évidence des effets non-linéaires. Nous réalisons dans une deuxième partie une étude expérimentale de la réflexion d'ondes planes sur une paroi inclinée. Les résonances prédites entre différents harmoniques n'apparaissent pas mais en revanche, un fort écoulement moyen horizontal apparaît, courbant les caractéristiques des ondes par effet Doppler. 70 à 80% du flux d'énergie incident sont dissipés ou convertis en écoulement moyen, ce dernier semblant alimenté par la dissipation des ondes. La génération d'ondes solitaires consécutive à la réflexion d'ondes sur une pycnocline est ensuite étudiée numériquement dans la troisième partie. Dans un premier temps, une étude académique, 2D est réalisée à l'aide de simulations directes. Nous montrons que des ondes solitaires de différents modes et piégées dans la pycnocline peuvent être générées. Deux critères pour comprendre la sélection d'un mode donné, l'un portant sur les différentes vitesses de phase, l'autre sur des arguments géométriques, sont définis. Ces critères sont dans un second temps comparés aux conditions du Golfe de Gascogne en été. Nous montrons qu'un rayon d'ondes internes seul ne peut générer des ondes solitaires correspondant aux observations, ce qui est corrigé en tenant compte de l'écoulement présent dans la pycnocline et indépendant du rayon d'ondes internes<br>Internal wave studies are crucial to the understanding of deep-ocean mixing. In this thesis, we first describe a 2D direct numerical simulation of a wave attractor and validate it against pre-existing experimental data. We then propose a model for the thickness of the attractor along the direction of propagation of energy. We eventually study nonlinear effects induced by the attractor. In a second part, we describe an experimental study of the reflection of plane waves on a sloping wall. Unexpectedly, resonances between different wave harmonics are not observed. However, a horizontal mean flow is generated and the wave characteristics are curved, due to the Doppler effect. 70 to 80% of the incident energy flux is dissipated and transferred to the mean flow, the latter being seemingly generated by wave dissipation. In a third part, we perform a numerical study of the generation of internal solitary waves by an impinging wave beam. We first present direct numerical simulations of this process and show that different solitary wave modes can be excited. Criteria for the selection of a particular mode are put forward, the first one being in terms of phase speeds and the second one based on geometrical arguments. Results are compared with the configuration of the Bay of Biscay in summer. We show that a beam impinging on a thermocline initially at rest cannot generate solitary waves which features agree with oceanic observations. This can be corrected by considering the background flow around the thermocline as found in the Bay of Biscay and independent of the internal wave beam

Partie 1 : Etude sismotectonique du Péloponnèse. Durant l'été 1986 nous avons installé un réseau sismologique de 46 stations couvrant l'ensemble du Péloponèse. Sur plus de 1000 séismes, 750 sont localisés à 10 km près et 480 le sont à 5 km près, 100 solutions focales ont été déterminées. La sismicité enregistrée est essentiellement crustale (95%). La croûte inférieure apparait comme une zone sismique à l'ouest et devient sismique à l'est. Les mécanismes au foyer indiquent un champ de contrainte compressiif orienté E-W dans la bordure occidentale. Immédiatement à l'est de cette zone, le régime devient extensif, d'orientation N-S au nord puis NW-SE à E-W dans !e sud et le sud-.ouest du Péloponnèse. La, sismicité intermédiaire définit la géométrie de ia subduction de la plaque Afrique sous le Péloponnèse. Le plongement est orienté NE-SW scion un pendage de 10°, à 200 km des fosses ce pendage s'accentue brusquement (45 ° ). Les mécanismes au foyer montrent une tectonique extensive orientée NE-SW, avec un pendage identique à celui de la plaque plongeante. 2* partie: Réponse sismique d'une vallée sédimentaire. Durant deux semaines , en mai 1985, cinq stations sismologiques ont été installées à travers une vallée située à 50 km de Thessalonique ( Grèce) . Les stations étaient placées sur les sédiments et sur les bords rocheux de la vallée. A partir de séismes locaux et régionaux, nous avons calculé les rapports des spectres de Fourier obtenus aux différents sites. Pour les sites sédimentaires, les rapports montrent des .amplifications maximales de 8, pour un site rocheux elles atteignent 6. Les amplifications observées sont maximales lors de séismes locaux.Nous interprétons ces effets en fonction du contexte géologique local.

L’importance de l’état initial des bassins versants, et surtout de l’état hydrique du sol, dans la formation des débits est reconnue depuis longtemps. La connaissance précise de cet état hydrique et de sa prise en compte dans la modélisation Pluie-Débit reste cependant un des problèmes actuels de l’hydrologie. Aux mesures « in situ », trop ponctuelles et difficilement généralisables, viennent s’ajouter de nouvelles techniques de télédétection pouvant fournir une information « tout temps » et spatialisée de l’état de surface des bassins versants. L’objectif de cette thèse est de mettre au point un modèle hydrologique conceptuel Pluie-Débit, capable de prendre en compte l’état hydrique des sols. Deux outils de base ont été utilisés : le modèle conceptuel GR3J (puis GR4J) pour la simulation des débits et le modèle physique bi-couches inspiré du « Schéma de Deardorff » pour le suivi de l’humidité des deux couches de sol, superficielle et racinaire. De nombreux schémas de couplage ont été testés en s’appuyant sur les données du BVRE de l’Orgeval, où existent des séries de données de pluie, de débit et d’humidité du sol. Le modèle retenu, « GRHUM », a une fonction de production dérivée du schéma de Deardorff et a conservé la fonction de transfert de GR4J. C’est un modèle à six paramètres, simulant le débits journaliers et l’humidité de deux couches de sol. Le modèle a été validé sur le BVRE de Naisin et sur 35 autres bassins versants situés en Bretagne. Les résultats obtenus montrent les bonnes aptitudes du modèle à simuler les débits et l’humidité de la couche de sol racinaire. La prise en compte de l’occupation réelle du sol, à partir de cartes de cultures et accessible par télédétection, améliore la simulation des humidités de surface. Le fonctionnement de ce modèle peut être réalisé en deux modes : « simulation » lorsque les données d’humidité du sol ne sont pas disponibles et « assimilation » lorsque ces données sont présentes. Le modèle « GRHUM » ouvre des perspectives nouvelles pour l’utilisation de l’état hydrique du sol déterminé à partir de données satellitaires (radar, IRT) dans la prévision des débits<br>Conceptual hydrological modelling fails in describing the temporal evolution of soil hydric state by the use of classic methods of soil moisture measurement. It is well known that soil hydrodynamic behaviour is highly heterogeneous in the catchment. New remote sensed techniques of measurements can provide information about the spatial variability of this date. Actuel conceptual models use an index that represents the soil water content. This approach is not adapted to the use of remotely sensed data. The aim of this research is to develop a software which can estimate the soil hydric state evolution and simulate basin outflows. Thus, we will be able to use the remotely sensed data. This study is based on two existing tools. The first is the hydrologic conceptual model GR3J which is used to simulate the runoff. The second is the physically based two layers model, issued from de « Deardorff’s schema », and which is used to estimate the moisture evolution o f the two soil layers. These models were calibrated apart using date from basins of different hydrodynamic and morphological characteristics. He final model is obtained by a combination of the two previous models and can provide the capacity of each of them. This study have been done on the Orgeval’s catchment. The final model have been successfully validated on the Brittany region (France) where the ERS-1 project is situated. The model can run with two functional modes depending on the soil moisture data availability (simulation and assimilation)

Les ondes gravito-inertielles jouent un rôle majeur dans les échanges d'énergie globaux sur la planète. Si la génération des ondes est bien connue dans l'atmosphère et l'océan, le devenir de ces ondes au cours de leur propagation n'est pas complètement défini aujourd'hui. Ces ondes peuvent interagir de façon non-linéaire avec elles-mêmes et créer des structures de plus petite échelle qui vont se dissiper plus facilement. Ainsi, le phénomène d'instabilité paramétrique sous-harmonique (PSI), a été étudié de façon expérimentale. Nous avons effectué la première mise en évidence expérimentale de l'interaction de trois ondes planes inertielles bi-dimensionnelles, sous la forme d'une triade résonnante. Cette étude améliore en outre la compréhension de la turbulence en rotation. Les ondes internes peuvent aussi créer, ou interagir avec des écoulements lents de grande échellequi peuvent modifier la biodiversité au fond des océans. Nous avons mis en évidence une situation expérimentale à l'origine d'un tel écoulement moyen induit par les ondes et, à l'aide d'un modèle théorique simplifié, nous avons expliqué la formation de ces écoulements. Enfin, on étudie également des tourbillons en fluide stratifié pour permettre de futures études sur l'interaction d'ondes gravito-inertielles avec des tourbillons.

Dans le contexte du réchauffement et du changement climatique, il est important d’étudier les distributions, les cycles saisonniers et les tendances des gaz à l’état de trace dans l’atmosphère tels que la vapeur d’eau. L'Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand a en charge plusieurs dispositifs d’observation dont le site instrumenté Cézeaux, Opme et Puy de Dôme (CO-PDD) situés dans le centre de la France (45◦ N, 3◦ E). Le site des Cézeaux dispose d’un LIDAR Rayleigh – Mie - Raman fournissant en routine des profils verticaux de vapeur d’eau et de paramètres optiques caractérisant les cirrus. Le site du puy de Dôme est équipé d’un spectroscope à cavité optique (CRDS-Picarro). Des mesures de colonnes totales de vapeur d’eau sont disponibles sur tous ces sites par GPS. Le site d’Opme est équipé d’un pluviomètre. Enfin Météo-France effectue le travail de contrôle qualité des données météorologiques sur les stations de mesure en France et ces données ont été utilisées dans cette thèse. La validation des données sur le site du puy de Dôme a été la première la première exploitation dans cette thèse. Des comparaisons des données sur le puy de Dôme ont montré un très bon accord entre les données de vapeur d’eau extraites de la station météorologique du puy de Dôme, de Météo France et les donnes CRDS du puy de Dôme, avec une corrélation de 0.94 et 0.98 respectivement. Les profils verticaux obtenus par LIDAR ont permis de sélectionner une anomalie de vapeur d’eau et d’identifier une intrusion stratosphère-troposphère en analysant les processus dynamique associés à cette anomalie. Les données OLR ont montré que cette intrusion est accompagnée de convection profonde et enfin LACYTRAJ confirme l'origine stratosphérique d’une partie de la masse d'air présente au-dessus de Clermont-Ferrand au cours de l’anomalie. Les longues séries d’observations (ex : Puy de Dôme 1995-2015) et des ré-analyse ECMWF ERA-Interim (1979-2017) et la diversité des sources de données (ex : satellites AIRS et COSMIC), nous permettent de documenter, analyser et comparer la variabilité, les cycles et la tendance de la vapeur d'eau à la surface et dans la troposphère, à différentes échelles de temps et déterminer les processus géophysiques responsables des distributions de vapeur d'eau sur le site CO-PDD. Le cycle annuel de la vapeur d'eau est clairement établi pour les deux sites de différentes altitudes et pour tous les types de mesure. Les sites de Cézeaux et du puy de Dôme ne présentent presque aucun cycle diurne, suggérant que la variabilité de la vapeur d'eau à la surface sur ces deux sites est plus influencée par les systèmes météorologique sporadiques que par les variations diurnes régulières. Les données LIDAR montrent une plus grande variabilité mensuelle de la distribution verticale que les produits satellites COSMIC et AIRS. La colonne totale de vapeur d'eau GPS sur le site des Cézeaux présente une tendance positive (0,42 ± 0,45 g/kg*décade entre 2006-2017). L'analyse par régressions multi-linéaires montre que les forçages continentaux (East Atlantic, East Atlantic-West Russia) ont une plus grande influence que le forçage océanique (Nord Atlantic Oscillation) sur les variations de vapeur d'eau<br>In the context of global warming and climate change, it is important to study the distributions, seasonal cycles and trends of trace gases in the atmosphere such as water vapor. of the Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand is in charge of several observation devices including the instrumented site Cézeaux, Opme and Puy de Dôme (CO-PDD) located near the center of France (45◦ N, 3◦ E). The site of Cézeaux is instrumented by a Rayleigh - Mie–LIDAR Raman providing routine vertical profiles of water vapor mixing ratio and optical parameters characterizing cirrus clouds. The puy de Dôme site is equipped with an optical cavity spectroscope (CRDS-Picarro). Measurements of total water vapor columns are available on all these sites by GPS. The Opme site is equipped with rain gauges. Finally, Météo-France performs the quality control work and of data on meteorological stations in France and these data were used in this thesis. The validation of the puy de Dôme data was the first the first task in this thesis. Comparisons between the puy de Dôme data sets showed a very good agreement between the water vapor datafrom the OPGC meteorological station of Puy de Dôme, Météo France and CRDS data with a correlation of 0.94 and 0.98 respectively. The vertical profiles deduced from the LIDAR allowed to identify a water vapor anomaly and a stratosphere-troposphere intrusion associated with this anomaly. OLR data showed that this intrusion could be linked with deep convection and LACYTRAJ confirms the stratospheric origin of a part of the air mass present above Clermont-Ferrand. Long series of observations (eg Puy de Dôme 1995-2015) and ECMWF ERA-Interim re-analysis (1979-2017) and the diversity of data sources (eg AIRS and COSMIC satellites), allowed us to document, analyze and compare the variability, cycles and trend of surface and tropospheric water vapor at different time scales and determine the geophysical processes responsible for water vapor distributions at the site of CO-PDD. The annual cycle of water vapor is clearly established for the two sites of different altitudes and for all types of measurement. Cézeaux and puy de Dôme present almost no diurnal cycle, suggesting that the variability of surface water vapor at this site is more influenced by a sporadic meteorological system than by regular diurnal variations. The LIDAR dataset shows a greater monthly variability of the vertical distribution than the COSMIC and AIRS satellite products. The Cézeaux site presents a positive trend for the GPS water vapor total column (0.42 ± 0.45 g/kg*decade during 2006–2017) and a significant negative trend for the surface water vapor mixing ratio (−0.16 ± 0.09 mm/decade during 2002–2017). The multi-linear regression analysis shows that continental forcings (East Atlantic Pattern and East Atlantic-West Russia Pattern) have a larger influence than oceanic forcing (North Atlantic Oscillation) on the water vapor variations