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Auteur
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Sciences de la terre et de l’environnement
/ 13-11-2020
Simon Nataline
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Les échanges entre les rivières et les nappes d’eau souterraine jouent un rôle essentiel dans le maintien des écosystèmes aquatiques. Or, leur caractérisation demeure difficile du fait de leur forte variabilité dans l’espace et dans le temps. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse est de développer des méthodes actives de mesures distribuées de température pour quantifier la dynamique des interactions nappe/rivière. Après avoir établi une nouvelle approche pour évaluer la résolution spatiale des mesures de température, nous avons validé deux nouvelles méthodes d’interprétation permettant d’estimer de manière distribuée les flux d’eau et la conductivité thermique du milieu poreux. Les travaux, associant modélisations numériques et mesures expérimentales en laboratoire, montrent que les méthodes d’interprétation développées permettent d’estimer avec une excellente précision les écoulements et que la gamme de flux pouvant être investiguée est particulièrement large. Pour tester cette approche prometteuse, des expériences actives ont ensuite été réalisées sur le terrain dans deux environnements différents : d’abord dans un petit cours d’eau d’ordre 1 de tête de bassin versant, puis dans un fleuve s’écoulant le long d’une plaine alluviale. Ces applications ont démontré le fort potentiel des méthodes actives pour quantifier les écoulements à l’interface nappe/rivière et décrire leur variabilité spatiale et temporelle. La comparaison des résultats obtenus sur les deux sites a permis finalement de discuter la faisabilité, les apports mais aussi les limites de la méthode dans différents contextes hydrologiques.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 10-12-2018
Demangeat Edwige
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Les nanoparticules de fer manufacturées (NPs-Fe) sont des matériaux de taille nanométrique dont l’utilisation s’est, depuis peu, étendue à des domaines environnementaux. Leur dispersion dans les milieux aqueux et solides, et leurs interactions avec le vivant soulèvent toutefois encore de nombreuses questions. Dans la première partie de cette étude, nous conduisons un travail approfondi de caractérisation des NPs-Fe et précisons comment ces propriétés sont impliquées dans les processus contrôlant la stabilité colloïdale puis la réactivité chimique (capacité d’adsorption du cuivre) des NPs-Fe en solution aqueuse. Des modifications à la fois surfaciques et cristallochimiques sont appliquées afin de mettre en évidence le rôle clés de la chimie de surface des NPs-Fe. Dans cette étude, il est montré que les acides humiques limitent l’agrégation des NPs-Fe et procurent des sites d’adsorption pour les métaux. Les conditions physico-chimiques du milieu s’avèrent également jouer un rôle crucial. Le pH modifie notamment la charge de surface des NPs-Fe et les forces d’interactions électrostatiques qui en résultent. Dans un deuxième temps, nous étudions les interactions entre les NPs-Fe et les végétaux, en solution puis dans un sol. Après 63 et 57 jours, les mesures de susceptibilité magnétique montrent que les NPs-Fe s’accumulent au niveau des racines avant d’être transloquées, en moindre quantité, dans les parties aériennes des plantes. La réponse des plantes à l’exposition aux NPs-Fe se traduit par une augmentation de la biomasse végétale et des teneurs en chlorophylles et une diminution de la peroxydation lipidique.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 17-06-2022
Wahl Aurélie
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Les déchets plastiques s’accumulent dans tous les compartiments environnementaux, et cette présence suscite un vif intérêt de la part de la communauté scientifique. Pourtant, leur étude dans les sols n’est que très récente par rapport aux rivières et océans. Ce travail de doctorat s’est donc concentré sur le comportement des micro- et nanoplastiques et des contaminants associés issus de l’amendement en compost de déchets ménagers, enrichi en débris plastiques dans un sol agricole. Les microplastiques collectés dans le sol ont un degré d’altération avancé qui favorise la libération de petites particules plastiques telles que les nanoplastiques. Afin de les identifier, une méthode d’extraction /identification a été développée et a prouvé pour la première fois la présence de nanoplastiques composés des trois polymères les plus courants dans la couche de surface du sol. Il a ensuite été démontré que ces nanoplastiques étaient présents dans les couches minérales en profondeur alors que les microplastiques n’étaient présents que dans la profondeur de labour. Les nanoplastiques sont donc mobiles dans les sols et ont la capacité d’atteindre les nappes d’eau souterraines sous-jacentes. Enfin, le rôle de déchets plastiques dans la contamination concomitante en métaux relevée dans le sol a été étudié. Les plus fortes concentrations correspondent aux métaux utilisés comme additifs dans la formulation des plastiques mais les plastiques n’ont pu être mis en cause avec certitude dans la contamination du sol. Les métaux et leur signature isotopique représentent cependant de bons candidats pour le traçage des nanoplastiques dans les matrices naturelles complexes.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 03-12-2020
Hubert Antoine
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Dans les environnements souterrains, un grand nombre de réactions bio-géo-chimiques ont une cinétique essentiellement contrôlée par des bactéries. Dans ces milieux, les flux de nutriments et les concentrations de solutés peuvent être fortement variables dans l'espace et le temps. Ces variations peuvent générer des cinétiques de réaction bio-géo-chimiques qui différent de manière significative des cas mesurés dans les modèles environnementaux homogènes. L’objectif général de ce travail est, à partir d’expériences microfluidiques et en se fondant uniquement sur des observables physiques, de quantifier les couplages entre hétérogénéité de l’écoulement, transport/mélange de solutés, réactions et activité biologique. Nos expériences associées à des modélisations numériques démontrent le couplage du transport de nutriments avec la croissance en surface des bactéries. Des observations à l’échelle des cellules bactériennes et à haut taux d’acquisition démontrent l’effet des gradients de vitesse sur les motifs de colonisation des surfaces par les bactéries dans les premières phases de développement d’une population soumise à un écoulement laminaire. Nous mettons également en évidence une dépendance des caractéristiques de l’attachement des bactéries aux surfaces vis-à-vis de la contrainte cisaillante qu’elles subissent. Cette adaptation influence leur taux de croissance. Enfin, nous développons un cadre d’étude analytique décrivant l’amélioration d’une cinétique de réaction par les processus de mélange.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 22-12-2023
Ba Mouhamadoul Moustapha
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Dans le contexte de la rivière Sélune en France, où deux barrages sont en cours de retrait pour rétablir la continuité hydro-sédimentaire de la rivière, cette thèse s'est fixée pour objectif de comprendre les impacts potentiels de ces changements sur la dynamique de la zone hyporhéique. Cette zone, cruciale dans les cycles hydrologiques ainsi que pour la reproduction de certaines espèces de poisson, demeure mal comprise du fait du faible nombre de donnée disponibles. Pour pallier à ce problème, un réseau de capteurs autonomes mesurant différentes variables physico-chimiques a été déployé à partir d'octobre 2021, sur une durée de 2 ans. La méthodologie de cette étude repose sur l'analyse des gradients physico-chimiques verticaux dans les sédiments du lit de la rivière, en se penchant sur l'oxygène et la conductivité. L'hétérogénéité de la perméabilité a également été examinée grâce à des mesures de conductivité électrique. Les résultats ont révélé des variations spatiales significatives de la perméabilité du lit. En particulier, l'impact du flux sédimentaire lié à l'arasement des barrages a été observé, provoquant une diminution de la perméabilité dans certaines zones. En ce qui concerne l'oxygène dissous, les variations observées sont liées aux régimes d'infiltration et d'exfiltration, avec possiblement des baisses temporaires dues à l'activité microbienne en réponse à l'apport de matière organique. De plus, l'arrivée de sédiments en mai 2022 semble avoir entraîné une période prolongée d'anoxie, avec potentiellement des conséquences majeures pour la faune aquatique. Cette recherche a contribué à une meilleure compréhension de la zone hyporhéique et a souligné l'impact significatif du flux sédimentaire sur la perméabilité, la dynamique de l'oxygène et le phénomène de colmatage. Elle a également ouvert de nouvelles perspectives pour l'analyse des propriétés hydrothermiques du lit de la rivière, des flux d'eau et l'utilisation de mesures de conductivité électrique pour estimer la profondeur des échanges nappe-rivière, ainsi que le développement de modèles théoriques pour prédire le transport des éléments dissous et leur dégradation.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 16-10-2023
Osorio-Leon Ivan-David
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Les réactions redox impliquant l’oxygène dissous (OD) sont les plus énergétiques et offrent une source majeure d'énergie pour la biosphère profonde. La capacité des milieux fracturés à transporter rapidement des eaux oxygénées de la surface vers la profondeur permet le maintien d’une hydrosphère oxique profonde (HOP) jusqu’à présent négligée. Cette thèse porte donc sur l’origine, la dynamique et les conséquences de cette HOP. Dans un premier temps, nous établissons un cadre conceptuel pour identifier les facteurs qui contrôlent le transport réactif de l’OD à l’échelle d’un bassin versant. Nous développons un modèle d’interactions eau-roche afin de prédire la profondeur de l’HOP. Ce modèle est ensuite utilisé pour expliquer l’occurrence d’une HOP dans les premiers 300 mètres de profondeur de l’Observatoire de la Zone Critique de Ploemeur. Nous étudions le δ18O de l'OD au sein de l'HOP afin d'identifier la distribution des processus biotiques et abiotiques qui contrôlent la réactivité de l'OD dans le bassin versant. Dans un deuxième temps, nous développons deux expériences in-situ pour explorer les conséquences de l’HOP sur le fonctionnement biogéochimique de la subsurface. Grâce à un test de traçage réactif à l'OD et une expérience d'incubation de minéraux, nous démontrons, respectivement, la réponse de la biomasse planktonique et de celle attachée aux minéraux aux dynamiques oxiques-anoxiques de la subsurface. Ces travaux mettent en lumière une HOP dans laquelle les processus biogéochimiques souterrains sont sensibles aux dynamiques hydrologiques de surface impliquant le transport de l'OD, remettant ainsi en question le paradigme de la biosphère profonde en tant que système inertiel et anoxique.
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Sciences de la Terre et de l'Environnement Sociologie
/ 29-06-2023
Ganivet Elias
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L’ampleur des bouleversements planétaires en cours (« changements globaux ») nous impose de modifier rapidement et drastiquement nos modes de vie, de gestion et d’organisation. A travers cette thèse, nous avons choisi d’aborder une partie des impacts des changements globaux sous le prisme de l’eau ‒ cette ressource se retrouvant à l’interface entre climat, écosystèmes et activités humaines, et dont la diminution multiplie les tensions dans l’espace public. L’objectif de cette thèse a ainsi été de développer une démarche ‒ intégrant modélisation et dimension participative ‒ afin de rendre visible la complexité des systèmes socio-environnementaux et l’impact des changements globaux (actuels et à venir), dans le but d’aider les prises de décision en concertation à l’échelle territoriale. Réalisé en Bretagne, sur le territoire de Lorient Agglomération et des bassins versants du Scorff et du Blavet, ce travail a conduit à l’élaboration d’une démarche en trois temps baptisée « Eau et Territoire » : (1) construction d’une base commune de connaissance sur les enjeux de l’eau et des changements globaux ; (2) co-construction de scénarios prospectifs afin d’identifier des évolutions possibles pour le territoire ; et (3) projection collective dans les futurs possibles du territoire afin d’identifier des trajectoires souhaitables. S’il n’est pas possible d’évaluer dès aujourd’hui l’impact de cette démarche sur les futures prises de décisions, elle aura au moins permis d’offrir un espace d’échange et de participation pour concevoir la complexité du système et d’envisager collectivement des leviers d’adaptation.
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Sciences de la terre
/ 30-06-2017
Olivier Marie
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Le Permien, dernière période du Paléozoïque, est marquée par la fin de l'assemblage de la Pangée induisant une continentalisation de vastes étendues sans équivalent dans les temps géologiques. Cette évolution géodynamique s'accompagne d'une aridification liée à la déglaciation du Permien Inférieur favorisant la sédimentation d'importants dépôts éoliens. La bonne préservation de ces dépôts dans l'enregistrement sédimentaire fait du Permien une période privilégiée pour l'étude des sédiments continentaux éoliens et fluviatiles que ce soit en contexte endoréique ou exoréique. Ce travail s'intéresse aux facteurs de contrôle (allocycliques versus autocycliques) de la préservation des dépôts éoliens dans les séries mixtes éoliennes et fluviatiles au travers de deux bassins permiens : (1) le Bassin du Paradox dans le Sud-Est de l'Utah, USA ; (2) les séries de l'Upper Rotliegend II dans le domaine offshore des Pays-Bas, partie intégrante du Bassin Permien du Sud de la Mer du Nord. Ces deux bassins ont enregistré le dépôt de séries mixtes éoliennes et fluviatiles en contexte exoréique pour le Bassin du Paradox, et en contexte endoréique pour les séries de l'Upper Rotliegend II. L'étude de terrain réalisée dans le Sud-Est de l'Utah a abouti grâce à la description détaillée de coupes sédimentologique (1) à la mise en évidence de dépôts marins tout au long de la succession sédimentaire, la littérature récente ayant surestimé les dépôts de dunes éoliennes ; (2) à la réalisation de corrélations haute résolution afin de proposer un schéma stratigraphique et de montrer l'évolution des paléo-environnements au cours du temps ; (3) à démontrer le contrôle eustatique et climatique (paléosols, flux sédimentaires fluviatiles) sur la préservation des dunes éoliennes côtières. L'étude des séries de l'Upper Rotliegend II réalisée grâce à des données de subsurface (carottes sédimentaires et diagraphies) a permis (1) à partir de descriptions détaillées de carottes de mettre en évidence la surestimation des dépôts de dunes éoliennes préservés dans la zone d'étude ; (2) de réaliser des corrélations diagraphiques haute résolution et de proposer un schéma stratigraphique, (3) de définir des cycles stratigraphiques majeurs et mineurs rétrogradants et des groupements d'unités génétiques contrôlés par les variations climatiques dans le bassin et dans la zone d'alimentation (4) et de mettre en évidence l'influence jusqu'alors sous-estimée des flux sédimentaires fluviatiles sur le remaniement et la préservation des dépôts éoliens.
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Sciences de la terre et des planètes
/ 10-02-2023
Simon Martin
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Dans les anciens orogènes, déterminer avec précision l’évolution pression–température–temps (P–T–t) des roches métamorphiques est important pour estimer la vitesse des processus menant à la formation de la chaîne de montagnes. Cependant, l’interprétation des âges obtenus pour ces roches, spécifiquement les âges sur zircon, fait débat. En effet, le comportement de ce minéral, pourtant le plus fréquemment daté, est assez peu compris, et relier sa cristallisation à une portion du chemin P–T est une tâche délicate. L’étude de deux séries d’échantillons collectés dans la région de Nordfjord-Stadlandet (Région des Gneiss de l’Ouest, Norvège) permet d’apporter de nouveaux éléments quant aux contraintes d’âges sur le métamorphisme de haute pression. Le zircon montre des résultats sensiblement différents entre les affleurements : pour l’un, un seul âge concordant a été obtenu, tandis que pour le second affleurement, les analyses sur zircon révèlent de nombreuses dates, couvrant environ 40 Ma. Dans les deux affleurements, les éléments de diagnostics usuels (partage des terres rares entre grenat et zircon, thermométrie sur éléments traces) ne permettent pas de relier ces âges à des portions bien définies des chemins P–T déduits pour les roches étudiées. Les âges sur zircon ne font sens et ne peuvent être intégrés à l’évolution P–T que grâce à la comparaison avec les âges sur grenat et rutile. De fait, le zircon semble plus prompt à (re)cristalliser après le pic métamorphique, datant donc la décompression et le refroidissement. Cette étude présente aussi une nouvelle évidence naturelle du découplage entre le lutécium et l’hafnium dans le grenat, vieillissant artificiellement la date Lu–Hf de plusieurs dizaines de millions d’années, et causé par la rééquilibration du grenat lors d’un réchauffement associé à la décompression post-métamorphisme de faciès éclogite. Enfin, d’un point de vue de la géologie régionale, les différences pétrologiques (la zonation absente ou présente dans le grenat, la forme du chemin P–T) et géochronologiques observées entre les échantillons des deux affleurements peuvent suggérer une structure de la zone d’étude plus complexe que celle admise actuellement. L’étude pétrologique d’une des deux éclogites fraîches suggère une compression isotherme de ~15 à 29 kbar, à 600 °C. Cette évolution prograde inhabituelle nécessite de remettre en question l’interprétation habituellement faite de la pression comme indicateur des profondeurs atteintes par les roches, et donc des mécanismes responsables du métamorphisme d’ultra-haute pression dans les zones de convergence.
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Sciences de la terre et de l’environnement
/ 26-06-2019
Bethencourt Lorine
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Les bactéries de la famille des Gallionellaceae (β-proteobacteria) oxydent le fer dissous à pH neutre pour alimenter leur métabolisme énergétique. Ces bactéries sont endémiques des habitats microaérobies, où elles peuvent rivaliser avec l'oxydation abiotique rapide du fer par l'oxygène. Elles sont ainsi retrouvées généralement dans les zones d’interfaces entre l’atmosphère et un compartiment anoxique riche en fer, tel qu’une résurgence d’eau souterraine. Pourtant ces cinq dernières années, de plus en plus d’études attestent de la présence des Gallionellaceae en profondeur dans certains milieux souterrains, à des profondeurs où ils sont généralement considérés comme anoxiques. Dans plusieurs de ces milieux, comme par exemple certains aquifères du massif armoricain (Bretagne, France), les Gallionellaceae semblent même dominer les communautés microbiennes présentes. Cela suggère que non seulement il existe des zones d’interface en profondeur dans ces aquifères entre un compartiment contenant de l’oxygène et un compartiment anoxique riche en fer, mais aussi que ces zones d’interfaces peuvent avoir un rôle prépondérant dans le maintien des populations microbiennes en profondeur. L’objectif de cette thèse était ainsi d’explorer la diversité et l’écologie des Gallionellaceae au sein des milieux souterrains, afin de mieux comprendre le fonctionnement biogéochimique global de ces milieux. Une approche pluridisciplinaire, faisant intervenir des analyses métagénomiques et hydrogéochimiques, a été privilégiée pour répondre à cet objectif.
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