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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 16-12-2022
Cornette Nicolas
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Dans les aquifères de socle cristallin, les ressources en eau souterraines sont principalement de proche subsurface, marquées par de larges variations horizontales et verticales des propriétés hydrodynamiques. Les chroniques hydrologiques contiennent de l’information sur les propriétés des milieux souterrains dans la partie récession de la série temporelle des débits. Les objectifs de la thèse étaient d’extraire des chroniques hydrologiques les facteurs de vulnérabilité des bassins versants aux étiages (les propriétés hydrodynamiques et leur hétérogénéité), de corréler les propriétés et la lithologie et d’évaluer la réponse des aquifères face aux changements climatiques. Le modèle hs1D décrit les écoulements à l’échelle du versant et a été utilisé pour estimer les propriétés hydrodynamiques de 79 bassins versants en Bretagne. Ce modèle a été adapté pour tenir compte de l’hétérogénéité des processus à partir d’une approche à deux versants. Les propriétés calibrées sont alors mises en relation avec la lithologie des bassins versants dans une optique de régionalisation. Cette approche met en avant la présence à la fois d’écoulements lents et rapides sur l’ensemble des bassins versants, contraints par la perméabilité et la diffusivité des versants. Les cartes d’exploration fournissent des informations sur les capacités de stockage des bassins versants. La corrélation des propriétés hydrodynamiques avec la lithologie suggère que les modèles régionaux peuvent être contraints par une quantité de données restreinte malgré la complexité des écoulements des aquifères de socle.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 12-12-2022
Abhervé Ronan
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Le bassin rennais n’est pas épargné par le changement climatique. Les conditions
inhabituelles fragilisent déjà le système d’alimentation en eau potable du territoire. Mais qu’en sera-t-il dans le futur ? Les gestionnaires d’Eau du Bassin Rennais ont besoin d’outils pour prédire l’évolution des ressources en eau en amont des ouvrages de captages. Pour y répondre, la démarche de modélisation hydro(géo)logique développée, adaptée au contexte géologique de socle en Bretagne, s’est concentrée sur les relations entre la nappe d’eau souterraine et les cours d’eau. En se basant sur le réseau hydrographique de surface, une méthode de calibration des modèles a été innovée pour estimer les propriétés de la subsurface. L’approche de modélisation basée sur les processus hydrogéologiques reproduit l’intermittence des cours d’eau, indicateur de la résilience des bassins versants. Une fois la calibration validée, les modèles hydrogéologiques sont forcés par de multiples projections climatiques, allant de 1980 à 2100, et selon différents scénarios d’émission de gaz à effet de serre (RCP). Ces simulations hydrologiques fournissent une enveloppe de trajectoires probables d’évolution future du stock d’eau souterraine, du débit des cours d’eau, et de l’intermittence du réseau hydrographique. De manière générale, les projections prévoient une extension des périodes de déficit en eau, avec une occurrence accrue d’années de sécheresses consécutives. Les connaissances apportées et les outils opérationnels développés dans le cadre de cette thèse permettent, d’une part, de progresser sur des questions de recherches en plein essor, et d’autre part, d’offrir de nouvelles perspectives d’anticipation et d’optimisation des stratégies de gestion de l’eau, à l’échelle du territoire.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 23-06-2022
Kernif Tarik
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Les brèches sédimentaires proviennent d’une grande diversité de processus physiques. L’identification de ces processus de formation est cruciale pour les replacer dans un contexte paléoenvironnemental et géodynamique. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux processus de formation et de préservation des brèches sédimentaires colluviales dans un contexte extensif, en comparant un système récent crétois et un système ancien pyrénéen. Les résultats de terrain, associés à une approche par modélisation analogique, montrent que lorsque les brèches sédimentaires de cône colluvial sont préservées, elles correspondent à des dépôts syntectoniques de bordure de bassins extensifs et peuvent être ainsi considérées comme un indicateur sédimentaire du stade initial de l'extension continentale. Une nouvelle nomenclature est aussi proposée pour les faciès de brèches sédimentaires de cône colluvial typiques des processus de chute de pierre, d'éboulement et de glissement rocheux. Enfin cette première étude a permis de mettre en évidence l'importance d'une phase tectonique extensive au Jurassique supérieur dans les Pyrénées Orientales. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l'évolution diagenétique et la datation des brèches du flanc sud du synclinal du Bas Agly au NE des Pyrénées. Ces brèches ont été le sujet de nombreuses controverses quant à leur âge, leur genèse et leur contexte paléoenvironnemental. Cette étude nous a permis d’apporter un éclaircissement sur l’évolution tectonique et paléogéographique du domaine NE pyrénéen. Plus largement nous proposons des pistes méthodologiques d’analyse des brèches sédimentaires dans l’optique d’éclaircir leur signification géodynamique.
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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
/ 02-06-2022
Gauvain Alexandre
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Les systèmes environnementaux sont et seront davantage affectés par les évolutions climatiques. Prédire les dynamiques futures en lien avec le changement climatique de ces objets complexes est nécessaire et représente un enjeu considérable pour la communauté scientifique afin d’accompagner les politiques publiques dans leurs décisions. C’est dans ce contexte que des outils et méthodes ont été développés pour répondre à ces enjeux. Les travaux présentés dans cette thèse s’articulent principalement autour des résurgences d’eau souterraine et l’impact qu’elles peuvent avoir sur les systèmes côtiers à faibles altitudes. Au-delà de leur caractérisation, il est aussi question de montrer l’intérêt de les considérer pleinement dans les processus du cycle hydrologique à travers le contrôle qu’elles exercent sur les circulations souterraines. Les différentes études de cette thèse ont démontré que la modélisation des résurgences d’eau souterraine est nécessaire pour caractériser l’évolution future des zones vulnérables en contexte côtier et de changement climatique. Dans des contextes différents, ces résurgences sont très utiles pour la caractérisation des aquifères par la possibilité de les utiliser comme données de référence pour estimer les propriétés hydrodynamiques.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 24-03-2022
Bernard Thomas
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L’objectif fondamental de la géomorphologie est l’identification et la caractérisation des processus façonnant les paysages. En fournissant une représentation 3D haute précision et haute densité des paysages, le LiDAR aéroporté a révolutionné notre capacité à extraire des informations sur la topographie fournissant ainsi de nouvelles opportunités pour l’identification et la compréhension des processus géomorphologiques. Ce potentiel reste sous-exploité dans de nombreuses problématiques en géomorphologie du fait de l’incapacité des méthodes d’analyse actuelles à exploiter la richesse d’information fournie par le LiDAR aéroporté. Cette thèse intègre les derniers développements sur la simulation hydraulique 2D et la détection de changements 3D afin d’améliorer les méthodes d’analyse pour (i) la description de la structure des paysages fluviaux et (ii) l’identification et l’analyse géométrique des glissements de terrain à haute résolution. Les principaux résultats montrent que la simulation hydraulique 2D permet la définition d’indicateurs hydro-géomorphiques prenant pleinement en compte la structure haute résolution des écoulements de surface. Ces indicateurs permettent une meilleure identification des connexions versants-rivières et la caractérisation de la géométrie hydraulique des chenaux. L’intégration de la détection de changement 3D permet d’exploiter la structure 3D des données LiDAR pour la création d’inventaires robustes, complets et objectifs des glissements de terrain. Cette approche permet une meilleure quantification du volume des glissements de terrain en comparaison des approches traditionnelles.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 06-12-2021
Blancho Florent
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L’utilisation des plastiques s’est accompagnée d’un rejet massif de déchets plastiques dans l’environnement. Leur altération par photo-oxydation produit des nanoplastiques (NPs) dont les caractéristiques et les propriétés en font des vecteurs potentiellement importants de métaux. Etant difficiles à échantillonner dans l’environnement, leur étude a été jusqu’à présent réalisée à l’aide de modèle non représentatifs de l’environnement. Il est donc primordial de produire des modèles de NPs plus pertinents afin de mieux appréhender leur comportement et leur impact sur les polluants métalliques. La Py-GCMS permet d’identifier les NPs de polypropylène en présence de matière organique comme dans les matrices environnementales. L’abrasion mécanique des couches d’altération des plastiques photo-oxydés dans l’environnement, nous a permis de produire un modèle plus représentatif. Ces modèles de NPs présentent à leur surface des fonctions capables de complexer les métaux et de contrôler leur stabilité colloïdale. L’utilisation des terres rares et la modélisation thermodynamique, nous a permis de démontrer que l’adsorption des métaux est contrôlée par la formation de complexes mono ou bidentés avec les sites carboxyliques de surface. La formation des complexes mono ou bidentés dépend de la valence des métaux étudiés et des conditions physicochimiques du milieu. Plus globalement, la réactivité des NPs dépend de leur état d’oxydation qui contrôle leur densité de site de surface. De par leurs propriétés de sorption, les NPs peuvent être des acteurs clés de la dynamique des métaux dans des zones polluées par les plastiques comme par exemple: les sols agricoles amendés en déchets plastiques et les décharges.
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Paléontologie
/ 02-12-2021
Bouju Valentine
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De nombreux gisements d’ambre sont connus à travers le monde. Cependant, la majorité provient de l’ancien Laurasia, tandis que les ambres gondwaniens sont limités à quelques gisements, probablement du fait d’un manque d’accès ou de prospections dans un grand nombre de régions. Deux nouveaux gisements gondwaniens découverts, l’un dans le Crétacé du Congo, l’autre dans le Miocène d’Ethiopie, portent les premières occurrences africaines, gondwaniennes, voire fossiles de divers arthropodes ou végétaux. L’ambre du Congo préserve les traces d’un paléoenvironnement forestier à dominante gymnospermienne. La résine semble elle même produite par une gymnosperme, probablement Cheirolepidiaceae. Les inclusions sont majoritairement composées par des diptères et des hyménoptères. Elles dévoilent un écosystème aptien de milieu localement humide, sous un climat global chaud, semi-aride, s’étant développé au sein d’une vallée fluviatile, à l’aube de la dislocation du Gondwana. L’ambre miocène d’Ethiopie illustre quant à lui un milieu de type palustre, au sein d’une forêt tropicale humide. Les assemblages de végétaux cryptogames et d’arthropodes, préservés dans la résine, révèlent des similitudes avec les écosystèmes contemporains de République Dominicaine et du Mexique. Ces affinités sont les témoins de l’évolution biogéographique au Cénozoïque de taxons d’origine gondwanienne.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 25-11-2021
Pradel Alice
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Résumé : Les plastiques sont le troisième matériau le plus produit sur Terre et une importante fraction (>25%) se retrouve dans l'environnement. Pour évaluer les risques liés aux débris plastiques, il est nécessaire de comprendre les sources, et les mécanismes de transport et d’accumulation des débris plastiques dans l'environnement. Ceci s'avère difficile car le plastique se dégrade en particules qui sont trop petites pour être échantillonnées et quantifiées. En particulier, les nanoplastiques (< 1 μm), qui sont des particules colloïdales, pourraient constituer une fraction importante du budget global de débris plastiques. L’objectif de ce travail est d’examiner les possibles lieux d’accumulation des nanoplastiques en étudiant des processus physicochimiques lors d’expérimentations. Une attention particulière a été accordée à la pertinence environnementale des modèles de nanoplastiques utilisés. D'abord, l'agrégation des nanoplastiques est étudiée car c’est un processus clé dans le transport des colloïdes. Ensuite, ce travail se focalise sur le transfert des nanoplastiques à travers deux interfaces environnementales. Celles-ci présentent des gradients physico-chimiques soupçonnés de contrôler le devenir des nanoplastiques : les milieux poreux (qui représentent des sols, sédiments et aquifères) et l'interface entre l'eau salée et la glace (qui représente l’interface eau de mer/banquise). Cette étude montre que les différents comportements des nanoplastiques modèles sont principalement attribuables à leurs tailles, formes et propriétés de surface qui influencent leurs comportements hydrodynamiques et leurs énergies d’interaction.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 27-09-2021
Doolaeghe-Wehowsky Diane
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L’état naturel des fractures dans les milieux rocheux cristallins a un impact hydrologique important car elles y constituent les seuls conduits qui existent. Les données de terrain indiquent souvent qu’une large proportion de fractures est cependant colmatée par des processus physico-chimiques, et est donc imperméable aux écoulements. C’est le cas par exemple du site de Forsmark, futur site d’enfouissement de déchets nucléaires en Suède, pour lequel les données de carottes de puits révèlent qu’environ 75-80% des fractures sont colmatées. La manière dont les surfaces de fractures colmatées sont distribuées dans un réseau de fractures (en fonction de la taille, des orientations, etc.) est une question critique puisqu’elle peut drastiquement changer la connectivité de ces ensembles et l’organisation des écoulements. La première partie de ces travaux porte sur l’étude de la distribution du colmatage à partir de modèles numériques. Une problématique est de disposer de modèles numériques assez simples pour qu’ils puissent être appliqués à l’étude de larges réseaux de fractures. Nous montrons qu’une structure de graphe (faite de nœuds et de liens) peut être utilisée pour simplifier les modèles de réseaux de fractures (DFN) et calculer directement les flux. Ensuite, nous étudions son utilisation pour modéliser un processus de transport réactif engendrant de la précipitation au niveau des parois des fractures. Nous montrons que l’hétérogénéité des flux à l’échelle du réseau peut créer des corrélations entre les taux de précipitation et la taille de fracture. La seconde partie évalue la distribution du colmatage à partir des données de terrain du site de Forsmark. Les analyses statistiques montrent d’abord une forte corrélation entre le caractère ouvert ou colmaté des fractures et la contrainte normale appliquée au plan de fracture, ce qui indique un contrôle d’ordre mécanique. Ce contrôle mécanique est approfondi par une analyse des pressions de fluides, qui peuvent avoir amené les fractures à la réactivation. Les résultats indiquent que leur rôle n’est pas à négliger. Enfin, en utilisant la modélisation DFN, nous analysons les conséquences hydrologiques de la corrélation avec la contrainte normale identifiée précédemment. Nous montrons que cette corrélation ne permet pas à elle seule d’expliquer l’organisation des flux mesurée dans les puits de Forsmark et qu’une corrélation avec la taille de fracture doit nécessairement être prise en compte.
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