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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 16-12-2019
Vautier Camille
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L’industrialisation de l’agriculture, portée par l’utilisation massive d’engrais azotés, a provoqué la pollution de l’eau par les nitrates, à l’origine de dégâts environnementaux comme les proliférations d’algues vertes dans les zones côtières. Aujourd’hui, des efforts sont fournis pour réduire l’utilisation d’engrais azotés, mais la diminution effective des concentrations en nitrates dans les cours d’eau dépend aussi des caractéristiques naturelles des bassins versants. Les circulations d’eau souterraine induisent en effet un stockage temporaire de nitrates dans l’aquifère, qui retarde l’effet des changements de pratiques agricoles. Dans le même temps, la dénitrification épure l’eau souterraine d’une partie de ses nitrates, ce qui abaisse les concentrations en nitrates des cours d’eau qu’elle alimente. L’aquifère exerce donc un double contrôle sur les concentrations en nitrates, dont la compréhension est nécessaire pour prédire leur évolution en fonction des scénarios d’agriculture mis en place. Cette thèse propose de caractériser les temps de résidence et la dénitrification dans l’aquifère à partir de mesures en ruisseau. La méthode est mise en place dans un petit bassin versant agricole breton, dans un aquifère cristallin. La thèse identifie tout d’abord, à travers une analyse de sensibilité, un nombre réduit de paramètres dont la connaissance permet la prédiction des concentrations en nitrates. Elle évalue ensuite la possibilité d’acquérir ces paramètres dans les ruisseaux en étiage. L’investigation des échanges de gaz entre les ruisseaux et l’atmosphère révèle que les traceurs gazeux sont délicats à utiliser à large échelle dans les ruisseaux. En revanche, l’étude de la dénitrification in situ dans les ruisseaux montre que les concentrations en nitrates sont très faiblement modifiées par les processus de surface. Finalement, des mesures de silice et de nitrates spatialement distribuées dans les ruisseaux du bassin versant fournissent une vision représentative des processus de transport et de dénitrification dans l’aquifère. Elles montrent que l’échelle d’homogénéisation est supérieure à l’échelle du bassin versant étudié et permettent de proposer des hypothèses sur les facteurs de contrôle globaux des processus.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 13-12-2019
De Hoÿm de Marien Luc
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La chaîne varisque en France a été interprétée comme une chaîne de collision paléozoïque où l’essentiel des déformations et du métamorphisme résultent de l’épaissi-ssement crustal et de la relaxation thermique qui s’ensuit. L’analyse des relations entre métamorphisme et déformation au sein des massifs d’orthogneiss (principalement du Massif Central) et la datation du métamorphisme de haute pression d’éclo-gites mafiques démontrent : (i) le caractère précoce du métamorphisme de haute température reflété par la fusion partielle des éclogites au pic de pression à ~363 Ma ; (ii) l’exhumation et le refroidissement rapide des roches après le pic de pression datés à ~353 Ma ; (iii) le caractère rétrograde de l’essentiel des déformations des orthogneiss. Le métamorphisme et les déformations sont finalement interprétés dans le cadre d’un changement de dynamique de la zone de subduction suite à l’entrée en subduction de lambeaux de croûte continentale plutôt que dans celui d’une collision continentale succédant à la subduction océanique initiale.
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Paléontologie
/ 03-12-2019
Polette France
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Afin d’améliorer les connaissances, jusqu’alors lacunaires en France, quant à l’évolution des paléoécosystèmes végétaux durant le Crétacé Inférieur, période fondamentale de leur histoire évolutive, il est ici proposé de dresser la première synthèse bibliographique, paléoenvironnementale, paléoclimatique, stratigraphique, et taxonomique des assemblages palynologiques continentaux du Crétacé Inférieur de France. Cette étude s’appuie sur l’analyse des palynoflores provenant de 20 sites français (principalement Charentes, nord du Bassin de Paris, et massifs subalpins), et de quatre sites d’Angleterre, dont l’âge des dépôts, pour la plupart continentaux, s’échelonne entre le Tithonien et le Cénomanien. L’observation de 120 échantillons a permis l’identification de 446 espèces correspondant principalement à des spores et à des grains de pollen, mais également à quelques kystes d’algues et de dinoflagellés. L’analyse morpho-statistique de spores verruquées rapprochées de la famille des Lygodiaceae, très abondantes au Crétacé Inférieur, a permis de caractériser plus précisément les caractères taxonomiques discriminants, dont l’application pourra, à terme, améliorer la résolution stratigraphique et paléoenvironnementale de ces espèces. L’évolution paléoenvironnementale et paléoclimatique inférée des observations palynologiques suggère l’existence de conditions arides à semi-arides durant la fin du Tithonien et le début du Berriasien (environnements de type sebkhas), suivies par un changement abrupt marqué par une phase humide prononcée au Berriasien supérieur et au Valanginien inférieur, puis par une diminution progressive de l’humidité du Valanginien moyen à l’Aptien (environnements de types plaines d’inondation, forêts humides). L’Albien et le Cénomanien sont caractérisés par un retour à des conditions généralement humides, cependant moins marquées qu’à la fin du Berriasien (environnements de types mangroves). Plusieurs phases d’aridification ont été notées entre le Berriasien supérieur et l’Albien supérieur : à la fin du Valanginien inférieur, au Barrémien supérieur/Aptien inférieur (généralisée à l’Europe de l’Ouest, mais peu marquée dans le nord de la France), et à moindre échelle durant l’Albien moyen au nord du Bassin de Paris. Les palynomorphes continentaux du Crétacé Inférieur n’étant pour la plupart pas considérés comme des marqueurs stratigraphiques fiables, deux méthodes de datation complémentaires s’appuyant uniquement sur les assemblages continentaux ont été développées, afin de faciliter la datation des dépôts continentaux. Leur validité a été testée sur des assemblages de référence d’Angleterre, et elles ont ainsi permis de préciser l’âge des dépôts d’Angeac (Charente) et du Pays de Bray (Normandie).
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Sciences de la terre et des planètes
/ 29-11-2019
Poh Jonathan
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Les deux modes de déformation apparaissant au cours de l’évolution de la Terre peuvent être classés en fonction de leurs spécificités structurales et tectoniques, de l’âge des provinces géologiques et de la résistance lithosphérique associée. Au vu du contraste entre ces deux styles de déformation, l’héritage structurel pourrait impacter la localisation de futur gisements minéraux. L’idée d’appliquer cette idée au bassin d’Athabasca et à la genèse de dépôts d’uranium a été suggérée. Ces gisements reposent au sein d’un large couloir structural à l’extrémité Est du bassin d’Athabasca. Ces structures ont été interprétées comme résultant d’une orogenèse Paléoprotérozoique majeure, l’orogenèse Trans-Hudson (2,07 à 1,79 Ga). Afin d’examiner la pertinence de ces structures héritées et leur rôle dans le dépôt des minéraux, j’ai utilisé des méthodes numériques classiques pour tester des modèles tectoniques de configurations variables. Ce travail de thèse se présente en trois parties. Dans la première partie, je tente de mieux comprendre les conditions physiques nécessaires à la génération de structures telles que le couloir structural. J’ai caractérisé deux grands modes de déformation crustale et vérifié la faisabilité physique d’un modèle proposé récemment (tectonique «Pop-down »). Le but de la seconde partie est d’identifier une transition entre deux grands modes de déformation tectonique vus au cours de l’histoire de la Terre. Pour cela, j’ai testé les quatre paramètres (taux de déformation, profil thermique, rhéologie de la croûte et dégagement de chaleur radiogénique) contrôlant la résistance de la lithosphère. Les résultats indiquent qu’une telle transition existe et peut être liée, au premier ordre, à la résistance de la croûte. Dans la dernière partie, j’examine le rôle de ces structures héritées dans la préparation de l’environnement géologique des gisements minéraux. Ce travail a été réalisé à l’aide de la modélisation couplée du transport de chaleur et de fluides. Les résultats suggèrent que les structures héritées ont joué le rôle de conduits de chaleur et de fluides, facilitant le mélange des fluides par convection. Ce processus a été identifié comme essentiel dans la minéralisation de l’uranium. Ces résultats indiquent l’importance des structures héritées d’orogenèses précédentes dans le dépôt des ressources minérales. De futures recherches nécessitent de passer à l’échelle de la province afin de mieux caractériser ces structures anciennes héritées ainsi que de potentielles anciennes limites de plaques tectoniques.
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Sciences de la Terre et de l'Environnement
/ 25-10-2019
Uzel Jessica
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L’histoire tardi- à post-compressive des Pyrénées est caractérisée par la formation d’une surface d’aplanissement dont les reliques sont aujourd’hui retrouvées au sommet de la chaîne. Cette surface a fait l’objet d’une littérature abondante dans laquelle les auteurs se sont appliqués à en caractériser la géométrie, l’extension ainsi que le mécanisme et l’âge de sa formation. Les études les plus récentes ont montré que la surface d’aplanissement s’était probablement formée en altitude au cours de l’intervalle Oligocène - Miocène supérieur. Cependant, cette altitude reste indéterminée. Ces travaux de thèse apportent un nouvel élément de caractérisation des reliques de la surface d’aplanissement en décrivant des profils d’altération soustractive préservés au niveau de ces surfaces. L‘altération d’échantillons collectés sous les surfaces reliques d’altitude a été datée par la méthode 40Ar/39Ar appliquée à des oxydes de manganèse potassiques. Un âge crétacé, cohérent avec l’âge du rifting pyrénéen au cours duquel les sommets de blocs basculés ont été émergés, ainsi qu’un âge quaternaire ont été obtenus. La lacune d’enregistrement de l’information géochronologique entre ces deux périodes est interprétée comme le résultat de la réactivation des profils d’altération liée au soulèvement de la chaîne au cours de la période post-compressive. Ces résultats montrent que l’altération a continué dans les Pyrénées jusqu’au Quaternaire. L’analyse géomorphologique du démantèlement de la surface, basée sur l’étude morphométrique des incision fluviales miocènes à actuelles des Pyrénées occidentales révèle l’implication d’un soulèvement de la chaîne, intervenu à partir du Miocène moyen. Ce soulèvement est confirmé pour la période actuelle par l’analyse d’un jeu de données InSAR. L’origine de ce soulèvement est discutée à l’échelle des plaques Afrique et Eurasie. Le soulèvement Miocène moyen à actuel des Pyrénées à l’origine du démantèlement de la surface d’aplanissement peut être expliqué par une propagation de la déformation engendrée au niveau des limites de plaques actives suite à une modification de la direction de convergence Afrique - Eurasie.
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Sciences de la Terre et de l’environnement
/ 04-10-2019
Lotfi-Kalahroodi Elaheh
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Les zones humides (ZH) jouent un rôle majeur dans le contrôle du devenir des contaminants dans l’environnement. Elles sont soumises à des périodes de saturation en eau qui induisent des variations des conditions redox dans les sols. Ces cycles redox contrôlent la spéciation de Fe et des éléments associés, i.e. la matière organique (MO). Si plusieurs études ont étudié les principales formes minérales, colloïdales et solubles du Fe dans les ZHs, de nombreuses incertitudes subsistent quant aux mécanismes qui contrôlent leur formation et leur évolution. En cela, l’isotopie du fer constitue un outil intéressant pour étudier ces processus. Cependant, avant d’être utilisé comme proxy, la signature isotopique du Fe pour un processus donné doit être identifiée. Ce travail de thèse s’est donc focalisé sur la signature isotopique des agrégats Fe-MO dans les ZH. Afin d’étudier la composition isotopique des différentes espèces constitutives de ces agrégats, nous avons utilisé l’ultrafiltration à différents seuils de coupure. La première étape a été de vérifier que l’ultrafiltration ne fractionnait pas les isotopes du Fe. Puis, une série d’expériences a été réalisée pour déterminer la signature isotopique du Fe particulaire, colloïdal et sous forme de complexes solubles dans ces agrégats Fe-MO. Les résultats ont démontré que l’hydrolyse abiotique ne fractionnait pas les isotopes du Fe. Au contraire, la complexation du Fe par les ligands OH- ou organiques qui complexent préférentiellement les isotopes lourds du Fe, contrôlent sa signature isotopique et imposent une signature aux formes particulaires et colloïdales. Ce mécanisme a ensuite été testé dans un sol de ZH soumis à 3 cycles oxie/anoxie successifs puis à des données de terrain. La liaison préférentielle des isotopes lourds du Fe aux ligands bactériens contrôle la signature isotopique du Fe à long terme. Cependant, les flux d’eau de sub-surface dans la zone humide, minimisent l'impact de ce mécanisme sur la composition isotopique en Fe de la solution de sol.
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Science de la Terre et de l'Environnement
/ 10-09-2019
Morin Julien
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La région intracontinentale du Tian Shan (Asie Centrale) est une zone clé pour comprendre l’évolution long terme des continents en général et de l’Asie en particulier. Si son évolution géodynamique paléozoïque et cénozoïque est assez bien comprise et caractérisée par une succession d’orogénèses, son histoire Mésozoïque reste quant à elle assez mal contrainte. Le Jurassique est une période particulière au sein de ce contexte globalement compressif. En effet, à la fin du Trias l’Eurasie était largement entourée par des zones de subductions conduisant à de l’extension au Jurassique inférieur – moyen au sein du domaine Caspien/Turan à l’ouest et à de l’extension Jurassique – Crétacé au sein des domaines Sibérie – Mongol à l’est. Néanmoins, l’évolution paléogéographique et cinématique Jurassique de la région du Tian Shan, correspondant probablement à une zone de relais entre ces deux domaines dominés par de l’extension, sont encore mal comprises. Pour ce faire, nous avons mené des analyses sédimentaires sur différents bassins associés à la chaîne du Tian Shan et compilé les différentes données disponibles afin de caractériser l’évolution des environnements de dépôts et des conditions climatiques au cours du temps. En parallèle, nous avons effectué des études géomorphologiques et compilé les données de thermochronologie basse température pour reconstruire l’évolution paléotopographique de la région du Tian Shan. Durant le Jurassique inférieur - début du Jurassique moyen, l’évolution topographique du Tian Shan était dominée par l’aplanissement progressif d’un relief Paléozoïque supérieur à Mésozoïque inférieur, localement réactivé par des évènements tectoniques éphémères. La sédimentation, dans les bassins bordants la chaîne et dans les bassins intra- montagneux était caractérisée par des dépôts alluviaux à lacustres déposés dans des conditions humides. Durant cette période, la région du Tian Shan était dominée par de la tectonique compressive à décrochante. A l’ouest, le Sinémurien – Pliensbachien marque le début de la sédimentation dans le bassin de Yarkand-Fergana. A cette période, une activité tectonique le long de la faille de Talas Fergana/Karatau conduisit à l’ouverture du bassin de Yarkand-Fergana sous forme d’hémi-graben. L’extension, et donc l’ouverture du bassin, a persisté durant le Jurassique moyen. Ces épisodes de déformations et leurs chronologies ne peuvent pas être liés à la collision du bloc de Qiangtang, mais peuvent être associés à l’extension induite par la subduction de la Néo-Téthys affectant les domaines Caspien/Turan à l’ouest. Nous proposons que le champ de contrainte extensif induit par la zone de subduction de la Néo-Tethys ait également joué un rôle majeur en contrôlant l’évolution topographique et cinématique tardi Jurassique inférieur – moyen de la région du Tian Shan. Pendant la période tardi Jurassique moyen – Jurassique supérieur, peu d’indices de déformations existent dans le Tian Shan mais également dans les domaines Caspien –Turan. Nous proposons que la période de la fin du Jurassique moyen – début du Jurassique supérieur corresponde à une période de relative quiescence tectonique. Enfin, la transition Jurassique – Crétacé est marquée par une réactivation tectonique conduisant à l’inversion du bassin de Yarkand-Fergana et à la création de relief localisé dans la chaine du Tian Shan.
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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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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 07-05-2019
Nicolas Madeleine
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Les facteurs qui régissent l'intensité et la répartition de la recharge naturelle et artificielle dans les aquifères cristallins altérés et fracturés sont mal connus. Ce sont cependant les caractéristiques déterminantes de ce type de roche—ces roches sont très hétérogènes—qui rendent difficile l’estimation des flux dans ces milieux ainsi que des propriétés hydrauliques qui les contrôlent. La première partie de ce manuscrit fournit un état des connaissances sur la recharge des eaux souterraines et ses méthodes d’estimation, permettant de comprendre les défis scientifiques et sociétaux abordés dans cette thèse. La deuxième partie présente les travaux numériques et expérimentaux menés pour approfondir notre compréhension de la dynamique des flux d’eaux souterraines dans ces milieux hétérogènes à plusieurs échelles. Le premier axe de recherche porte sur les processus de recharge naturelle à l’échelle du bassin versant. La recharge diffuse a été modélisée avec un modèle physique simple d’infiltration et comparée à des estimations préalables de recharge totale. Nos résultats illustrent la forte dépendance de la recharge aux précipitations et à l’irrigation, et l’importance de la recharge focalisée. Les facteurs responsables de la distribution spatiale de la recharge sont aussi étudiés. Le deuxième axe est basé sur le suivi de la mise en eau d’un bassin de recharge artificielle dans un site hautement monitoré et bien équipé. Ces observations ont été interprétées avec des modèles analytiques et numériques. Ces modèles ont mis en évidence l’existence de flux préférentiels horizontaux, mais aussi d’une compartimentation latérale qui entrave la propagation des intrants de recharge.
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Sciences de la terre et des planètes
/ 08-03-2019
Bouenitela Vicky Tendresse Télange
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La chaîne du Mayombe constitue la portion congolaise du système orogénique « Araçuaï-West Congo » qui se répartit entre la marge orientale du Brésil et la marge occidentale de l’Afrique centrale. Elle s’allonge parallèlement au littoral atlantique suivant la direction NW-SE. En tenant compte des données géochronologiques, elle se subdivise en deux domaines lithostratigraphiques : (i) le domaine paléoprotérozoïque et (ii) le domaine néoprotérozoïque. Le domaine paléoprotérozoique de la chaîne du Mayombe correspond à la partie interne de la chaîne et se caractérise par la co-existence des roches d’origine sédimentaire et magmatique déformées et métamorphisées à des degrés variés. Ces roches se répartissent en trois principaux groupes lithologiques : (i) le Groupe de la Loémé, (ii) le Groupe de la Loukoula et (iii) le Groupe de la Bikossi. L’analyse structurale des Groupes de la Loémé et de la Loukoula montre que ceux-ci sont plissés et fracturés. Dans le Groupe de la Loémé les plis présentent des axes qui s’orientent dans les directions NE-SW, NNE-SSW et N-S tandis que dans le Groupe de la Loukoula, le plissement se fait suivant la direction NE-SW. Le Groupe de la Bikossi se caractérise par des plis qui s’orientent dans les directions identifiées dans les précédants Groupes. L’étude géochimique réalisée sur les échantillons provenant du domaine paléoprotérozoïque de la chaîne du Mayombe montre que ce dernier est hétérogénique c’est-à-dire qu’il implique des terrains d’origine et de lithologie variées. La caractérisation pétrologique des ensembles lithologiques des groupes de la Loémé et de la Loukoula montre que ceux-ci sont affectés par au moins deux événements métamorphiques distincts qui se superposent. Le premier événement se traduit par des paragenèses à grenat-biotite-oligoclase dans les métapélites et par le développement de la hornblende brune dans les métabasites permettant ainsi de situer le contexte d’évolution dans le faciès des amphibolites. Le second événement s’enregistre de façon différente dans le Groupe de la Loémé et dans le Groupe de la Loukoula. Il se traduit respectivement par des assemblages à grenat-biotite-oligoclase dans les formtaions du Groupe de la Loémé et par une paragenèse à chlorite-albite-épidote dans le Groupe de la Loukoula. Les échantillons rattachés au Groupe de la Bikossi ne présentent que les traces d’un seul événement métamorphique marqué par les paragenèses à grenat-biotite-muscovite et grenat-chloritoïde-chlorite avec une température oscillant entre 510-568°C pour une pression d’environ 8 kbar. La datation U-Pb sur zircons a permis de : (i) définir les sources des matériaux détritiques ayant constitué les bassins évoluant de l’Archéen au Protérozoïque (3300-1500) ; (ii) de confirmer l’âge paléoprotérozoïque (2070-2040 Ma) du magmatisme éburnéen ainsi que l’âge néoprotérozoïque (925 Ma) des granites de type Mfoubou et Mont Kanda et (iii) mettre en évidence des perturbations du système isotopique U-Pb des zircons à 642 ± 36 Ma et 539 ± 18 Ma. Les analyses 40Ar-39Ar sur biotite, muscovite et amphibole des échantillons du domaine occidental de la chaîne du Mayombe ont fourni des âges qui situent l’événement tectono-thermique pan-africain entre 615 Ma et 496 Ma.
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