Résumé : La thèse est consacrée à la recherche des catastrophes marines (tsunamis, ondes de tempête) dans les Antilles françaises, en utilisant des modèles analytiques et numériques de mécanique des fluides. L'accent est mis sur le développement de modèles de mouvement de glissements de terrain et des vagues causées par ces glissements. Le modèle le plus simple du glissement de terrain «solide block» est utilisé pour évaluer les caractéristiques des flux pyroclastiques du volcan Soufrière-Hills (Montserrat). Un modèle plus complexe de modélisation de glissement de terrain (modèle de Savage-Hutter) a été étudié analytiquement, donnant ainsi une nouvelle famille de solutions exactes décrivant le mouvement de l'écoulement par gravité non linéaire dans une vallée ou dans un canyon sous-marin. Le modèle comprend des ondes simples (Riemann waves),le cas d'un barrage qui cède (dam-break problem), des solutions auto-similaires dans la M-fonne et « chapeaux paraboliques ». Grâce à la théorie linéaire de l'eau peu profonde nous avons étudié le processus de génération de tsunamis par des glissements de terrain de volume variable, se déplaçant à une vitesse variable dans un bassin de profondeur variable. Dans le cas d'un fond marin particulier (cas sans "réflexion"), les phénomènes de résonnance ont été étudiés dans un bassin à profondeur variable. Nous avons utilisé des méthodes numériques pour la résolution non-linéaire des équations des eaux peu profondes afin d'analyser des catastrophes marines réelles (les ondes de tempête causées par le cyclone Lili en 2002, le tsunami volcanique de 2003 à Montserrat) et probables (un tsunami prés des côtes de la Martinique). Des données sur les catastrophes
The dissertation is devoted to research in the field of marine natural hazards (tsunamis, storm surges) in the French West Indies, using analytical and numerical models of fluid mechanics. Emphasis is placed on the development of models of landslide motion and generated tsunami waves. The simple "solid block" model is used to evaluate the characteristics of pyroclastic flow Soufriere Hills volcano (Montserrat). The "fluid model" of a landslide (so called Savage-Hutter model) is studied analytically; within this model a new family of exact solutions that describe the motion of nonlinear gravity flow in a valley or underwater canyon is found: nonlinear Riemann wave, dan break problem, self-similar solutions (M - wave and parabolic cap). In the framework of the linear shallow water theory the process of generation of tsunami waves by landslides of variable volume moving with variable velocity above the basin of variable depth is studied. For the specific bottom profile ("reflectionless" one) the resonant phenomena is investigated in the basin of variable depth. Numerical methods are used to analyze marine hazards: historical (storm surges, caused by Cyclone LILI in 2002; volcanic tsunami 2003 on Montserrat) and possible events (possible tsunami of the coast of Martinique). Various data on marine natural disasters are obtained during field surveys (volcanic tsunami in 2003, stonn surges caused by Hurricane Dean in 2007). Designed catalogs of tsunamis and storm surges are created based on results of numerical modeling and field studies; some statistical analysis is perfomed

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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Taiwan is a young mountain belt, known as one of the most active area in the world. Since the beginning of the 20th century more than twenty _ Mw 7 earthquakes have struck the island. However, the occurrence of larger events (_Mw 8) is still a matter of debate. In this framework it is of key importance to obtain longer record in order to evaluate the occurrence of large past earthquakes. The sub-aqueous paleoseismology, based on the record of the sedimentary gravity deposits, appears as a serious alternative to approach this thematic and is a rapidly advancing field that has the potential to illuminate the long-term history of seismicity.The first part of this work was to investigate the present sedimentary systems off east Taiwan, essential to understand the morphosedimentary features, sedimentary facies and processes governing the evolution of the submarine slope, and the controlling factors of the recent sedimentation. Our results showed that the offshore slope east Taiwan is affected by a variety of sedimentary systems and processes, and that turbidity currents appear as the main erosional processes covering nearly 60% of the sedimentary record. Turbidity currents are generated by distinct controlling factors such as tectonic and climatic activity that enabled us to define twoend-members relative to turbidity currents initiation: Turbidity currents preconditioned by tectonic activity and triggered by earthquakes shaking and likely deposited into intra-slope basin and turbidity currents driven by climatic activity such as extreme floods or typhoons, generated in basin directly connected with onland rivers.The second part consisted to apply a paleoseismic approach, based on turbidites record, at two time-scales. First, we tested and validated the method by correlating turbidites deposits with instrumental earthquakes. Then, once calibrated we extended the time-series back in time. We dated the three most recent turbidites layers circa 2001 ± 3 AD, 1950 ± 5 AD and 1928 ± 10 AD. Using empirical relationship that link peakground acceleration, distance and magnitude to calibrate the seismic sources, we correlate these three turbidites with instrumental earthquakes: the Chengkong Earthquake 12/10/2003 (Mw 6.8), the 11/24/1951 Taitung Earthquake (Mw 7.1) and the 9/4/1935 Lutao Earthquake (Mw 7.0) respectively. Applying criteria to discriminating the different triggering mechanisms for turbidity current generation, we propose that earthquakes are the main triggering mechanisms. Dating and age modeling provided a part of the chronology of extreme events since the last 3000 years and allowed us to estimate return time for earthquakes Mw _ 6.8.This work represents a good starting-point for future investigations in order to better assess Holocene time series of extreme events.
La chaine de Taïwan représente l’une des zones les plus actives au monde. Depuis le début du XXe siècle, plus d’une vingtaine de séismes _Mw 7 ont affecté l’île. Cependant la probabilité d’occurrence de séismes plus importants (_Mw 8) est toujours matière à débat. Dans un tel contexte, il apparait donc important d’obtenir des enregistrements plus anciens pour évaluer l’occurrence de tels évènements. La paléosismologie marine, basée sur l’enregistrement des dépôts issus de la sédimentation gravitaire, apparait comme une alternative sérieuse afin d’illuminer l’histoire de la sismicité sur des périodes anciennes. Ce travail de thèse apporte de nouvelles contraintes sur l’histoire sismique au large, à l’est de Taïwan, au cours des derniers 3000 ans.La première partie de ce travail consiste à caractériser les systèmes sédimentaires récents. Cette étape fut essentielle pour la compréhension des processus, faciès sédimentaires et les facteurs de contrôle de la sédimentation qui régissent l’évolution de la pente sous-marine. Ces résultats ont montré que l’Est de Taïwan est caractérisé par une grande variabilité de processus et que les courants de turbidité dominent l’enregistrement sédimentaire.Les courants de turbidité sont générés par deux facteurs distincts : l’activité tectonique/sismique et l’activité climatique. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l’approche paléosismique en utilisant les dépôts de turbidités comme marqueurs des paléoséismes. Pour ce faire, nous avons dans un premier temps testé et validé l’approche à l’échelle du siècle dernier. Ensuite une fois calibré, nous avons pu étendre les séries temporelles à l’échelle de l’Holocène. Nous avons daté les trois plus récents évènements turbiditiques autour de 2001 ± 3 AD, 1950 ± 5 AD et 1928 ± 10 AD. En utilisant des relations empiriques intégrant magnitude, distance et valeur du "peak ground acceleration", nous avons pu calibrer la source sismique et ainsi corréler ces trois turbidites à trois séismes instrumentaux : le séisme de Chengkong (12/10/2003) (Mw 6.8), le séisme de Taitung (11/24/1951) (Mw 7.1) et le séisme de Lutao (9/4/1935) (Mw 7.0). Au-delà du siècle dernier, les datations et modèles d’âges nous permettent d’établir une partie de la chronologie des évènements extrêmes sur une période de 3000 ans et d’estimer un temps de retour pour des évènements de l’ordre _Mw 7. Les résultats ont toutefois montré que ces temps de retour sont nettement supérieurs à ceux connus sur le siècle dernier, ce qui suggère que tous les séismes ne sont pas enregistrés par les dépôts sédimentaires marins. Ce travail de thèse a donc permis de montrer que les dépôts issus de la sédimentation évènementielle peuvent être considérés comme marqueurs de la sismicité et que cette approche peut constituer un outil complémentaire pour les études portant sur le risque sismique.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01661529

NNT : 2014MON20133
tel-01661529
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Éditeur(s) : HAL CCSD American Geophysical Union
Résumé : The acquisition of reliable data sets representative of hydrological regimes and their variations is a critical concern for water resource assessment. For the subsurface, traditional approaches based on probe measurements, core analysis, and well data can be laborious, expensive, and highly intrusive, while only yielding sparse data sets. For this study, an innovative field survey, merging relative microgravimetry, magnetic resonance soundings, and hydrological measurements, was conducted to evaluate both surface and subsurface water storage variations in a semiarid Sahelian area. The instrumental setup was implemented in the lower part of a typical hillslope feeding to a temporary pond. Weekly measurements were carried out using relative spring gravimeters during 3 months of the rainy season in 2009 over a 350 × 500 m2 network of 12 microgravity stations. Gravity variations of small to medium amplitude (≤220 nm s−2) were measured with accuracies better than 50 nm s−2, revealing significant variations of the water storage at small time (from 1 week up to 3 months) and space (from a couple of meters up to a few hundred meters) scales. Consistent spatial organization of the water storage variations were detected, suggesting high infiltration at the outlet of a small gully. The comparison with hydrological measurements and magnetic resonance soundings involved that most of the microgravity variations came from the heterogeneity in the vadose zone. The results highlight the potential of time lapse microgravity surveys for detecting intraseasonal water storage variations and providing rich space-time data sets for process investigation or hydrological model calibration/evaluation
ISSN: 0043-1397

hal-00857351
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00857351
DOI : 10.1002/wrcr.20235

Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier
Résumé : International audience
This paper provides a synthesis of current data and interpretations on the crustal structure of the Pyrenean-Cantabrian orogenic belt, and presents new tectonic models for representative transects. The Pyrenean orogeny lasted from Santonian (~84 Ma) to early Miocene times (~20 Ma), and consisted of a spatial and temporal succession of oceanic crust/exhumed mantle subduction, rift inversion and continental collision processes at the Iberia-Eurasia plate boundary. A good coverage by active-source (vertical-incidence and wide-angle reflection) and passive-source (receiver functions) seismic studies, coupled with surface data have led to a reasonable knowledge of the present-day crustal architecture of the Pyrenean-Cantabrian belt, although questions remain. Seismic imaging reveals a persistent structure, from the central Pyrenees to the central Cantabrian Mountains, consisting of a wedge of Eurasian lithosphere indented into the thicker Iberian plate, whose lower crust is detached and plunges northwards into the mantle. For the Pyrenees, a new scheme of relationships between the southern upper crustal thrust sheets and the Axial Zone is here proposed. For the Cantabrian belt, the depth reached by the N-dipping Iberian crust and the structure of the margin are also revised.The common occurrence of lherzolite bodies in the northern Pyrenees and the seismic velocity and potential field record of the Bay of Biscay indicate that the precursor of the Pyrenees was a hyperextended and strongly segmented rift system, where narrow domains of exhumed mantle separated the thinned Iberian and Eurasian continental margins since the Albian-Cenomanian. The exhumed mantle in the Pyrenean rift was largely covered by a Mesozoic sedimentary lid that had locally glided along detachments in Triassic evaporites. Continental margin collision in the Pyrenees was preceded by subduction of the exhumed mantle, accompanied by the pop-up thrust expulsion of the off-scraped sedimentary lid above. To the west, oceanic subduction of the Bay of Biscay under the North Iberian margin is supported by an upper plate thrust wedge, gravity and magnetic anomalies, and 3D inclined sub-crustal reflections. However, discrepancies remain for the location of continent-ocean transitions in the Bay of Biscay and for the extent of oceanic subduction. The plate-kinematic evolution during the Mesozoic, which involves issues as the timing and total amount of opening, as well as the role of strike-slip drift, is also under debate, discrepancies arising from first-order interpretations of the adjacent oceanic magnetic anomaly record.
ISSN: 0040-1951

insu-01683989
https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01683989
https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01683989/document
https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01683989/file/teixell-tectono-2018.pdf
DOI : 10.1016/j.tecto.2018.01.009

Éditeur(s) : Elsevier Science Bv
Résumé : Volcaniclastic successions are well-described in volcanic arc setting but rare in hotspot environments. The present work proposes a facies model of volcaniclastic sedimentation related to basaltic hotspot volcanoes as exemplified by the Piton de la Fournaise volcano (La Réunion Island). The facies model is based on a multi-scale approach combining high-resolution multibeam and backscatter data, deep-water photographs, side scan imagery and Kullenberg piston cores. Data show that a wide range of gravity flows and erosional features develop in the active volcaniclastic sedimentary system. Coastal and submarine instabilities are the main processes shaping the volcano's submarine morphology. Meanwhile, the evolution and dynamics of the sedimentary system are strongly linked with the morpho-structural evolution of the subaerial part of the volcano. The proposed model is characterized by a cyclic succession of stages: (1) a growing stage during which sedimentary activity is mainly restricted to proximal and mid-slope areas; (2) a collapse stage that entirely reshapes the morphology of the submarine slopes; and (3) an erosional stage related to a slow down of volcanic activity, enabling the development of large deep-sea fans.
Marine Geology (0025-3227) (Elsevier Science Bv), 2013-03 , Vol. 337 , P. 35-52

Droits : 2013 Published by Elsevier B.V. All rights reserved
http://archimer.ifremer.fr/doc/00137/24798/22939.pdf
DOI:10.1016/j.margeo.2013.01.004
http://archimer.ifremer.fr/doc/00137/24798/

Résumé : L'importance des forêts tropicales dans le cycle du carbone à l'échelle planétaire est majeure, tant en terme de stock qu’en terme de flux de CO2. Plusieurs études mettent en évidence des changements au sein des forêts tropicales au cours des 20 dernières années, notamment des changements de la dynamique forestière et une augmentation de la biomasse aérienne. Les déterminants de ces variations sont aujourd’hui discutés et nous proposons ici d’apporter une contribution à ce débat. Les données utilisées dans ce travail proviennent du dispositif de suivi forestier à long terme de Paracou, Guyane Française, mis en place en 1984 et qui recouvre plus de 120 ha de forêt tropicale humide. Les données météorologiques proviennent de la tour à flux du dispositif, Guyaflux. Les mesures de diamètre proviennent de la base Guyafor pour les données annuelles et bisannuelles, et des mesures de 260 arbres à proximité de la tour à flux pour les mesures diamétriques intra-annuelles.Cette thèse se divise en deux grandes parties. La première concerne l’analyse de la biomasse du dispositif de suivi forestier de Paracou en Guyane et l’implication des changements de structure de cette forêt sur le bilan de carbone. Cette partie est constituée de deux points. (i) Quelles échelles temporelles et spatiales sont pertinentes pour analyser les composantes de structure (biomasse, aire basale et nombre de tiges) et de dynamique (croissance, recrutement et mortalité) des forêts tropicales afin de minimiser les effets d’échantillonnage ? Nous avons établi une méthodologie permettant de relier les intervalles de temps et la surface de mesure aux coefficients de variation de chacune des variables de structure et de dynamique de la forêt. (ii) Quels processus démographiques sont prépondérants dans l’explication des variations de biomasse et comment se redistribue la biomasse accumulée dans le système ? L’augmentation de la biomasse observée sur le dispositif de Paracou serait liée à la rareté des évènements de mortalité des gros arbres qui portent une part très importante de la biomasse.La deuxième partie de la thèse concerne l’analyse de l’effet du climat à moyen terme, inter et intra-annuel, et les effets directs du climat dans les changements de dynamique de la forêt. Cette partie se divise en 3 points. (i) Comment quantifier le stress hydrique en forêt tropicale humide ? Nous avons réalisé un modèle journalier de réserve en eau du sol pour les arbres en forêt tropicale. (ii) Quelles variables sont explicatives de la croissance des arbres en forêt guyanaise ? Nous avons montré que l’eau dans le sol est le facteur le plus explicatif du déterminisme climatique parmi un panel de variables climatiques. (iii) Quels traits fonctionnels sont prédicteurs de la réponse des arbres aux variations climatique ? Nous avons déterminé que des traits spécifiques, densité du bois et la hauteur maximale, ainsi que le diamètre de l'arbre au moment de la mesure, modulent la croissance des arbres en réponse au climat.
At a global scale tropical forest play a major role in term of carbon stock as well as in term of CO2 fluxes. Several studies have highlighted changes in tropical forest functioning during the last 20 years including a faster turnover and an increase of above ground biomass. The drivers of these changes are discussed and throughout this thesis we propose to contribute to this debate. We use the data from the Paracou experimental site in French Guiana established in 1984 on 120 hectares of moist tropical forest. Meteorological data come from the flux tower of the site, Guyaflux. We use annual and bisannual diameter measurements from the Guyafor database, and intra-annual diameter increments from the measurements of 260 trees near the flux tower.This thesis has two main parts. In the first part we present the biomass analysis of the Paracou permanent plots and the impact of structural changes in this forest on the carbon budget. The first part is constituted by two points. (i) Which temporal and spatial scale used to analyze the structure (biomass, basal area and stem density) and dynamics (tree growth, recruitment and mortality)components of tropical forest in order to minimized sample bias ? We establish a simple method to rely measurement interval between census and surface of measurement to the coefficient of variation of forests structure and dynamic components (ii) Which demographic process are involved in the explanation of biomass variation and how the biomass is distributed in the system ? The observed increase of biomass at Paracou could be link to the rarity of big trees mortality events. These big trees represent the larger part of the biomass. In the second part, we present the analysis of intra and inter-annual climate variation effects on forest dynamic changes. This part is divided in two points. (i) How to model drought stress in moist tropical forest ? We built a daily water balance model for tropical trees. (ii) Which climate variables explain the tree growth in guianian forests? We shown that soil water availability is the determinant factor of tree growth among a panel of climate variables. (iii) Which functional traits are involved in the tropical tree growth responses to climate? In this analysis, we determined that wood specific gravity, maximum tree height and tree diameter modulate the tree growth response to climate variations.

http://www.theses.fr/2011AGUY0481/document