Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Iran covers a large area limited in longitude by the meridians 44°E and 64°E and in latitude by the parallels 25°N and 40°N. Mapping a new gravity field over Iran is the first important data for geodetic, geophysicaland geodynamical considerations. In this thesis, the gravity measurements are used to determine the gravimetric geoid over Iran. This geoid is coupled with the GPS height and altitude (levelling) to realize an operational vertical surface at the territory of Iran. The contribution of the principal geodetic and gravimetric works realized in recent years are the establishment of: 1) the national absolute gravity network of Iran (NAGNI09), 2) the national gravity calibration line of Iran (NGCLI10) and 3) the multi-observations geodetic and gravimetric network of Iran (MPGGNI10). The absolute gravity network consists in 24 stations where the gravity measurement has been realized with the help of gravimeters FG5, with a precision better than 5μ Gal. The repetition of the observations at two stations between 2000 and 2007 makes obvious the inter-annual variations of gravity in relation of the amount of underground water changes and (or) tectonic deformation. The absolute gravity network has served the base stations for the realization of the MPGGNI10 geodetic and gravimetric network with a mesh of 55 km, at which the gravity is measured with the help of relative gravimeters CG-5 and CG-3/M, the GPS height and the altitude with a precision of 0.010 mGal, 0.03 m, and 3mm km respectively. The remove-restore technique coupled with the Helmert's condensation method is chousen to compute a new gravimetric geoid model, IRGeoid10, with a absolute and relative precision of the order of 0.26 m and 2.8 ppm respectively. The gravimetric geoid is adjusted at the GPS/levelling points to define new vertical reference surface over Iran
L'Iran couvre une grande superficie en longitude entre les méridiens 44°E et 64°E et en latitude entre les parallèles 25°N et 40°N. la cartographie de champ de pesanteur sur l'Iran est de premiére importance pour des considérations d'ordre géodésique, géophysique et geodynamique. Dans cette thèse, les mesures de pesanteur sont utilisées pour déterminer le géoïde gravimétrique sur l'Iran. Ce géoïde est couplé à la mesure de hauteur GPS et d'altitude (nivellement) pour réaliser une surface verticale opérationnelle sur le territoire Iranien. La contribution aux principaux travaux géodésiques et gravimétriques réalisés ces dernières années porte sur l'établissement: 1) du réseau national de gravimétrique absolu de l'Iran (NAGNI09), 2) de la ligne nationale d'étalonnage de gravimétrique de l'Iran (NGCLI10), 3) du réseau multi- observations géodésiques et gravimétriques de l'Iran (MPGGNI10). Le réseau gravimétrique absolu, comporte 24 stations où la mesure de la pesanteur a été réalisée à l'aide de gravimètres FG5, avec une précision meilleure que 5μ Gal. La répétition des observations sur deux sites entre 2000 et 2007 met en évidence des variations inter-annuelles de la pesanteur en relation avec l'évolution du contenu en eau du sous-sol et (ou) la déformation tectonique. Le réseau a servi de point d'appui pour la réalisation du réseau géodésique et gravimétrique MPGGNI10 de maille 55 km sur lequel a été mesuré la pesanteur à l'aide des gravimètres relatifs CG5 et CG-3/M, la hauteur de GPS et l'altitude avec une précision respectivement de 0.010 mGal, 0.03 m et 3mm km . La technique de retrait- restoration couplée à la méthode de condensation de Helmert a permis de calculer un nouveau modèle de géoïde gravimétrique, IRGeoid10, avec une précision absolue et relatif respectivement de l'ordre de 0.26m et 2.8 ppm. Ce géoïde est ajusté aux points GPS nivelés pour définir un nouveau référentiel des altitudes sur l'Iran.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Karstic aquifers represent the most important fresh water reservoirs in many regions of the world like the Mediterranean Basin. However, because of complex processes of karstification, those aquifers are highly heterogeneous at all spatial scales and vulnerable to contamination. In this dissertation, we studied the potential of gravimetry and ambient seismic noise for hydrological modeling in karstic areas.The dolomitic area surrounding the “GEK” observatory in the Durzon catchment on the Larzac plateau, in France, is the preferred site for these studies. Inside the observatory, a superconducting gravimeter dedicated to hydrology has continuously measured gravity changes since 2011 with high precision, undertaken for the first time on a karst. From this gravity monitoring, we made conceptual hydrological models which laid the foundation of 1-D flow physical models. Indeed, gravimetry is an integrative hydro-geophysical method which allows 1) to consider the epikarst, locally heterogeneous as an equivalent tabular medium and 2) to define the types of transfer (fast & slow) occurring at the site. Especially, the lack of fast transfer through the GEK epikarst was precisely quantified for the first time at the field scale (~100m). Gravity-driven water mass balance with local meteorological data (evapotranspiration from a flux tower and precipitation) allowed setting the bottom outlet of the model to 1 mm.day-1. This flow has proved to be representative of the low-flow discharge at the only spring which represents all groundwater outflows from the catchment. This result supposes the homogeneity of the dolomitic epikarst almost at the basin scale. Model parameters were next calibrated using one year of ambient seismic noise monitored at two stations. Phase velocity changes obtained by cross-correlating the noise between 6 and 8 Hz were used as a ”timer” to follow the water infiltration between a depth of 30 and 60 meters. Thus, monitoring seismic velocity changes using ambient seismic noise demonstrates great potential for the study of deep and complex critical zones and could fill the instrumental gap currently existing in hydrology.Time-lapse gravity measurements with a spring-based portable gravimeter have also demonstrated the different behavior of two epikarsts and their variability at the scale of a few hundred meters. Monthly measurements around the observatory revealed the spatial homogeneity of this dolomitic epikarst: all the stations showed the same water storage changes. On the contrary, seasonal surface to depth gravity measurements along the underground passage of the Saint-Ferréol sinkhole, in limestone, have shown fast transfer and strong spatial variability of water storage. Lithology is then expected to play a part in the epikarst capacity to retain water. The precision needed to measure the weak hydrological induced signals during those surveys required robust methodology and an ambient temperature effect on measurements with spring-based gravimeter was observed in the field and quantified in the laboratory.
Les aquifères karstiques représentent des ressources en eau essentielles dans de nombreuses régions du monde comme le bassin Méditerranéen. Cependant, de par les processus complexes de karstification, ces aquifères sont hétérogènes à de nombreuses échelles et vulnérables. Dans cette thèse, nous étudions le potentiel de la gravimétrie et du bruit sismique ambiant pour la modélisation hydrologique en milieu karstique.Le site dolomitique de l’observatoire « GEK », sur le bassin du Durzon dans le Larzac, est le site d’étude privilégié de ces travaux. Dans l’observatoire, un gravimètre supraconducteur dédié à l’hydrologie mesure depuis 2011 les variations de gravité en continu et à une très haute précision, pour la première fois sur un karst. Des modèles hydrologiques conceptuels ont été réalisés à partir de cette surveillance gravimétrique et ont permis de poser les bases de modèles physiques d’écoulements 1-D. En effet la gravimétrie, intégratrice, permet 1) de considérer l’épikarst localement hétérogène comme un milieu tabulaire équivalent et 2) de définir les types de transfert à l’œuvre sur le site. En particulier, l’absence de transfert rapide dans l’épikarst a été quantifiée avec précision pour la première fois à l’échelle du terrain (~100m). A l’aide de données météorologiques locales, un bilan de masse précis a permis de définir le flux en limite inférieure du modèle à 1 mm.jour-1. Ce flux s’est montré représentatif du débit de basses-eaux de la source drainant l’ensemble du bassin. Ce résultat suppose une homogénéité de l’épikarst dolomitique quasiment à l’échelle du bassin. Les paramètres des modèles physiques ont ensuite pu être calibrés à l’aide d’un an d’intercorrélation du bruit sismique ambiant entre deux stations. Les variations de vitesses de phase obtenues entre 6 et 8Hz nous ont servi de « chronomètre » pour suivre l’infiltration entre 30 et 60m de profondeur. La surveillance passive des variations de vitesses sismiques par intercorrélation du bruit sismique ambiant montre ainsi un fort potentiel pour l’étude des zones critiques profondes et complexes à l’échelle du terrain et peut combler la lacune instrumentale qui existe actuellement en hydrologie.Des campagnes répétées de mesures avec un gravimètre portable à ressort ont également mis en évidence le fonctionnement différent de deux épikarsts et leur variabilité à l’échelle de la centaine de mètres. Des mesures mensuelles autour de l’observatoire ont mis en évidence l’homogénéité spatiale de cet épikarst dolomitique : toutes les stations ont les mêmes variations temporelles de stock d’eau. Au contraire, des mesures saisonnières en surface et en profondeur le long de la galerie souterraine calcaire de l’abîme de Saint-Ferréol ont montré une variabilité spatiale forte du stockage ainsi que du transfert rapide. La lithologie de l’épikarst est donc suspectée de jouer un rôle dans sa capacité de stockage. Lors de ces campagnes, la faiblesse du signal recherché a nécessité une méthodologie précautionneuse et un effet de température sur les mesures des gravimètres relatifs à ressort a été observé sur le terrain et quantifié en laboratoire.
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NNT : 2016MONTT128
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The present study addresses the question of increasing need in water supply. One line of research consists in investigating karst aquifers that represent significant water supplies for the areas around the Mediterranean. This work aims at developing a methodology of predictive evaluation of karst distribution and karst thickness within the carbonate massifs. It is based on the study of the Tethysian carbonate platform from the area of Montpellier, South of France. This area underwent a polyphased, complex, tectonic evolution, involving successive karst forming events. The approach is based on the relationships between eustacy and geodynamics, on one hand, and base-level variation recorded within palaeokarsts, on the other hand. Sedimentary fill of palaeokarsts allows to identify distinct karstification phases and sometimes to date them. It is a marker of base-level variations, which we attempt to quantify, that is responsible for karst formation and karst filling and sealing. For three palaeokarsts of regional extent, we analyze : karst sedimentary-fill, the distribution along upstream-downstream profile, the vertical extension of palaeokarsts, indicative of the base-level lowering. - The " Bauxite palaeokarst " results from the two-stage evolution of the " Isthme Durancien " : i) Bauxitic weathering of the Neocomian cover over the southern Massif Central , related to an inversion during Barremian ; ii) ≥1600 m uplift and exhumation during Aptian-Albian, inducing erosion of alterites, upstream, and deposition of detrital bauxites, downstream. - The " Early Paleocene palaeokarsts with marine sedimentary-fill " indicate base level variations of more than 350m in the upstream area. It is suggested here that such base-level variations, exceeding eustacy and recorded in tabular undeformed series, result from desiccation-flooding events in an endoreic silled basin. - The " Miocene palaeokarst with Cevennes-sourced sediment-fill " records a Serravalian-Tortonian base-level drop, depicted by canyon incision in the hinterland of the Gulf of Lion Margin. Uplift values of ≥ 400m upstream, about 250m in an intermediate area and 10's of m downstream, are measured. The present 3D geometry and distribution of carbonate massifs (exposed and covered) are modeled in the study area, from the Cevennes to the Mediterranean. The 3D geological model integrates seismic reflection, borehole and gravimetric data. Tectonic restoration of a N-S section, extracted from the 3D model, allows to reconstruct paleo-base-levels with respect with the carbonate massifs, at different stages of deformation and successive phases of karstification. The 3D paleo-flows through carbonates across the study area, are thus constrained, especially during the Messinian desiccation stage. Application of the results to hydrogeology leads to the following : - Uplift of upstream hinterland (Cretaceous, Miocene) produces large amplitude karsts, but they do not make significant reservoirs. - Karstification responsible for the development of important and deep karst reservoirs is related to desiccation of endoreic basins (early Paleocene and Messinian). - Theses two events have produced two main deep karst reservoirs, with a gravimetric signature : (1) Upstream of Montpellier Thrust, between Pic St Loup, Les Matelles Fault and Hérault Basin, a deep karsts developed over 900m thickness in the Malm limestone, during Paleocene. (2) Downstream (south) of Montpellier Thrust, the coastal karsts extend offshore over more than 10km, they are sealed by a thick Miocene to Quaternary cover, and they result from the Messinian event.
Cette étude s'inscrit dans un contexte de demande croissante en ressources en eau, conduisant à mieux contraindre et estimer la distribution des aquifères karstifiés qui représentent une ressource importante, notamment sur le pourtour méditerranéen. Le but de ce travail est d'élaborer une méthode prédictive de la distribution de la karstification et de l'épaisseur de massifs carbonatés karstifiés, notamment pour les karsts profonds. La méthodologie est développée à partir de l'étude des karsts de la plateforme carbonatée téthysienne du Languedoc montpelliérain; région qui a subi une histoire tectonique complexe et polyphasée, entrainant des phases de karstification successives. Elle est basée sur la compréhension des relations entre eustatisme, géodynamique et niveau de base, enregistrées par les paléokarsts de la région. Le remplissage sédimentaire des paléokarsts permet d'identifier les épisodes de karstification et de les dater ; c'est un marqueur des variations -que l'on cherche à quantifier- du niveau de base local responsable de la formation et du comblement des karsts. On analyse 3 paléokarsts d'extension régionale dont on peut étudier : le remplissage karstique, la distribution le long de profils amont-aval et l'extension verticale indicatrice de l'amplitude de l'abaissement du niveau de base dont il est issu. On en déduit les causes géodynamiques à l'origine de leur formation: - Le " paléokarst des bauxites " à remplissage caractéristique, résulte de l'évolution en 2 phases de " l'Isthme Durancien " : altération bauxitique de la couverture néocomienne sur le sud du Massif Central, liée à une inversion au Barrémien, suivi d'une surrection ≥ 1600m à l'Aptien-Albien, causant l'érosion des altérites en amont et le dépôt des bauxites détritiques en aval. - Le " paléokarst à remplissage marin paléocène inférieur " indique des variations du niveau de base local ≥350m dans la zone amont sud-cévenole. On propose que ces variations de niveau de base d'amplitude très supérieures aux variations eustatiques et dans une zone faiblement déformée, résultent d'assèchements et d'ennoiements d'un bassin endoréique à seuil. - Le " paléokarst à remplissage détritique d'origine cévenole ", enregistre la chute du niveau de base au Serravalien-Tortonien, qui se traduit par l'incision de canyons dans l'arrière-pays de la marge du Golfe du Lion. On détermine une surrection de plus de 400 mètres à l'amont, près de 250m dans les blocs faillés intermédiaires et quelques dizaines de mètres dans la zone avale. En parallèle, on établit la géométrie et la distribution actuelles des massifs carbonatés dans la zone d'étude (y compris sous couverture), en construisant un modèle géologique 3D, des Cévennes à la Méditerranée. On intègre les données de sismique réflexion, de forages et les données gravimétriques. La restauration tectonique séquentielle d'une coupe Nord-Sud extraite du modèle géologique permet d'appréhender la position des paléo-niveaux de base par rapport aux massifs carbonatés, pour chaque époque de karstification. On déduit l'organisation 3D des paléo-écoulements à travers la géométrie complexe des massifs carbonatés languedociens, notamment pendant l'évènement messinien. En terme d'évaluation de la ressource en eau, on déduit que: - Les surrections de l'arrière-pays (Crétacé " moyen ", Miocène) produisent des karsts de grande amplitude, mais ne constituent pas de réservoirs significatifs. - La karstification à l'origine de réservoirs exploitables importants et profonds est créée par l'assèchement de bassins endoréiques, qui ont affecté la région au Paléocène inférieur et au Messinien . - Ces deux évènements sont à l'origine de deux principaux réservoirs karstiques profonds qui ont une signature gravimétrique : (1) En amont du chevauchement de Montpellier, entre le Pic Saint Loup, la faille des Matelles et le bassin de l'Hérault, le karst profond se développe sur une épaisseur atteignant 900m, et est attribuée à l'événement du Paléocène. (2) Au Sud du chevauchement de Montpellier les karsts côtiers s'étendent jusqu'à plus de 10 km au large, scellés par une épaisse couverture Miocène et Plio-Quaternaire, et résultent de l'événement Messinien.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : International audience
After the 2009 Morakot typhoon, which triggered numerous large landslides in Taiwan, Mouyen et al. (2013)showed for the first time the potential of time-lapse gravity survey to infer the mass of sediments transferringby landsliding or through rivers. By providing an integrated measurement of masses, gravimetry might thus becomplementary to common methods used to assess the sediments discharge of rivers. But the masses of rocksdisplaced by Morakot were exceptionally large as a result of the record-breaking rainfalls brought by this typhoonand one might wonder to what extent time-lapse gravimetry could record such sediment transfers. In order tobetter assess the capabilities of this method, we set a time-lapse gravity network dedicated to the monitoring ofsuch sediments transfers in Paolai village (south-central Taiwan). Paolai is located near the large Laonong riverwhere temporary alluvial deposits of sediments exist and face steep mountain slopes likely to experience landslides.Both features are considered as potential source of mass transfers, and in turn of temporal gravity changes. Thefirst base gravity measurements were done in November 2015, using absolute and relative gravimeters, and will berepeated every year, before and after the typhoon season. In the same time, we also use a terrestrial lidar to scan thegeometry of both the river and the mountain slopes, hence providing a detailed topographical survey of the studiedarea. Adding Lidar measurements is an efficient strategy to solve for the non-uniqueness of gravity solutions.Meanwhile, we use the Eros morphodynamic model, that combine landsliding and flooding models, to investigatevarious scenarios of landsliding and subsequent sediment transport and compute the gravity changes on a virtualnetwork of gravimeters. This gives us insights on the expected order of magnitudes for these surface sedimenttransfers, which are useful to unravel the induced gravity signal from others sources such as local hydrology orvertical ground displacements. The modeling results also enable us to set network location that are best defined todetect mass changes associated with sediment transfer. The main objective of this study is to test whether timelapsegravity brings a new and reliable information compared to present methods monitoring sediments transfersand landscape evolution.
European Geosciences Union General Assembly 2016
Vienne, Austria

insu-01308554
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Éditeur(s) : HAL CCSD Oxford University Press (OUP)
Résumé : International audience
We analyse temporal variations of gravity measured in southern Taiwan since November 2006 at 10 sites using absolute gravimeters and, since November 2008, at 70 sites using a relative gravimeter. We describe and apply methods to interpret the gravity changes in terms of local hydrological processes and vertical ground motions. The effect of land water is computed from local rainfall data and a model of rain accumulation and discharge in the ground. The effect of the vertical motions of the ground is estimated using time-series of permanent Global Positioning System (GPS) stations and the theoretical gravity to height ratio of −2 μGal cm−1. Unexpectedly, Morakot typhoon (2009 August), the strongest typhoon in Taiwan in 50 yr, was responsible for the highest gravity changes. Morakot triggered numerous large landslides and debris flow deposits. Their thicknesses are estimated from the gravity changes (up to ∼280 μGal) along with field observations and satellite images.
ISSN: 0956-540X

hal-00768216
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DOI : 10.1093/gji/ggs019

Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier
Résumé : International audience
The Parentis and Arzacq-Mauleon basins located in front of the V-shaped oceanic propagator in the Bay of Biscay present evidence for extreme crustal thinning. In this paper we investigate the 3D structure of these rift basins, based on field observations and the interpretation of seismic data. We compare these results with those obtained from two different and independent inversion methods: first a 3D gravity inversion and second the standard Euler deconvolution.;For the Mauleon Basin our results show that the positive gravimetric anomaly identified above its southern margin is the consequence of two shallower high density bodies that are separated by the Pamplona fault and a deeper high density body. The high density bodies can be explained by the presence of mid-crustal and mantle rocks that were exhumed or uplifted at shallower depth during Early Cretaceous rifting before they were reworked and integrated to the Pyrenean chain during compression phase. Also, during this reactivation phase, some slices of the exhumed mid-crustal and mantle rocks were sheared off and were integrated in the present-day thrust belt in the Mauleon basin. For the Parentis Basin we can demonstrate, based on seismic data and gravimetric inversion methods, a decrease in extension from west to east, which is compatible with the V-shape geometry of the overall basin. Along strike, a change in the fault geometry from downward concave top-basement detachment faults to upward concave high-angle faults can be observed eastwards, i.e. towards the termination of the basin. A key structure, controlling the evolution of the Parentis Basin, is the east-west trending Ibis fault. We interpret this fault to have initially formed as a strike slip fault before it was reactivated during later crustal thinning. At present, it forms the limit between an upper plate sag basin to the north and a lower plate sag basin, floored at least locally by a top-basement detachment faults to the south. The strong asymmetry of the basin is supported by the shape of the basin and the results of standard Euler deconvolution.
ISSN: 0040-1951

hal-00523444
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00523444
DOI : 10.1016/j.tecto.2010.04.023

Éditeur(s) : EDP Sciences
Résumé : Batch fecundity and relative fecundity of swordfish (Xiphias gladius) in the southwestern Indian Ocean were estimated from seven gravid swordfish females (size range 127-225 cm lower jaw-to-fork length, LJFL) with unovulated, hydrated oocytes collected onboard Reunion-based (France) longline swordfish fishing vessels between December 1999 to January 2001. To investigate the spawning pattern of swordfish, we used data collected through a combination of two at sea sampling regimes. A total of 17 007 geo-located size data of swordfish were recorded during 8 years (1993-2001) and a total of 1727 (size range 75-289 cm, LJFL) swordfish gonads (1107 females and 620 males) were sampled from May 1998 to January 2001. The estimated batch fecundity ranged from 995 000 hydrated oocytes for the smallest ripe female to 4.3 millions for the largest female sampled measuring respectively 127 to 225 cm in curved length (LJFL). The relative fecundity ranged from 25 to 72 hydrated oocytes per gram of body weight. We found that batch fecundity was positively correlated with fish length and that the older/larger females have earlier and longer spawning seasons than younger/smaller females. These findings suggested that older/larger females which are seasonally migrating in this spawning ground seem to play a major role in reproductive success of the species in producing significantly more offspring than younger females during an extended spawning season. Examination of the length-frequency date from the fishery indicated that the young fish are resident around Reunion and around the seamounts off Reunion Island. Our results highlight the important role of the older/larger females in the reproductive capacity of southwestern Indian Ocean stock. We discuss the potential implications of fishing the older/larger females for this stock in terms of reproduction and recruitment.
La fécondité par acte de ponte et la fécondité relative chez l'espadon (Xiphias gladius) dans le sud-ouest de l'océan Indien sont estimées d'après sept femelles de taille comprise entre 127 et 225 cm (de l'extrémité de la mâchoire inférieure à la fourche caudale) ; celles-ci ayant atteint la maturité sexuelle, les ovaires contenant des ovocytes hydratés. Ces femelles ont été pêchées entre décembre 1999 et janvier 2001, par des palangriers ciblant l'espadon et basés à La Réunion. La stratégie de la reproduction chez l'espadon a été étudiée en utilisant des données collectées au cours de deux campagnes d'échantillonnages en mer : soit 17 007 mensurations géo-référencées d'espadons, de 75 à 289 cm, qui ont été enregistrées durant les 8 années d'étude (1993-2001) et 1727 gonades d'espadon (1107 femelles et 620 mâles) prélevées entre mai 1998 et juin 2001.La fécondité par acte de ponte estimée varie de 995 000 ovocytes hydratés, pour la plus petite femelle (127 cm), à 4,3 millions pour la plus grande femelle (225 cm). La fécondité par acte de ponte est corrélée positivement à la taille du poisson. La fécondité relative s'étend de 25 à 72 ovocytes hydratés par gramme de poids de corps. Les femelles les plus âgées/grandes pondent plus tôt et sur une période plus grande que les plus jeunes/petites femelles. Ainsi, les femelles plus âgées/grandes qui migrent de façon saisonnière vers cette aire de ponte, contribueraient plus largement au renouvellement de l'espèce en produisant de façon significative davantage de recrues que les femelles plus jeunes et ceci pendant une saison de ponte plus étendue. Par ailleurs, les jeunes individus semblent séjourner aux abords de l'île de La Réunion et des monts sous-marins situés au large. Nos résultats soulignent l'importance du rôle des femelles âgées/grandes dans la capacité reproductrice du stock d'espadon du sud-ouest de l'océan Indien. Les implications potentielles de la pêche : des femelles âgées et de grandes tailles sont discutées pour ce stock, du point de vue de la reproduction et du recrutement.
Aquatic Living Resources (0990-7440) (EDP Sciences), 2009 , Vol. 22 , N. 1 , P. 59-68

Droits : 2009 EDP Sciences
http://archimer.ifremer.fr/doc/2009/publication-6354.pdf
DOI:10.1051/alr/2009012
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/6354/

Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier Masson
Résumé : In French Guiana, the population growth will result in an increase in demand for agricultural products and thus, will lead to an increase in the amount of tropical forests converted into cropland or pasture. Impacts of different agricultural systems on greenhouse gas (GHG) fluxes have not been studied in French Guiana. In this context, the fire-free chop-and-mulch method was used to convert a tropical forest site to agriculture. This study focused on soil nitrous oxide (N2O) emissions and we compared four land uses: (1) the undisturbed tropical forest, (2) recently converted grassland and recently converted croplands (fertilized soybean/maize rotation) with either (3) disk tillage or (4) no tillage.N2O measurements were obtained through the chamber technique and conducted over a 1-year period (measurements began 19 months after the forest was cleared). N2O fluxes were related to soil parameters measured at each sampling date: nitrate and ammonium contents, gravimetric water content (GWC) and temperature.Through the entire period, the mean (±standard error) and median N2O fluxes were 3.8 ± 0.5 and 2.7 g N ha−1 day−1, respectively for undisturbed tropical forest and 2.4 ± 0.9 and 0.8 g N ha−1 day−1, respectively for grassland (mowed Brachiaria ruziziensis). For croplands, no significant difference was found for N2O emissions between both agricultural practices. The mean (±standard error) and median N2O fluxes were 8.5 ± 1.2 and 4.0 g N ha−1 day−1, respectively for disk tillage plots and 8.5 ± 1.3 and 3.6 g N ha−1 day−1, respectively for no tillage plots. Nitrogen inputs (due to the application of fertilizer or due to the mineralization of crop residues) led to higher N2O fluxes, resulting in significantly higher mean N2O emissions from croplands compared to the forest, when only considering land use effect on N2O fluxes in a statistical model. The soil nitrate content, GWC and temperature had a significant positive effect on N2O fluxes. Taking into account these soil parameters in another statistical model, N2O emissions from croplands were not higher than the natural N2O emissions from tropical forest soils. Our results suggest that, if more forest will have to be converted in the course of the expected population growth in French Guiana, it could have low impact on the soil N2O fluxes (similar to natural fluxes from forest) with the improving of farming techniques (for example modification of the splitting of N-fertilizer) in the cropping plots.
ISSN: 0167-8809

hal-01204228
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DOI : 10.1016/j.agee.2015.04.004
PRODINRA : 307607

Résumé : L’objet de cette thèse est l’étude des comportements mécanique et à la corrosion d’un nouveau système de fondation, dit pieux SPIRMEC, adapté aux structures légères. Le travail s’est focalisé sur deux grands aspects. Le premier aspect concerne l’analyse du comportement sous chargement axiale des pieux SPIRMEC sur la base de l’expérimentation et de la modélisation numérique dans un sol mou non cohésif. Quant au deuxième aspect, il traite du problème de la corrosion de l’acier constituant le pieu dans un environnement tropical humide. Le comportement des pieux SPIRMEC sous une charge axiale de traction, dans un sol fin non cohésif, a montré le développement d’une surface cylindrique de rupture. Celle-ci ne dépend pas de la configuration géométrique des pieux tel que : l’espacement S, le diamètre d’hélice Dh et le diamètre du tube d. En adoptant ce critère de rupture et à l’aide d’une analyse statistique des données, nous avons proposé quatre méthodes analytiques de prédiction de la capacité portante des pieux SPIRMEC à partir des essais in-situ et au laboratoire qui sont: •Méthode CPT basée sur la résistance de pointe pénétromètrique (essai CPT), •Méthode MPT basée sur la pression limite pressiomètrique (essai MPT), •Méthode du couple d’installation, •Méthode analytique basée sur les paramètres de cisaillement de sol notamment l’angle de frottement interne (essais triaxial et boîte de cisaillement). Ces méthodes tiennent compte de la géométrie du pieu, du procédé de mise en oeuvre et de la compacité du sol. L’analyse de performance des méthodes proposées a montré que les méthodes analytique et CPT représentent mieux le comportement des pieux testés. La modélisation numérique du comportement des pieux SPIRMEC sous charge axiale de traction a été également étudiée à l’aide du code de calcul Plaxis 2D. Un modèle axisymétrique a été adopté pour modéliser la géométrie de la structure. Le modèle de comportement hardening soil a été retenu pour modéliser le comportement élastoplastiq des couches de sol. Un modèle élastique linéaire a été retenu pour le pieu. Quant au comportement de l’interface sol-structure, il a été pris en compte par un modèle élastoplastique basé sur les critères de Mohr-Coulomb. L’expansion du sol résultant de l’installation des pieux a été approchée par une cavité cylindrique. Cette dernière a été modélisée par des déformations volumiques anisotropes. Nous avons constaté, qu’appliquer une déformation volumique de l’ordre de 40% permet une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux. L’étude paramétrique nous a également permis de constater l’existence d’une variation linéaire entre la capacité portante et l’espacement S. Le comportement de l’acier galvanisé dans le sol a été également étudié au moyen de trois approches: électrochimique, visuelles grâce au microscope électronique et gravimétrique. Les tests électrochimiques de corrosion du zinc ont été réalisés dans la solution de sol artificielle pour deux périodes bien distinctes : saison des pluies et après 8 mois de contact sol-pieu. Une forte dépendance est constatée de la vitesse de corrosion de zinc au pH et à la conductivité de la solution. La vitesse de corrosion est plus importante en saison des pluies qu’après 8 mois de contact de pieu avec le sol. Les fortes concentrations en sulfates semblent augmenter la vitesse de corrosion. Les analyses menées au MEB montrent que la zone de fluctuation de nappe et en surface externe (sol/air) sont les zones les plus corrodées. La comparaison entre les différentes techniques d’évaluation de la vitesse de corrosion a montré que l’eau de nappe peut être utilisée comme un milieu représentatif du profil chimique d’un sol non cohésif et légèrement granulaire.
The purpose of this thesis is to study the both behaviors mechanical and of the corrosion of a new foundation system, called spirec piles, for lightweight structures. The work was based on two main aspects. The first aspect concerns the analysis of behavior of the spirmec piles under axial loading on the basis of experimental and numerical modeling in a non-cohesive soft soil. On the second aspect, it addresses the problem of corrosion of steel forming the pile in a humid tropical environment. The behavior of the tested piles under axial traction load, in a non-cohesive soil, showed the development of a cylindrical surface of failure. This does not depend on the geometrical configuration of the tested piles such that: the spacing s, the helix diameter dh and the diameter of the shaft. By adopting this failure criterion and using statistical data analysis, we proposed four analytical methods for predicting the bearing capacity of the piles from in-situ and laboratory tests, which are: cpt method based on tip resistance penetrometer (cpt test), mpt method based on pressuremeter limit pressure (test mpt), method of installation torque and analytical method based on the shear parameters of soil (triaxial tests and shear box). These methods take into account the geometry of the pile, the method and implementation of soil compaction. Performance analysis of the proposed methods showed that the analytical methods and cpt represent better the behavior of piles tested. An axisymmetric condition was assumed to model this geometry in two-dimensional space. In this study, we proposed to model the pipe screw pile with plates elements available in plaxis 2d. The helixes were modeled as circular disks. Interface elements were incorporated along the pile to simulate the soil-pile interaction. Hardening soil model was chosen to describe the soil with drained behavior was assigned for all layers. Linear elastic for pile and elastic plastic model based on the mohr-coulomb criterion was used to describe the interface behavior. The lateral expansion generated by the pile shaft was modeled by anisotropic volumetric strains (ɛxx=ɛzz, ɛyy=0). The pile behavior under tensile loading at different volumetric strains, it is clear that the best fit was obtained at volumetric strain of 40%. The parametric study also allowed us to establish the existence of a linear variation between the bearing capacity and spacings. The behavior of the galvanized steel in the ground has also been studied using three approaches such as: electrochemical, microscopic imaging and gravimetrically. Electrochemical tests of the corrosion of the zinc have been made in artificial soil solution into two periods, the rainy season and after eight months of contact soil-pile. Is a strong dependence of the observed corrosion rate of the zinc at the ph and conductivity of the solution. The corrosion rate is higher in the rainy season compared to eight months of contact of the pile with soil. High sulfate concentrations increase the rate of corrosion. The meb analysis shows that the fluctuation zone of the water table is the most corroded area. Comparison between the different methods of evaluating the corrosion rate showed that the ground water may be used as a representative profile of the chemical environment of a non-cohesive soil and slightly granular.

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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Karst systems are the most important groundwater reservoirs in Mediterranean areas. Their structure and functioning are complex and not well known because of the high heterogeneity created and organised by groundwater flow. Water storage entities and water storage changes within remain difficult to assess by direct measurement and modelling. Geodetic monitoring is here used to constrain and bring original insights on karst system functioning. The Durzon karst system (Larzac plateau, Southern France) is monitored by several geodetic techniques: - Monthly absolute gravity measurements at three sites - Time-lapse surface to depth gravity measurements - Time-lapse microgravity surveying - Continuous long base hydrostatic tiltmeter monitoring at two sites Absolute gravity monitoring complemented with relative gravity surveys allows quantification of water storage changes on the studied karst system. Interannual water storage changes as detected by gravity are ~400 mm in amplitude. These storage changes are shown to occur in the epikarst and infiltration zone in certain areas. Water storage variations spatial heterogeneity is also demonstrated on the karst system. Tilt measurements monitor fast and slow infiltration processes within the karst fractured media. Karst system geodetic monitoring brings both quantitative and integrated hydrologic knowledge. Such methods could be applied to other karst aquifer studies.
Les aquifères karstiques constituent l'essentiel des ressources en eau souterraine sur le pourtour de la Méditerranée. Leur structure et leur fonctionnement sont complexes et mal connus à cause du processus de karstification qui hiérarchise la circulation hydrodynamique en leur sein. La localisation du stockage de l'eau et de ses variations au sein de tels aquifères est difficile à mesurer et à modéliser. Nous utilisons les outils de la géodésie pour apporter de nouvelles contraintes sur le fonctionnement hydrologique et les variations de stock d'eau en milieu karstique. Ainsi, le système karstique du Durzon, (Causse du Larzac, France) fait l'objet d'un suivi par plusieurs méthodes géodésiques incluant: - Des mesures de gravimétrie absolue en trois sites répétées de manière mensuelle ; - Des mesures répétées de gravimétrie relative entre la surface et la profondeur du karst ; - Des mesures répétées de microgravimétrie ; - Des mesures inclinométriques longue base en deux sites. Nous démontrons que le couplage entre la gravimétrie absolue et relative permet d'appréhender les variations de stock d'eau sur le bassin d'alimentation étudié. Les variations inter-anuelles observées sont de l'ordre de 400 mm, et nous montrons que celles-ci s'opèrent dans certaines zones au sein des horizons supérieurs du karst : épikarst et zone d'infiltration. Une forte hétérogénéité spatiale des variations de stockage est aussi mise en évidence à l'échelle du bassin d'alimentation. Les mesures inclinométriques permettent de suivre les phénomènes d'infiltration rapide et lente dans la masse karstique fracturée. Le suivi géodésique de ce système karstique permet d'apprécier quantitativement et de façon intégrée son fonctionnement hydrologique et pourra être transposé pour l'étude d'autres aquifère karstiques.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00404851

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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Karst systems are the most important groundwater reservoirs in Mediterranean area. Beyond saturated zone, unsaturated zone constitute an entity where water storage and transfer play a major role in a global behavior of spring water. This structure and functioning are complex and not well known because of the high heterogeneity created and organized by groundwater flow. In this study, we used gravimetric and hydrogeologic method to directly observe and quantify water storage and transfer processes in unsaturated zone of karst system. Surface to depth gravity measurements on several karst system allow quantifying seasonal water storage changes in unsaturated zone. We show that these variations occur in the first tens meters of unsaturated zone. Furthermore, water storage capacity of unsaturated zone seems to be influenced by lithology (limestone or dolomite). Finally, direct observations of water flow in unsaturated zone are done using caves access. We show that some characteristics of unsaturated water flow such as bipolar slow-fast flow can be widespread for whatever depth of measurement and recharge area. Model of this flow, using a simple modeling scheme, show the complexity of water transfer processes in unsaturated zone of karst system.
Les aquifères karstiques constituent l'essentiel des ressources en eau du pourtour Méditerranéen. Au-delà de la zone saturée de ces systèmes, la zone non saturée constitue une entité importante quant au transfert et au stockage temporaire de l'eau. La structure et le fonctionnement de cette entité du karst sont complexes et mal connus à cause du processus de karstification qui hiérarchise la circulation hydrodynamique en son sein. Dans cette étude nous utilisons des méthodes géodésiques et hydrogéologiques afin d'observer de façon directe et de quantifier les processus de transfert et de stockage de la zone non saturée. Les mesures gravimétriques en surface et profondeur sur différents systèmes karstiques ont permis de quantifier les variations du stockage en eau saisonnier dans la zone non saturée. La gravimétrie différentielle montre que ces variations sont réparties dans les quelques premiers mètres de la zone non saturée. Il semble, de plus, que la capacité de stockage de la zone non saturée soit fonction de la lithologie de l'encaissant (calcaire et dolomie). Enfin, des observations directes du flux d'eau en zone non saturée ont été effectuées par le biais de mesures dans différentes cavités. Nous montrons que certaines caractéristiques du flux d'eau en zone non saturée, comme la présence d'un flux bipolaire lent-rapide, peuvent être généralisées quelque soit la profondeur de mesure et la surface d'impluvium. La modélisation de ce flux, à partir d'un schéma simple, a montré la complexité des processus de transfert engendrés au sein de la zone non saturée.
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Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier
Résumé : International audience
Imaging deep active volcanic areas remains a challenge in our understanding of their activity and evolution, especially in subduction zones. Study of magnetic anomalies is appropriate to access such dynamics in depth. The magnetic anomaly pattern of the Lesser Antilles Arc (LAA) subduction is studied through Curie Point Depth (CPD), interpreted as the depth of the 580 °C isotherm, and developed to better assess the deep thermal structure of the arc. The depth of the estimated CPD exhibits a complex topography. Keeping in mind the overall uncertainty associated with this method, a main doming is evidenced below the Guadeloupe archipelago. Its apex is shifted towards the ancient arc, suggesting a very hot state of the fore-arc/arc domain. To better understand the LAA thermal state, we perform 2D thermo-mechanical simulations of the subduction zone. Recalling that magnetite is a serpentinization by-product, we simulate water transfer triggered by slab dehydration to test the assumption of fore-arc serpentinization suggested by the positive magnetic anomaly in the vicinity of the Guadeloupe archipelago. In this area, the subduction-induced arc lithosphere hydration and related weakening trigger a fast heating of the upper plate by basal convective removal. This process of fast arc lithosphere thinning may apply where simultaneously the volcanic arc is split in two and normal convergence is high enough. As serpentinization strongly decreases P-wave velocity, we propose a new interpretation of a published seismic profile below Guadeloupe. The seismic layer previously interpreted as the arc lower crust may rather be a layer of serpentinized mantle, as supported by spatial correlations between gravimetric and magnetic anomalies. Consequently, at the scale of Guadeloupe Island, the fore-arc Moho would be shallower than initially assumed, with a dome shape more consistent with both the extensive deformation active since the Oligocene in the inner fore-arc and the CPD doming.
ISSN: 0040-1951

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DOI : 10.1016/j.tecto.2017.03.014

Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier
Résumé : International audience
An original karstic system in a coastal alluvial plain located in a carbonate environment (Cassis, Provence -- SE France) was studied using a multi-method approach (electrical resistivity tomography, gravimetric, passive seismic survey), combined with geomorphologic methods, surface observations and drilling. Limestone dissolution and/or cavity collapse led to the development of a polje, which was filled rapidly by erosion of Aptian marls. The combination of several dating and paleoenvironmental proxies indicates that the polje was filled during a glacial period (MIS 6, 8 or 10, i.e. in the 130-360 ka age range). This discovery has implications for the understanding of karst processes. The connection between the polje and the three km-long Bestouan underwater karstic conduit with submarine outlet is strongly suggested by sedimentological studies and geophysical prospections.
ISSN: 0169-555X

hal-01054334
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01054334
DOI : 10.1016/j.geomorph.2014.02.021