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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Résumé : The coastal intrusion of brine threatens populations. This is particularly prejudicial in carbonate environments. We have studied the Miocene coral reef of S-E Majorca for better understanding the relation between geological structure and intrusion. For that purpose, we have used multi-scalar and multi-disciplinary methods. The measurements in 25 boreholes over the whole coral platform have allowed defining the stratigraphic structure and some elements of the regional tectonic. The reef progrades in the NE-SW direction, starting from the Aquitanian to terminates at the Messinian. The Messinian Salinity Crisis involves a disappearance of the Mediterranean corals and results in a Terminal Carbonate Complex which overlays a great part of the previously living corals of Majorca. At the experimental site scale, the study of the mineral composition, the texture, and the diagenesis have allowed characterization of the carbonate sequence heterogeneity. Layers of mineralization accompanied by dolomitization and low porosity correspond to postdepositional eustatic levels. The causes for the existence and the orientation of fractures are studied. The permeability to porosity relation is approached. The porosity structure is studied by comparison between primary and secondary porosity. This study contributes to the knowledge of the world best documented site for the evolution of carbonate reef reservoirs, with applications for brine intrusion and for hydrocarbon extraction.
Les intrusions d'eau salée en zone côtière constituent une menace pour la population. Celles-ci sont particulièrement dommageables en contexte carbonaté. Nous avons étudié le récif corallien Miocène du sud-est de Majorque afin de comprendre la relation entre structure géologique et intrusion. Pour cela nous avons utilisé des méthodes multi-scalaires et multi-disciplinaires. Les mesures dans 25 forages sur l'ensemble de la plateforme corallienne ont permis de préciser la structure stratigraphique et certains éléments de la tectonique régionale. Le récif prograde dans la direction NE-SO, en partant de l'Aquitanien pour aboutir au Messinien. La Crise de Salinité Messinienne entraîne une disparition des coraux méditerranéens et se traduit par un Complexe Carbonaté Terminal qui s'étend sur une grande partie des coraux autrefois vivants de Majorque. A l'échelle du site expérimental, l'étude de la composition minérale, de la texture et de la diagenèse ont permis de caractériser l'hétérogénéité de la séquence carbonatée. Des couches de minéralisation accompagnées de dolomitisation et de faible porosité correspondent à différents niveaux eustatiques post-dépositionnels. Les causes de l'existence et de l'orientation des fractures sont étudiées. La relation de perméabilité à porosité est précisée. La structure de porosité est étudiée par comparaison entre la porosité primaire et la porosité secondaire. Cette étude contribue à la connaissance du site le mieux documenté au monde pour l'évolution des réservoirs carbonatés récifaux, avec applications pour les intrusions d'eau salée et l'extraction des hydrocarbures.
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Résumé : The aim of this thesis is to analyze the variations in slip rates along strike-slip faults, in intracontinental domain, producing large earthquakes (M > 7.5). To illustrate these variations, this work has focused in two area located in the most tectonically active continental domains in the world: in the western part of Mongolia (Bogd and Bulnay faults) and in the northern part of Iran (Astaneh and Tabriz faults). Using morphotectonic and paleoseismological analyses, the kinematics, the slip rates and the recurrence times have been estimated and allow us to describe the characteristics of seismic cycle along these faults. In Mongolia, the slip rates are estimated at ~ 1,2 and ~ 2,6 mm/yr along the Bogd and the Bulnay faults, respectively, with no variations of geological slip rates over the late Pleistocene-Holocene period. These two faults present characteristic slips and similar recurrence times between large earthquakes. The paleoseismological investigations suggest that a cluster occurred 3000 years ago, similar to the seismic cluster recorded in Mongolia during the XX century. In Iran, the slip rate was estimated to 2 mm/yr along the Astaneh fault and the recurrence times are ranging from 1600 to 2200 years, associated with offsets comprised between 3 and 4,5 m. We have also estimated a slip rate of ~ 7 mm/yr along the Tabriz fault, in agreement with the present day rate estimated by GPS, suggesting no variations in the slip rate over the past 45 ka.
Ce travail de thèse a pour but d'analyser les variations de vitesses sur des grandes failles décrochantes en contexte intracontinental, capables de produire des séismes de très fortes magnitudes (M > 7.5). Afin d'illustrer ces variations d'activités, cette analyse a été effectuée sur deux zones d'études situées en domaine continental et sismiquement actives: la région ouest de la Mongolie (failles de Bogd et Bolnay) et le nord de l'Iran (failles d'Astaneh et de Tabriz). À partir d'une approche morphotectonique et paléosismologique, les cinématiques, les vitesses de failles et les intervalles de récurrence entre les séismes majeurs ont été estimés, permettant d'analyser les caractéristiques du cycle sismique sur chacune des failles. En Mongolie, les failles de Bogd et Bolnay présentent respectivement des vitesses de ~ 1,2 et 2,6 mm/an, qui semblent être constantes sur la période Pleistocène supérieur-Holocène. Ces deux failles présentent également des glissements caractéristiques et des intervalles de temps similaires entre les séismes majeurs. Les analyses paléosismologiques suggèrent qu'un essaim sismique comparable à celui enregistré au XXème siècle a eu lieu il y a environ 3000 ans. En Iran, une vitesse géologique de 2 mm/an a été estimée sur la faille d'Astaneh et les données paléosismologiques suggèrent des intervalles de récurrence de 1800 ans, associés à des déplacements en surface compris entre 3 et 4,5 m. Nous avons également estimé une vitesse de 7 mm/an sur la faille de Tabriz, en accord avec les données GPS, suggérant que la vitesse sur cette faille est constante depuis 45 ka.
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Résumé : The present PhD thesis is devoted to the numerical simulation and analysis of shear on cohesive granular materials. In the framework of the Contact Dynamics method, we developed a model of cohesive bonding, which mimics cohesion by cementation. This model involves three contact strength parameters (a tensile strength, a coefficient of sliding friction, and a coefficient of rolling friction) as well as a local criterion, which controls the creation and the breaking of cohesive bonds. All contacts are cohesive at the beginning of the numerical simulations, and contact rupture leads to an irreversible loss of tensile strength (debonding). We varied systematically the three contact strength parameters and studied their influence on the shear strength, the dilatancy, and the microstructure of the granular media. Our results show that internal friction and macroscopic tensile strength have different origins at the contact scale. We also find that the microstructure of the granular media, when sheared at the steady state (also known as the `critical state"), is strongly affected by the local coefficients of sliding and rolling friction. In particular, the mechanical role of the weak network changes with these two contact parameters, which results from the formation of a new structure of force transmission. On the other hand, we also applied the same numerical simulation method to the simulation of landslides. We developed a methodology, which takes into account the initial morphology of the hillslope, the strength of geomaterials, and a triggering factor, integrating in the same model the initiation and propagation phases of the landslide. To illustrate this methodology, we applied it to the simulation of a hypothetical example of avalanche triggered by the progressive rise of a water table.
Ce travail de thèse porte sur la modélisation numérique et l'analyse du cisaillement dans les milieux granulaires cohésifs. Dans le cadre de la méthode de la Dynamique des Contacts, nous avons développé un modèle de cohésion qui cherche à imiter la cohésion par cimentation. Ce modèle fait intervenir trois paramètres de résistance au niveau des contacts (une résistance à la traction, un coefficient de frottement de glissement, et un coefficient de frottement de roulement) ainsi qu'un critère de création et de rupture des liens cohésifs. Les contacts sont cohésifs au début des simulations et leur rupture entraîne la perte irréversible de la résistance à la traction. Nous avons fait varier les trois paramètres microscopiques et nous avons étudié leur influence dans la résistance au cisaillement, la dilatance, et la microstructure du milieu. Nos résultats montrent que le frottement interne et l'adhésion macroscopiques ont des origines microscopiques différentes. Nous observons aussi que la microstructure du milieu cisaillé à l'état stationnaire (aussi connu comme ``l'état critique") est fortement affectée par l'angle de frottement et la résistance au roulement au niveau des contacts. En particulier, le rôle mécanique du réseau faible change avec ces deux paramètres microscopiques, ce qui résulte de la formation d'une nouvelle structure de transmission de forces. D'autre part, nous avons appliqué cette méthode de simulation numérique à l'étude d'un processus naturel : les glissements de terrain. Nous avons développé une méthodologie qui tient compte de la morphologie initiale du système, de la résistance des géomatériaux, et d'un mécanisme de déclanchement, ce qui permet d'intégrer dans le même modèle les phases d'initiation et de propagation du glissement. Pour illustrer cette méthodologie, nous l'avons appliquée à la modélisation d'un exemple hypothétique d'avalanche déclenchée par la montée progressive du niveau d'une nappe d'eau.
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Résumé : Geothermal energy is considered as a green and infinite energy source at human scale. Currently, the yield of geothermal power plants is limited to temperatures of the operating fluid which 350 °C. From tectonic and volcanic activity at mid-ocean ridges, Iceland is a location where supercritical fluid extraction (T> 375 °C) can considered for the near future. Exploiting such fluids could theoretically multiply by a factor of ten the electrical power delivered by geothermal wells. Can such fluids circulate at the base of brittle oceanic crust? This work investigates the petrophysical properties of basalts in order to constrain geophysical observations in Iceland and predict the behavior of very high temperature geo-hydrothermal reservoirs. The first approach consisted in studying the physical properties of rocks that have hosted deep hydrothermal circulations at oceanic ridges. The study of these rocks at ODP Site 1256 shows that the porosity measured both in the field and in the lab is associated with amphibolite facies alteration minerals (T> 500 ° C). The second approach was to recreate in the laboratory the conditions of pressure, temperature and pore fluid pressure of high temperature to supercritical hydrothermal systems to predict the mechanical and electrical properties of basalts under these conditions. The mechanical results indicate that the brittle/ductile transition occurs at a temperature of about 550° C, where a strong permeability decrease is expected. The implementation and calibration of a new cell for measuring electrical conductivity at high temperature provide the first results for the interpretation of geophysical data. When applied to basaltic crustal conditions in Iceland, these results indicate that hydrothermal fluids could circulate, at least temporarily, in a supercritical state up to 5 km depth.
La géothermie est considérée comme une source d'énergie propre et inépuisable à échelle humaine. Actuellement, le rendement des centrales géothermiques est limité à l'exploitation de fluides de températures inférieures à 350 °C. L'association de l'activité tectonique et volcanique aux dorsales océaniques fait de l'Islande un lieu où l'extraction de fluides supercritiques (T> 375 °C) peut être envisagée. Cette exploitation pourrait multiplier par dix la puissance électrique délivrée par le système géothermal. Ces fluides peuvent-ils circuler dans la croûte océanique ? Ce travail propose de contraindre les observations géophysiques et de prédire le fonctionnement des réservoirs géo-hydrothermaux de très haute température par l'étude des propriétés physiques des basaltes. La première approche est focalisée sur l'étude de roches ayant accueilli une circulation hydrothermale par le passé. L'étude de ces roches au site ODP 1256, montre que leur porosité est associée à la présence de minéraux d'altération hydrothermale du facies amphibolite (T> 500 °C). La seconde approche a consisté à recréer, en laboratoire, les conditions des systèmes hydrothermaux, à très haute température, afin de prédire les propriétés mécaniques et électriques des basaltes dans ces conditions. Les résultats mécaniques indiquent que la transition fragile/ductile, souvent associée à une forte décroissance de perméabilité, intervient à une température d'environ 550 °C. La mise en place d'une cellule de mesure de la conductivité électrique de haute température a fourni les premiers résultats utiles à l'analyse des données géophysiques. Appliqués aux conditions de la croûte basaltique Islandaise, ces résultats indiquent que des fluides hydrothermaux pourraient circuler au moins transitoirement à l'état supercritique jusqu'à ~ 5 km de profondeur.
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Résumé : Different applications of linear elasticity in structural geology are presented in this thesis through the development of three types of numerical computer codes. The first one uses forward modeling to study displacement and perturbed stress fields around complexly faulted regions. We show that incorporating inequality constraints, such as static Coulomb friction, enables one to explain the angle of initiation of jogs in extensional relays. Adding heterogeneous material properties and optimizations, such as parallelization on multicore architectures and complexity reduction, admits more complex models. The second type deals with inverse modeling, also called parameter estimation. Linear slip inversion on faults with complex geometry, as well as paleo-stress inversion using a geomechanical approach, are developed. The last type of numerical computer code is dedicated to restoration of complexly folded and faulted structures. It is shown that this technique enables one to check balanced cross-sections, and also to retrieve fault chronology. Finally, we show that this code allows one to smooth noisy 3D interpreted faulted and folded horizons using geomechanics.
Différentes applications de l'élasticité linéaire en géologie structurale sont présentées dans cette thèse à travers le développement de trois types de codes numériques. Le premier utilise la modélisation directe pour étudier les déplacements et champs de contraintes autour de zones faillées complexes. On montre que l'ajout de contraintes inégalitaires, telles que la friction de Coulomb, permet d'expliquer l'angle d'initiation des dominos dans les relais extensifs. L'ajout de matériaux hétérogènes et d'optimisations, telles la parallélisation sur processeurs multi-coeurs ainsi que la réduction de complexité des modèles, permettent l'étude de modèles beaucoup plus complexes. Le second type de code numérique utilise la modélisation inverse, aussi appelée estimation de paramètres. L'inversion linéaire de déplacements sur les failles ainsi que la détermination de paléo-contraintes utilisant une approche géomécanique sont développées. Le dernier type de code numérique concerne la restauration de structures complexes plissées et faillées. Il est notamment montré qu'une telle méthode permet de vérifier l'équilibre de coupes géologiques, ainsi que de retrouver la chronologie des failles. Finalement, nous montrons que ce même code permet de lisser des horizons 3D faillés, plissés et bruités en utilisant la géomécanique.
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Résumé : The sandy coasts of Languedoc-Roussillon are a zone vulnerable to erosion and flooding. These hazards are generally associated with a combination of natural factors such as waves, wind, rising sea levels and the importance of sediment supply, and are therefore worsened during storms. For the management of such risks, a better knowledge of the hydrodynamic phenomena occuring from the surf zone through to the coastal scale is essential. This need led to the development of a numerical modelling platform consisting of the 3D ocean circulation model Symphonie, usually dedicated to regional and coastal scales, which was modified to include the wave forcing, modeled by the WaveWatch III or Swan models. Using this platform the entire littoral and coastal regions can be accurately represented. The model was tested in several academic cases. Measurements on the barred beach of Sète during the winter of 2008-2009 served to refine the model, which is able to successfully reproduce the characteristics of the currents in coastal areas, drifts or rip currents over more complex bathymetries and also the vertical profiles of currents. To validate the model on the inner-shelf, we compared the simulations with measurements taken during a winter storm in 2004 around the mouth of the Têt river, as well as during storms in 2007 and 2008 in the Gulf of Aigues-Mortes. Currents are generally well reproduced. However, the scope of wave action seems limited to a depth of 30m. The characteristics of our model allow a good reproduction of the currents at all scales and the 3D nature of the model permits a more precise calculation of the shear stress and bottom current responsible, respectively, for the suspension and advection of sediments.
Le littoral sableux du Languedoc-Roussillon est un système vulnérable aux risques d'érosion et de submersion. Ces aléas sont liés à la conjonction des facteurs naturels que sont les vagues, vent, élévation du niveau de la mer et apports sédimentaires et sont donc aggravés en période de tempête. En vue d'une gestion des risques, une meilleure connaissance des phénomènes hydrodynamiques de l'échelle littorale à l'échelle côtière est essentielle. Ce travail a conduit à la réalisation d'une plateforme de modélisation numérique composée du modèle de circulation océanique 3D Symphonie, traditionnellement dédié aux échelles régionales et côtières, qui a été modifié pour inclure le forçage par les vagues, modélisées par les modèles Wavewatch III ou Swan, et ainsi étendre sa validité au littoral. Le modèle a été testé sur des cas académiques littoraux. Des mesures sur la plage à double barres de Sète pendant l'hiver 2008-2009, ont également servi à parfaire le modèle qui reproduit ainsi avec succès les caractéristiques des courants en zone littorale : la dérive, les courants sagittaux sur des bathymétries plus complexes et les profils verticaux des courants. Pour valider le modèle à des échelles plus côtières, nous avons confronté ses résultats à des mesures réalisées pendant une tempête hivernale en 2004 aux alentours de l'embouchure de la Têt, mais également sur des tempêtes de 2007 et 2008 dans le Golfe d'Aigues-Mortes. Les courants sont globalement bien reproduits. Les zones d'action des vagues semblent limitées aux zones de profondeur inférieure à 30 m. Notre modèle autorise une reproduction correcte des courants à toutes les échelles et sa nature 3D permet un calcul plus précis de la tension de cisaillement de fond et du courant près du fond, responsables respectivement de la mise en suspension et de l'advection des sédiments.
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Résumé : To understand the effect of inherited lithospheric structures on the continental plates deformation process, we have developed a multi scale model that explicitly takes into account an anisotropic viscosity due to the Crystal Preferred Orientation (CPO) of olivine in the mantle by coupling a viscoplastic self-consistent simulation of the deformation at the polycrystalline aggregate to a 3D Finite Element code. Using this tool, we calculate the mechanical behavior of a continental lithosphere submitted to extension for various initial structures. The first set of experiments investigates the deformation of a plate with a homogeneous initial olivine CPO. Results show that the macroscopic anisotropy is strongly dependent on the initial orientation of the olivine CPO relative to the solicitation and to its evolution. The second set of experiments aims to analyze the deformation of a continental plate containing pre-existing lithospheric scale shear zones. These multi-domain models show that the olivine mechanical anisotropy may induce the reactivation of pre-existing lithospheric scale shear zones in a plate submitted to rifting. In both cases, the results shows that the macroscopic mechanic anisotropy induced by the evolution of olivine CPO in the upper mantle is a key parameter to understand the deformation of the continental plates and to explain the observed reactivation of inherited structure from past tectonics events
Afin de comprendre l'effet des structures préexistantes sur la déformation des plaques continentales, nous avons développé une méthode de modélisation mécanique multi-échelle utilisant une viscosité anisotrope induite par les Orientations Préférentielles du Réseau (OPR) des cristaux d'olivine présents dans le manteau. Cette méthode en couple le calcul viscoplastique autocohérent de la déformation d'un agrégat d'olivine à un code éléments finis 3D. Elle a été utilisée pour le calcul du comportement mécanique d'une plaque continentale soumise à une extension. Une première série d'expériences numériques sur l'extension de plaque lithosphérique présentant des OPR initiales d'olivine homogènes a permis de montrer que l'anisotropie mécanique macroscopique est fortement dépendante de l'orientation initiale de l'OPR. La seconde série de simulations analyse l'extension d'une plaque continentale présentant une zone présentant des OPR d'olivine héritées d'un événement tectonique précédant. Les résultats de ces calculs multi-domaines que l'anisotropie mécanique de l'olivine peut expliquer la réactivation des zones de cisaillement héritées lors du rifting. Les résultats obtenus dans les deux séries de modèles montrent que l'anisotropie mécanique macroscopique induite par l'évolution des OPR d'olivine dans le manteau supérieur est un paramètre clé pour la compréhension de la déformation des plaques continentales et pour expliquer la réactivation observée de structures tectoniques, tels que les grands décrochements, lors des épisodes tectoniques ultérieurs.
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Résumé : IODP Hole U1309D (IODP Exp. 304-305, 30°N) and ODP Site 1275 (ODP Lag 209, 15°45?N) sampled two oceanic core complexes, at the Mid-Atlantic Ridge. The recovered rocks are mostly gabbroic with some very primitive and olivine rich (Ol>70%). In Hole U1309D, trace element compositions of clinopyroxene and plagioclase poikiloblasts from olivine-rich rocks ndicate that they crystallized from the same melt in all lithologies. Olivine trace element compositions are in disequilibrium with the two other minerals. Olivine crystallographic preferred orientations are weak, with a relatively strong uncommon [001] concentration but consistent with deformation by dislocation creep with activation of the high temperature (010) [100] slip system, commonly described in asthenospheric mantle. The joint study of geochemical processes and microstructures in these rocks suggest a complex crystallization history in an open system with percolation of large volume of MORBtype melt and interaction with the depleted shallow mantle. Olivine-rich rocks are interpreted as the ultimate residue of these melt-mantle reaction processes. At Site 1275, the formation of the more evolved rocks of the gabbroic series is not related to the impregnation event creating olivine-rich rocks.
These rocks represent late magmatic injections, which are completely crystallized at depth as intrusivegabbroic bodies. The results presented in this thesis are consistent with the formation of oceanic core complexes associated with relatively strong magmatic activity, and with the crystallization of most of melt in the lithosphere without basaltic counterpart erupted on the seafloor.
Le puits IODP U1309D (Exp. IODP 304-305, 30°N) et le Site ODP 1275 (Leg ODP 209, 15°45'N) ont permis d'échantillonner deux core complexes océaniques de la dorsale Médio-Atlantique. Les roches récupérées sont principalement gabbroïques dont certaines très primitives et riches en olivine (ol >70%). Dans le puits U1309D, les compositions en éléments en trace des poeciloblastes de clinopyroxène et de plagioclase des roches riches en olivine indiquent qu'ils précipitent depuis le même magma dans toutes les lithologies. La composition en éléments en trace des olivines est en déséquilibre avec ces deux minéraux. Les fabriques cristallographiques de l'olivine sont faibles avec une concentration sur [001] inhabituelle, néanmoins compatibles avec une déformation plastique de haute température, avec l'activation du système de glissement (010) [100] communément décrit dans le manteau asthénosphérique. L'étude conjointe des caractéristiques géochimiques et microstructurales de ces roches met en lumière une histoire complexe de cristallisation dans un système ouvert où de larges volumes de magma de type MORB ont percolé et interagi avec le manteau appauvri superficiel. Ces roches riches en olivine représenteraient le résidu ultime de ces réactions liquide-manteau. Au site 1275, la formation des roches les plus évoluées de la série n'apparaît pas liée à l'événement d'imprégnation formant les roches riches en olivine. Ces roches correspondent à des injections tardives de magma qui ont entièrement cristallisé en profondeur sous forme de plutons intrusifs. Les résultats présentés dans ce mémoire sont compatibles avec une formation des core complexes océaniques associée à une activité magmatique relativement importante, et à une cristallisation complète de tout ou partie de ces magmas dans la lithosphère sans contre-partie volcanique en surface.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The evolution of mountain belt piedmont is controlled by interactions between tectonics, erosion and sedimentation. To study coupling between these processes, we analyze morphometric data collected in the eastern Tian Shan piedmont (NW China) and develop a new analogue modelling technique. The modeling approach uses an experimental set-up and analog material specifically designed to study simultaneously tectonic structures (faults, folds), detailed morphology (drainage basins, channels, alluvial fans, etc.) and stratified sedimentation. Measurement techniques based on laser interferometry and image correlation are also developed to quantify the topographic and kinematic evolution of models.
Our experiments allow a new approach for the study of piedmont morphotectonic evolution. Our results indicate that tectonics mainly controls this evolution. The propagation of deformation and the formation of relief both significantly influence the development of drainage networks, the evolution of drainage basins and the formation of morphotectonic markers. Particularly, a study of alluvial fans and watershed metrics suggests that there is a dynamical equilibrium between uplift, erosion and morphology. In addition, our results show that terrace nucleation is controlled by thrust activity and hydrography adjustments. Folding of terraces responds to a homothetic deformation pattern.
This new methodology brings promising perspectives in the fields of geomorphology, seismotectonics and sedimentology.
L'évolution d'un piémont de chaîne de montagnes est contrôlée par les interactions entre la tectonique, l'érosion et la sédimentation. Pour étudier ces processus, nous avons analysé des données morphométriques issues des piémonts orientaux du Tian Shan (NW Chine) et développé un nouveau type de modélisation analogique. Cette approche utilise un dispositif et un matériau expérimental spécialement conçus pour modéliser simultanément des structures tectoniques (failles, plis), une morphologie détaillée (bassins versants, rivières, cônes alluviaux, etc.) et une sédimentation stratifiée. Des techniques de mesure optique ont été également mises en oeuvre afin de quantifier l'évolution topographique et cinématique des modèles.
Les expériences réalisées offrent une opportunité inédite d'étudier l'évolution morphotectonique d'un piémont. Nos résultats montrent que la tectonique exerce un contrôle de premier ordre sur cette évolution. La propagation de la déformation et la formation des reliefs influencent en effet significativement le développement du réseau de drainage, l'évolution des bassins versants et la formation des marqueurs morphotectoniques. En particulier, l'analyse de la morphométrie des cônes alluviaux et de leurs bassins versants suggère qu'un équilibre dynamique s'installe entre la surrection, l'érosion et la morphologie. Nos résultats montrent également que l'apparition des terrasses est guidée par l'activité des chevauchements et les adaptations de l'hydrographie. Leur modèle de plissement répond à une déformation homothétique.
Cette nouvelle approche ouvre des perspectives d'étude prometteuses en géomorphologie, sismotectonique et stratigraphie.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : données, méthodes disponibles auprès de l'auteur
In tropical forest communities, interspecific competition and recruitment limitation by dispersal are two general mecanisms of tree species coexistence. Their role in regeneration remains poorly known, even though it is essential to understand them to better adress the gestion of exploited forests. In this work, environemental conditions and intraspecific relations were taken into account in the analysis of juvenile distribution. Fifteen species were retained according to a gradient of shade-tolerance and various seed dispersal modes. Statistical modelling of local density was used to link the success of installation with environnemental conditions and distances to adults simultaneously. Model prediction evidenced the gradient of shade-tolerance among studied species and revealed different installation curves related to dispersal modes.
Dans les communautés de forêt tropicale humide, la compétition interspécifique et la limitation du recrutement par la dispersion ont généralement invoquées pour expliquer la coexistence de nombreuses espèces d'arbres. Le rôle de ces mécanismes dans la régénération reste peu connu, bien que leur compréhension soit essentielle pour la gestion des forêts exploitées. Dans ce travail, les conditions du milieu et les relations intraspécifiques ont été prises en compte dans l'analyse des distributions de juvéniles. Quinze espèces non pionnières ont été sélectionnées selon un gradient de tolérance à l'ombre et des modes de dispersion variés. La modélisation statistique de la densité locale a permis de relier le succès d'installation des juvéniles aux conditions du milieu et aux distances aux arbres adultes simultanément. Les prédictions des
modèles confirment le gradient de tolérance parmi les espèces étudiées et révèlent des courbes d'installation différentes selon le mode de dispersion.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : This study provides additional constraints on the relations between deformation, hydration and percolation of fluids and melts in the subcontinental lithospheric mantle beneath a craton and a rift, as well as their implication on its geodynamical behaviour. I have analysed the microstructures, the CPOs, and the hydrogen content of mantle xenoliths from the Kaapvaal craton, and two sets of xenoliths from different localities along the East African Rift (North Tanzanian Divergence and SE Ethiopia).The coarse-granular microstructures and the well-defined CPOs in Kaapvaal peridotites suggest a deformation followed by a long quiescence time. Orthorhombic olivine CPOs predominates, but axial-[100] and axial-[010] are also measured. Cratonic peridotites record multiple metasomatic episodes, leading to a significant compositional heterogeneity, which cannot be imaged by seismic studies. Olivine hydrogen contents are variable, but tend to increase until 150 km depth, reaching up to 50 ppm wt. H2O. The deeper samples are almost dry. Piston-cylinder experiments on hydrogen diffusion between a volatile-rich kimberlitic melt and forsterite suggest that the presence of CO2 in the system could significantly decrease water fugacity and thus forsterite hydration. These experimental results indicate that the hydrogen contents measured in olivine were acquired during a metasomatic event rather than during xenolith extraction by kimberlites. However, this metasomatism was not followed by remobilization of the cratonic root.In the North Tanzanian Divergence, localities within the rift axis and the volcanic transverse belt (Lashaine and Olmani) show significant differences in microstructures and olivine CPO patterns. In Lashaine, coarse-granular microstructures and orthorhombic to axial-[100] CPO patterns in olivine can be explained by transpressional deformation during the formation of the Mozambique belt, or by the occurrence of a remnant of a cratonic domain embedded within the Mozambique belt. Within the rift axis, porphyroclastic to mylonitic microstructures suggest a recent rift-related deformation accompanied by syn-kinematic melt-rock reactions, and followed by variable annealing. The strong heterogeneity in microstructures and olivine CPO suggests that this deformation was acquired during multiple tectonic events probably linked to episodic magma percolation, separated by quiescence episodes. The axial-[100] patterns in olivine and the oblique fast directions reported by SKS studies are coherent with transtensional deformation within the lithospheric mantle beneath the rift.The peridotites from SE Ethiopia are less recrystallized than the rift-axis Tanzanian peridotites, displaying coarse-porphyroclastic microstructures. Microstructures and orthorhombic CPOs in olivine suggest syn- to post-metasomatic deformation. S-waves polarization anisotropies calculated for these samples cannot explain alone the delay times reported by SKS studies in this part of the East-African Rift.
Les travaux réalisés durant cette thèse apportent de nouvelles contraintes sur les relations entre déformation, hydratation et percolation de fluides et/ou de magmas dans le manteau subcontinental sous un craton et sous un rift, et leurs implications sur son comportement rhéologique. Il repose sur l'analyse des microstructures, des OPRs et des teneurs en hydrogène de xénolites mantelliques du craton du Kaapvaal, et sur deux séries de xénolites provenant de différentes localités le long du rift Est-Africain (Divergence Nord Tanzanienne et SE de l'Ethiopie). Les microstructures granulaires à gros grains et les OPRs bien définies des péridotites du craton du Kaapvaal sont cohérentes avec un épisode de déformation suivi d'une longue période de quiescence. Les OPRs de l'olivine sont majoritairement à symétrie orthorhombique, mais des symétries axiale-[100] et axiale-[010] sont aussi mesurées. Les péridotites cratoniques enregistrent de multiples épisodes métasomatiques, ayant entraîné une hétérogénéité de compositions à petite échelle ne pouvant être détectée par les études sismiques. Les teneurs en hydrogène mesurées dans l'olivine sont variables, mais ont tendance à augmenter jusqu'à 150 km de profondeur, atteignant alors jusqu'à 50 ppm wt. H2O. En dessous de cette profondeur, les échantillons montrent des teneurs en hydrogène très faibles. Les expériences réalisées en piston-cylindre sur la diffusion de l'hydrogène issue d'un liquide kimberlitique vers de la forstérite suggèrent que la fugacité en eau pourrait fortement être diminuée par la présence de CO2, empêchant l'hydratation de l'olivine durant extraction des xénolites par les kimberlites. Ces résultats expérimentaux suggèrent que les teneurs en hydrogène dans l'olivine des péridotites du craton du Kaapvaal ont été acquises durant un épisode métasomatique en profondeur et non pendant leur extraction par les kimberlites. Ces teneurs n'ont toutefois pas à ce jour entraîné de remobilisation de la racine cratonique. Enfin, le calcul des propriétés sismiques des péridotites cratoniques révèle que les anisotropies générées par les OPRs de ces échantillons sont suffisantes pour expliquer les anisotropies mesurées par les ondes SKS et les ondes de surface.Les xénolites de la Divergence Nord-Tanzanienne, montrent des variations significatives de microstructures et d'OPR de l'olivine entre les péridotites des localités dans l'axe du rift et celles de la chaîne volcanique transverse (Lashaine et Olmani). A Lashaine, les microstructures granulaires à gros grains et les OPRs de type orthorhombique et axial-[010] peuvent être expliquée par une déformation en transpression liée à la formation de la chaîne Mozambique ou par la présence d'une relique d'un domaine cratonique à l'intérieur de la chaîne Mozambique. Dans l'axe du rift, les microstructures porphyroclastiques à mylonitiques suggèrent une déformation plus récente, accompagnée de réactions magma-roche sous des conditions proches du solidus, suivie d'un recuit variable. L'hétérogénéité des microstructures enregistrées par les échantillons du rift suggère de multiples épisodes de déformation localisée, probablement liés à l'injection percolation épisodique de magmas, espacés de périodes d'accalmie. Les OPRs de l'olivine de type axial-[100] et l'orientation des directions de polarisation des ondes SKS suggère que le rift s'est formé en régime de transtension Les péridotites du Sud-Est de l’Éthiopie présentent des microstructures porphyroclastiques à gros grains moins recristallisées qu'en Tanzanie. Les microstructures et les OPRs principalement de type orthorhombique suggèrent une déformation syn- à post-métasomatisme. Les anisotropies de polarisation des ondes S calculées pour ces échantillons sont insuffisantes pour expliquer à elles seules les déphasages des ondes SKS dans cette partie du rift.
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Droits : info:eu-repo/semantics/OpenAccess
NNT : 2014MON20139
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Quasi-3D model SHORECIRC simulates circulation on simple nearshore domains. It is modified in order to handle realistic bathymetries : beaches with complex shoreline and/or emerged structures. Added improvements are validated against other models and measurements on various configurations. New SHORECIRC version is then applied to the study of the circulation dynamics of Leucate, a sandy beach of Languedoc- Roussillon (France) with crescentic bars.
Le modèle numérique de circulation quasi-tridimensionnel SHORECIRC, initialement prévu pour fonctionner sur des bathymétries simples, a été modifié afin de pouvoir prendre en compte les caractéristiques complexes des bathymétries réalistes de la zone littorale : trait de côte irrégulier et présence d'objets émergés. Les modifications apportées ont ´été validées par comparaison avec des résultats d'autres modèles numériques et avec des données mesurées sur plusieurs configurations. Enfin, le modèle modifié a été appliqué à l'étude de la dynamique de la circulation sur une plage sableuse à barres en festons (Plage de Leucate, Languedoc-Roussillon, FR).
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : In order to identify and quantify the Rif (Morocco) present-day deformation, especially those related to active faults (location, geometry, kinematic), we perform a morphotectonic study. The studied area and faults are located in the Northern part (conjugate faults of Al-Hoceima Bay: Trougout, Boujibar and Rouadi), the Eastern part (Nekor fault) and the Southern part of the chain (Rif frontal thrust between Fes and Meknes cities).Morphotectonic tools (DEMs at different scales, satellite and aerial pictures), field studies and Quaternary dating methods (U/Th, OSL, 14C and in-situ cosmogenic isotopes 10Be, 3He, 36Cl) allow us to characterize transtensional deformation in the Northern Rif. Horizontal and vertical slip rates along the N-S-oriented Trougout major fault are ~1.6 mm/yr and ~2 mm/yr respectively. In the Southern part, the Rif frontal thrust shows a shortening rate of ~1.8 mm/yr into Fes and Meknes area. In the Eastern part, the deformation is focused on the Nekor left-lateral strike-slip major fault with ~1.5 mm/yr. Incision features and raised marine terraces involve an uplift of the chain about ~0.2 mm/yr. The overall deformation in the Rif seems to be continuous since the Messinian-Pliocene time.These new morphotectonic constraints are consistent with the GPS measurements showing southwestward overall motion of most of the Rif belt with respect to stable Africa, associated to clockwise rotation. Finally, we propose a geodynamic model in which the Rif, the Alboran sea and the Betics belong to a single microplate bounded by the strike-slip faults of the Betics on the North, the Rif frontal thrust on the South, the Nekor and TASZ (Trans Alboran Shear Zone) strike-slip faults on the East and North-East, and the western Rif folded structures on the West.
L'objectif de cette étude est d'identifier et de quantifier les déformations actuelles dans la chaine du Rif (Maroc), notamment celles associées aux failles actives (localisation, géométrie, cinématique). Pour ce faire, nous mettons en œuvre pour la première fois dans cette région, une approche morphotectonique. Les sites et failles sélectionnés et étudiés se situent dans la partie Nord (les failles conjuguées de la baie d'Al-Hoceima: Trougout, Boujibar et Rouadi), l'Est (la faille de Nékor) et le Sud (front chevauchant sud rifain entre Fes et Meknes).A partir des outils de la morphotectonique (MNTs à différentes résolutions, images satellitaires, photographies aériennes), d'analyses de terrain et grâce aux méthodes de datation du Quaternaire (U/Th, OSL, 14C et isotopes cosmogéniques produits in-situ 10Be, 3He, 36Cl), cette étude met en évidence et quantifie une déformation transtensive dans la partie Nord de la chaine. Les vitesses de glissement horizontales et verticales le long de la faille principale d'orientation méridienne de Trougout sont de ~1.6 mm/an et ~2 mm/an, respectivement. Dans la partie Sud, nous montrons que le front rifain entre Fez et Meknes est actif avec une vitesse de raccourcissement de ~1.8 mm/an. La déformation dans la région Est se localise principalement sur la faille du Nékor avec une vitesse décrochante senestre de ~1.5 mm/an. Par ailleurs, la présence de nombreuses figures d'incision et de surfaces marines soulevées au niveau du littoral Nord témoignent d'une surrection généralisée de la chaine de l'ordre de ~0.2 mm/an. L'ensemble de cette déformation semble être constante depuis la période du Messino-Pliocène. Ces résultats sont cohérents avec les données GPS qui montrent un déplacement de ~5mm/an vers le SW de l'ensemble du Rif associé à un mouvement rotatif horaire, dans le référentiel Afrique stable. D'un point de vue géodynamique, nous proposons que le Rif, la mer d'Alboran et les Bétiques appartiennent à une même microplaque limitée au Nord par les failles décrochantes des Bétiques, au Sud par le chevauchement rifain, à l'Est et au Nord-Est par les failles décrochantes de Nékor et de la TASZ (Trans Alboran Shear Zone) et à l'Ouest par les structures plissées bordières du Rif.
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NNT : 2014MON20105
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Water vapour is highly variable in the atmosphere with concentration reaching saturation in the tropics and with dry areas over elevated continental region. Good knowledge of the amount of integrated water vapour in the air is necessary to predict phase changes and in particular precipitation. Water vapour variability measurements are still insufficient with standard observing systems. Moreover accurate GPS antenna positioning is affected by the refractivity index variation in the troposphere. Consequently, vertical positioning component estimation is difficult. This variation is directly linked to distribution of variables such as pressure, temperature and humidity along the path between satellite and receiver. Here we study more specifically heavy rains et notably Cevenols events. This thesis work consists to check the GPS measurement validity to quantify water vapour in comparison with measurements from radiosoundings and meteorological model outputs. GPS observations and flux surface information have been analysed to see if water vapour quantification by GPS allowed characterising heavy rain events (cumulative rainfall amount greater than 150 mm). Then, we tested the GPS data assimilation impact on cumulative precipitation forecasts using the high resolution Meteo France AROME model (2.5 km). Finally the quality and the contribution of GPS measurement on sea is evaluated for water vapour measurement. This study has been realised in the framework of VAPIMED experiment.
La vapeur d'eau varie largement dans l'atmosphère avec des concentrations allant de la saturation dans les tropiques à des zones presque sèches au-dessus des zones continentales élevées. Une bonne connaissance du contenu en vapeur d'eau dans l'air est nécessaire pour la prévision des changements de phases, notamment les précipitations. La mesure de la variabilité de la vapeur d'eau est une lacune des systèmes d'observation. Par ailleurs, il est apparu que le positionnement précis des antennes GPS était affecté par la variation de l'indice de réfraction dans la troposphère, ce qui rend particulièrement difficile l'estimation de la composante verticale. Cette variation est directement liée à la distribution des variables pression, température et humidité sur les trajets satellite-récepteur. On s'intéresse ici à l'étude des précipitations intenses et notamment aux épisodes Cévenols. Ce travail de thèse consiste à vérifier la validité de la mesure GPS pour la quantification de la vapeur d'eau en la comparant avec des mesures issues de radiosondage et des sorties de modèle météorologique. On cherche à analyser si la quantification de vapeur d'eau par GPS permet de caractériser les forts événements précipitants (cumuls supérieurs à 150 mm) à l'aide d'observations conjointes sur les flux de surface. On étudie ensuite l'impact de l'assimilation de données GPS issues d'un réseau GPS dense sur la prévision des cumuls de pluies dans le modèle à hauterésolution (2.5 km) AROME de Météo France. Finalement on évalue la qualité et l'apport de la mesure de vapeur d'eau par GPS en mer dans le cadre d'une campagne de mesure VAPIMED).
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : This PhD work is based on field, petrographic, and geochemical observations of rocks originated at the base of the sheeted dike complex, in the Oman ophiolite and at IODP Site 1256, coupled with an experimental study. It provides new constrains on processes that occur at the magma / hydrothermal system transition in oceanic crust formed at fast spreading ridges. The base of the sheeted dike complex is truncated by intrusive isotropic gabbros, and therefore reheated and recrystallized to the "granoblastic dikes" under temperatures up to 1030°C. Xenoliths of granoblastic microgabbros and microgabbronorites derived from the granoblastic dikes are commonly observed in the about 100 meters thick horizon of isotropic gabbro that underlies the sheeted dike complex. These features can be explained by upward migrations of the melt lens that is present at fast spreading centers. The occurrence of several assimilation features (xenoliths and granoblastic patches) in the isotropic gabbro horizon supports the hypothesis that this horizon represents the fossilization of the upper melt lens. The experimental study was designed to simulate experimentally the effect of partial melting of hydrothermally altered sheeted dikes. The results show that melting starts at 850°C, confirm the residual origin of granoblastic dikes and xenoliths, and attest to the anatectic origin of the oceanic plagiogranites that are commonly present close to the base of the sheeted dike complex. The major and trace element composition of the experimental anatectic melt that represents the main contaminant for primitive MORBs at fast spreading ridges has been determined. The upper axial melt lens at fast spreading mid-ocean ridges is herein described as a dynamic system that can migrate vertically, and which fossilizes when moving off-axis.
Ce travail de thèse est basé sur des observations de terrain, sur une étude pétrographique et géochimique des roches formées à la base du complexe filonien dans l'ophiolite d'Oman et au niveau du Site IODP 1256, ainsi que sur une étude expérimentale. De nouvelles contraintes sont apportées sur les processus se produisant à la transition magma / système hydrothermal dans la croute océanique formée au niveau des dorsales à expansion rapide. L'intrusion de gabbros isotropes dans la base du complexe filonien a provoqué son réchauffement et sa recrystallization en « dikes granoblastiques » jusqu'à des températures de 1030°C. Des xénolites de microgabbro à orthopyroxene dérivées des dikes granoblastiques sont souvent observées dans le niveau de gabbros isotropes épais de 100 mètres environ qui est présent à la base du complexe filonien. Ces différentes caractéristiques sont à relier à des migrations verticales vers le haut du sommet de la lentille magmatique supérieure qui est observée aux dorsales rapides. Les nombreuses évidences d'assimilation (xénolites et patchs granoblastiques) dans le niveau des gabbros isotropes appuient l'hypothèse que ce niveau représente la fossilisation de la lentille magmatique supérieure. L'étude expérimentale a consisté à tester l'effet de la fusion partielle du complexe filonien préalablement hydrothermalisé. Les résultats montrent que la fusion commence à 850°C, confirment l'origine résiduelle des dikes granoblastiques et des xénolites associées, et attestent de l'origine anatectique des plagiogranites océaniques qui sont couramment observés à proximité de la base du complexe filonien. La composition en éléments majeurs et traces du liquide anatectique a été déterminée. Ce liquide représente le principal contaminant pour les MORBs primitifs émis au niveau des dorsales rapides. La lentille magmatique supérieure présente au niveau des dorsales médio-océaniques à expansion rapide est ici décrite comme un système dynamique qui peut migrer verticalement, et qui est fossilisée lorsqu'elle se déplace hors axe.
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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.
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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
Résumé : This thesis has been conducted on a fractured crystalline basement located in Ploemeur (South of Brittany, France). The detailed study of this basement requires a good understanding of their internal structures, namely their intrinsic properties, flow mode, density and fractures distribution. This work is focused on the petrophysical characterization of the granitic formations. Physical properties were determined from downhole geophysical measurements and images, and petrophysical measurements with thin sections made for each mini-core in the laboratory. Fresh-altered schist and fresh-altered granite separated by a normal angle fault are the main lithology of the Ploemeur crystalline basement. The results showed that the petrophysical properties were function of both porosity variation and degree of alteration and that the pore-space topology was found to be porositydependent. This thesis introduces a new formula between electrical resistivity and porosity. In addition, the laboratory measurements of Ploemeur revealed that seismic wave velocity was a function not only of porosity, but also of the predominant pore type. In general, the pore aspect ratio inverted from velocity measurements were classified roughly into crack shape. In the Ploemeur crystalline basement, the downhole geophysical measurements and images were used to measure changes in physical and chemical properties in the borehole fluid and the bedrock surrounding the boreholes. The effective integration of different geophysical methods, hydrogeological tests and lithological description was the best way to characterize the fractures in the crystalline basement, and is critical for a suitable estimation of fluid circulation.
Le socle cristallin fracturé, situé à Ploemeur (Bretagne sud, France) est l'objet de ce travail de thèse. L'étude détaillée du socle nécessite une bonne compréhension de la structure interne, à savoir les propriétés intrinsèques, le mode d'écoulement, la densité et la distribution des fractures. Ce travail de thèse est consacré à la caractérisation pétrophysique des formations granitiques. Les propriétés physiques ont été déterminées à partir de l'interprétation des données de mesures de géophysique en forage, des images de paroi du puits et des mesures pétrophysiques réalisées sur carottes en laboratoire. Afin de replacer les mesures dans leur contexte lithologique, une lame mince a été analysée pour chaque mini-carotte. Les formations lithologiques rencontrées dans le socle cristallin de Ploemeur sont des schistes et granites sains et altérés, ces deux lithologies étant séparées par une zone de faille. Les résultats ont montré que les propriétés pétrophysiques des roches étaient fonction à la fois de la variation de la porosité et du degré d'altération des roches et que la topologie de l'espace poreux était fortement dépendante de la porosité. Cette thèse introduit une nouvelle formule entre la résistivité électrique et la porosité. De plus, les mesures en laboratoire sur les échantillons de Ploemeur révèlent que les vitesses sismiques ne sont pas seulement fonction de la quantité de porosité, mais aussi fonction de facteur de forme. Ce dernier a été calculé sur les échantillons du socle de Ploemeur à partir des vitesses acoustiques. Les résultats ont montré que la porosité est de forme fissurale. L'intégration des données issues des images optiques et acoustiques, des mesures de géophysique en forage, et de la description des carottes a permis d'étudier de façon détaillée la géologie et l'hydrodynamique du socle de Ploemeur. L'intégration effective de ces différentes méthodes avec les tests hydrogéologiques ressort comme la meilleure façon de caractériser les fractures et les circulations en eau dans le socle.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Given the technological development of embedded satellite sensors, the potential of available satellite images increases so that the question now arises of their most efficient exploitation possible. This is the purpose of the CARTAM-SAT project to fluidize the processing workflow from satellite images to users. The thesis is part of this framework.Processing operations relating to images have evolved over the years. Low-resolution images were processed by a so-called pixel approach while the high-resolution has allowed the development of a so-called object approach. The latter focuses on analysing not about the isolated pixels, but about groups of pixels representative of concrete objects on the ground. Thus, in principle, these are groups of pixels with a domain-specific remote sensing semantics.Along with satellite imagery, knowledge representation has evolved. The standards of representation have benefited from the expansion of the web to give rise to standards like OWL. This one is widely based on description logics that allow the use of automated reasoners able to infer implicit knowledge.This thesis is at the junction of these two sciences and provides an ontological approach for analysing satellite images. The aim is to formalize different types of knowledges and conceptualizations implicitly used by image processing programs and by remote sensing experts, and then reasoning automatically on an image description to obtain one semantic interpretation.This general principle may have numerous technical variations. The implementation consisted in a prototype combining a satellite image analysis library and an ontology-based reasoner. The implementation proposed in the thesis allows to explore four technical variations of the principle that lead to discussions on the complementarity of pixel and object analysis paradigms, the representation of some of the spatial relations and the role of knowledge in relation to processing.
Étant donnée l'évolution technologique des capteurs embarqués à bord des satellites, le potentiel d'images satellitaires accessible s'accroît de telle manière que se pose maintenant la question de son exploitation la plus efficace possible. C'est l'objectif du projet CARTAM-SAT que de fluidifier la chaîne de traitement depuis les satellites jusqu'aux utilisateurs des images. La thèse s'inscrit dans ce cadre. Les traitements relatifs aux images ont évolué au cours des années. Les images basse résolution étaient traitées par une approche dite pixel alors que la haute résolution a permis le développement d'une approche dite objet. Cette dernière s'attache à analyser non plus des pixels isolés, mais des groupes de pixels représentatifs d'objets concrets sur le terrain. Ainsi, en principe, ces groupes de pixels sont dotés d'une sémantique propre au domaine de la télédétection. La représentation des connaissances a évolué parallèlement aux images satellitaires. Les standards de représentation ont profité de l'expansion du web pour donner naissance à des standards comme OWL. Celui-ci repose en grande partie sur les logiques de description qui permettent l'utilisation de raisonneurs automatiques capables d'inférer une connaissance implicite.Cette thèse se place à la jonction de ces deux sciences et propose une approche ontologique d'analyse des images satellitaires. Il s'agit de formaliser différents types de connaissances et de conceptualisations implicitement utilisés par les logiciels de traitement d'image et par les experts en télédétection, puis de raisonner automatiquement sur la description d'une image pour en obtenir une interprétation sémantique.Ce principe général est susceptible de nombreuses déclinaisons techniques. La mise en œuvre a consisté en la réalisation d'un prototype alliant une bibliothèque d'analyse d'images satellitaires et un raisonneur basé sur les ontologies. L'implémentation proposée dans la thèse permet d'explorer quatre déclinaisons techniques du principe qui mènent à des discussions sur la complémentarité des paradigmes d'analyse pixel et objet, la représentation de certaines relations spatiales et la place de la connaissance par rapport aux traitements.
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NNT : 2013MON20059
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