Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The Earth's magnetic field shows a large range of temporal variations from the year to several million years. I studied during my PhD thesis several aspects of these fluctuations, from recent secular variations to reversals. The first part of my manuscript deals with archeomagnetism, a discipline that allows to track the temporal variations of the Earth's magnetic field through millennia, mainly from archeological materials. I studied two sets of samples , one from Greece (Neolithic period 6800-3200 B.C.) and the other from Mexico (Palenque, Maya Classic period 320-840 A.D.), to acquire new archeointensity data in order to better constrain the secular variation of the geomagnetic field. By comparing my data with those available in the literature and with the various global and regional models, I showed that the secular variations during the Neolithic in Greece and during the first millennium in Central America are poorly defined. My data suggest that local components, not described by global models, may exist in these regions. They reinforce the importance of developing specific regional models. As a consequence, the acquisition of new high quality data is of main importance. The second part presents the description of a geomagnetic field reversal. This work was based on two points : first by studying transitional directions to provide new constraints on the possible preferred longitudinal paths of virtual geomagnetic poles (VGPs) and second by checking transitional paleointensities obtained on a volcanic sequence in Akaroa volcano (New Zealand). Indeed the transitional field intensity is significantly higher than the field intensity before and after the reversal. We re-sampled this sequence, and the directional results show a complex sequence of N-T-R-T-N-T-R polarity. The transitional VGPs obtained are clustered in two longitudinal bands through Australia and America. This observation seems to reinforce the assumption of a core-mantle interaction over several million years. Following a rock magnetic study, I selected samples that could provide a value for the Thellier and multispecimen paleointensity methods. The obtained paleointensity are relatively low (about 20 μT) during the polarity change and strong at the end of the sequence. Based both on the field strength values and on the radiochronological ages, showing that the sequence was erupted in a very short time, I suggest that only the C4AR.1n-C4Ar.1r reversal was recorded in this sequence. In this assumption, the reversal shows a complex path comparable to other reversals recorded in the northern hemisphere (for example the Steens Mountain ), including a rebound before stabilizing. Finally the last part is devoted to the development of a new methodology and a new apparatus to determine absolute paleointensity. Following the low success rate of paleointensity experiments from the previous study, I decided to test the multispecimen protocol, which can be applied to samples yielding a predominant multidomaine behavior. The main technical drawback of this method lies in the application of the laboratory field along the natural remanent magnetization, a difficult task to perform accurately in standard paleointensity ovens. Thus, we decided to adapt sample holders from our standard oven in order to allow the sample orientation in space and to develop an ultra-fast heating oven prototype particularly well-suited for this method, allowing to apply the laboratory field in the 3 dimensions. I checked the different multispecimen protocols on historical lavas from Reunion and Etna volcano, yielding very different magnetic mineralogies. For all flows, I obtained paleointensities very close from the expected values, regardless from the magnetic mineralogy, revealing the feasibility of our apparatus and the promising interest of the method. The application of various corrections on the statistical estimation of the intensity value or on the cooling rate had no significant impact on my results.
La première partie de ma thèse porte sur l'archéomagnétisme, discipline qui permet de retracer l'évolution temporelle du champ magnétique terrestre au travers des derniers millénaires, principalement à partir des matériaux archéologiques. J'ai étudié deux jeux d'échantillons provenant pour l'un de la Grèce (période néolithique, 6800-3200 avant J.C.) et pour l'autre du Mexique (Palenque, période Maya Classique 320-840 après J.C.), dans le but d'acquérir de nouvelles données d'archéointensité et de mieux contraindre la variation séculaire du champ magnétique terrestre. La comparaison de mes données avec celles disponibles dans la bibliographie et avec les différents modèles globaux et régionaux a mis en évidence que les variations séculaires au Néolithique en Grèce et au cours du premier millénaire en Amérique Centrale sont très mal définies. Mes données suggèrent que des composantes locales, non prisent en compte dans les modèles globaux peuvent exister au niveau de ces régions. Elles renforcent l'intérêt de développer des modèles régionaux précis. Pour ce faire, l'acquisition de nouvelles données de haute qualitéest un élément majeur. La deuxième partie traite de la description d'un renversement du champ magnétique terrestre. Cette étude a été basée sur deux points précis : étudier les directions transitionnelles afin d'apporter de nouvelles contraintes sur le possible confinement longitudinal des pôles géomagnétiques virtuels (PGV) d'une part, et d'autre part vérifier des paléointensités transitionnelles obtenues sur la séquence volcanique d'Akaroa (Nouvelle Zélande), dont l'intensité est significativement supérieure à celles des intensités avant et après le renversement. Nous avons ré-échantillonné cette séquence, et l'évolution directionnelle obtenue pour ce renversement est une succession complexe de polarités N-T-R-T-N-T-R. Les PGV obtenus semblent se regrouper sous deux bandes longitudinales sous l'Australie et l'Amérique, ce qui renforce l'hypothèse d'une interaction entre le manteau et le noyau sur plusieurs millions d'années. Suite à une étude de minéralogie magnétique, j'ai sélectionné les échantillons susceptibles de fournir une valeur de paléointensité par les méthodes de Thellier et du multispecimen. Les paléointensités obtenues sont relativement faibles (environ 20 μT) au cours du changement de polarité et forte à la fin de la séquence. Mon interprétation, basée à la fois sur les valeurs de l'intensité du champ et sur les données radiochronologiques montrant que la séquence s'est mise en place très rapidement, est de considérer que seul le renversement C4Ar.1n-C4Ar.1r a été enregistré dans cette séquence. Dans cette hypothèse, le renversement montre un cheminement complexe comparable à d'autres renversements enregistrés dans l'hémisphère nord (comme celui de la Steens Mountain par exemple), incluant un phénomène de rebond avant de se stabiliser. La troisième partie de ma thèse est consacrée au développement d'une nouvelle méthodologie et d'un nouvel appareillage pour déterminer des paléointensités. Le faible taux de réussite des expériences de paléointensité de l'étude précédente m'a poussé à m'intéresser au protocole multispecimen, qui peut s'appliquer aux échantillons possédant un comportement polydomaine. L'inconvénient technique majeur de cette méthode réside dans l'application du champ le long de l'aimantation naturelle, difficile à réaliser avec précision dans les fours standards. Pour ce faire, nous avons décidé de développer des porte-échantillons permettant d'orienter les échantillons dans l'espace pour le four standard et un prototype de four à chauffage ultra-rapide particulièrement bien adapté avec la possibilité d'orienter le champ appliqué dans les 3 dimensions. J'ai testé les différents protocoles de la méthode sur des laves historiques de la Réunion et de l'Etna, possédant des minéralogies très différentes. Pour l'ensemble des coulées étudiées, j'ai obtenu des paléointensités très proches des valeurs attendues, et ce indépendamment de la minéralogie, révélant ainsi le faisabilité de notre appareillage et le côté prometteur de la méthode. L'application de diverses corrections sur la statistique d'estimation de la valeur de l'intensité ou sur le taux de refroidissement n'ont eu aucun impact notable sur mes résultats.
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Éditeur(s) : HAL CCSD Bureau de recherches géologiques et minières
Résumé : National audience
Les tremblements de Terre sont sans doute l’un des phénomènes les plus catastrophiques associés à la dynamique de notre planète. Leur occurrence peut être associée d’une part au chargement lent et progressif des failles dû au mouvement des plaques tectoniques, mais également à la proximité d’autres séismes qui peuvent localement provoquer une déstabilisation du milieu. Les séismes sont classiquement interprétés dans le cadre de la théorie du cycle sismique (Fig. 1). La période asismique, correspondant au chargement séculaire des contraintes sur le plan des failles, est appelée période inter-sismique. Sa durée, entre 50 et 1000 ans, dépend du contexte géodynamique et notamment de la vitesse de chargement. La phase co-sismique correspond au séisme, i.e. à la phase de nucléation et de propagation de la rupture sismique. La période de temps associée est extrêmement courte et varie suivant les séismes entre quelques secondes à plusieurs minutes pour les méga-tremblements de terre comme celui de Sumatra en 2004 ou plus récemment celui du Japon en 2011. Enfin, suite à la rupture sismique, on considère une phase post-sismique qui correspond à un réajustement mécanique rapide du milieu qui peut s’effectuer sur plusieurs semaines, mois ou même années. La courte échelle de temps des observations sismologiques ou géodésiques (<100 ans) par rapport à la durée d’un cycle sismique (plusieurs centaines d’années) est un facteur limitant. Ainsi, aucun cycle sismique complet n’a pour l’instant pu être documenté.
ISSN: 0292-8477

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Éditeur(s) : Ecole nationale supérieure agronomique de Rennes
Résumé : Describe and gain understanding on fluctuations in animal population over time and space is a central goal of population ecology. This is also crucial to ensure the sustainable management of exploited resources, particularly those with complex population dynamics such as the bluefin tuna. The goal of this work is to collect bluefin tuna catches from the ancestral Mediterranean and Atlantic trap fisheries to (i) characterise long-term fluctuations in bluefin tuna population migrating in the Mediterranean, (ii) analyse their causes et (iii) assess their implications for fisheries management. The bluefin tuna main biological and ecological characteristics are first detailed. Then, the first part presents the trap fishery, and the process of collect and validation of the historical catches. This leads to develop a data base of 54 time-series more than 20 years long, the longest ones spanning about four centuries. Mean historical catches were around 15 000 tons/year ([7 000;25 000]). Time-series are analysed in a second part. Temporal variability of trap catches may be decomposed in three components: 100-year-long periodic fluctuations, 20-year cycles and inter-annual variations. These medium- to long-term fluctuations, representing more than 50% of the variability in the time-series, were synchronous all around the western Mediterranean and adjacent North Atlantic. In contrast, short-term variability was synchronous at a local scale only. It is argued that long-term fluctuations in trap catches could be considered as a proxy for those in abundance, and a synthetic time-series is computed to depict them. Biological and ecological processes that could cause such long-term fluctuations are discussed in a third part. We tested whether long-term fluctuations in Atlantic bluefin tuna might be related to large-scale environmental changes, using long time-series of the North Atlantic Oscillation (NAO), the Length of the Day index (LOD, a proxy of the atmospheric circulation index ACI) and the temperature. Spectral analyses of trap catches, LOD and temperature displayed similar spectra with peak at low frequency, whereas those of the NAO exhibited a broad band spectrum. Regression analyses and tests of correlation did not reveal any clear relationship between trap catches on the one hand and NAO and LOD on the other hand. In contrast, long-term fluctuations in trap catches appear to be negatively and significantly related to long-term trends in temperature. Underlying processes that could explain such a relationship are discussed, with special focus on changes in migration patterns. Finally, implications of such fluctuations in term of fisheries management are discussed in a fourth part. A simulation framework, in which a simulated population dynamics model is coupled with a VPA, is built to test the pertinence of the diagnostic of stock assessment according to different scenarios on fluctuations origins and population status. In the hypothesis of fluctuations linked to variations in the recruitment, VPA appears able to reconstruct the fluctuations but the predictions may be biased if natural fluctuations are not taking into account. In the hypothesis of fluctuations linked to changes in migration pattern, VPA is not able to reconstruct the population dynamics. In a precautionary approach, quotas which follow may be unsuitable in the best case, at worst dangerous if they are defined in comparison with a reference point. The concept of cible reference points, fixe and unique over time, appears not relevant for bluefin tuna; estimate trajectory reference pertinent may prove to be more pertinent.
Décrire et comprendre les fluctuations spatio-temporelles des espèces animales constituent les enjeux majeurs de l'écologie. La question est également cruciale pour réussir la gestion durable des ressources exploitées, en particulier celle du thon rouge, grand pélagique migrateur à la dynamique complexe. L'objectif de ce travail est de collecter les captures historiques de thon rouge par les madragues méditerranéennes et proche atlantiques pour (i) caractériser les fluctuations à long terme de la population migrante en Méditerranée, (ii) étudier leur déterminisme et (iii) évaluer leurs implications en terme de gestion des pêcheries. Après avoir décrit les principales caractéristiques biologiques et écologiques du thon rouge, la première partie présente la pêcherie à la madrague, puis le processus de collecte et de validation des données historiques de captures. Ce dernier conduit à la mise en place d'une base de données de 54 séries de plus de 20 ans, dont les plus longues s'étendent sur près de 4 siècles. Les productions historiques sont estimées à environ 15 000 tonnes/an ([7 000;25 000]). Les séries historiques de captures sont analysées dans la seconde partie. Leur variabilité temporelle peut être décomposée en trois composantes : de larges cycles pseudo-séculaires, des variations périodiques d'une vingtaine d'années et des fluctuations inter-annuelles. Les fluctuations à moyen et long terme, expliquant plus de la moitié de la variance des séries, sont synchrones à l'échelle du bassin méditerranéen occidental et du proche Atlantique. La variabilité inter-annuelle, en revanche, n'est synchrone qu'à une échelle locale. On montre finalement que les fluctuations à long terme des captures peuvent être considérées comme de bons indices des tendances des abondances de la population de thons rouges migrants en Méditerranée. Une série synthétique est construite pour les décrire. Les processus biologiques et écologiques susceptibles d'être à l'origine de ces fluctuations sont discutés dans la troisième partie. L'hypothèse d'un forçage environnemental à grande échelle est testée en utilisant des indices à long terme de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), de la longueur du jour (LOD, un indicateur de l'indice de circulation atmosphérique ACI) et de la température. Les analyses spectrales sur les séries de captures, du LOD et des températures révèlent des spectres similaires, avec un pic sur les basses fréquences, alors que celles sur le NAO conduisent à une large bande spectrale. Les régressions et les tests de corrélations ne montrent aucune relation significative entre les captures par les madragues et le NAO et le LOD. En revanche, les fluctuations à long terme des captures apparaissent significativement et négativement corrélées avec les fluctuations à long terme des températures. Les processus sous-jacents susceptibles d'expliquer une telle relation, en particulier des changements migratoires, sont discutés. Finalement, les implications des fluctuations pour la gestion de la pêcherie sont discutées dans une quatrième partie. Un cadre de simulation, couplant un modèle de dynamique de population à une VPA, est élaboré pour tester la pertinence des diagnostics d'évaluation de stock selon différents scénarios d'origine des fluctuations et d'état de la population. Dans l'hypothèse de fluctuations liées à des variations du recrutement, la VPA apparaît capable de reconstruire les fluctuations mais les prédictions sont biaisées lorsqu'il n'est pas tenu compte des fluctuations naturelles du stock. Dans l'hypothèse de fluctuations liées à des changements migratoires, la VPA est alors incapable de reproduire la dynamique de la population. Dans une approche de précaution, les quotas qui en découlent peuvent se révéler au mieux inappropriés, au pire dangereux s'ils sont définis par rapport à un point de référence. Ce concept de point cible, fixe et unique dans le temps, apparaît inapproprié pour le thon rouge ; estimer des "trajectoires de référence" serait sans doute plus pertinent.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2003/these-65.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/65/

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Several major earthquakes have struck the 2500 km long Himalayan range during the past century. However, both the maximum size of such earthquakes and the probability of occurrence of a magnitude 9 megaquake are still a mater of debate. In this framework it is of key importance to investigate the lateral segmentation of the Himalayan arc in order to deepen our understanding of the mechanisms that control such events as well as their extents. Besides the remarkably uniform tectonic set-up and the fact that most studies on the Himalayas have focused on Central Nepal, several indications of along strike changes can be gathered.This thesis brings new constraints on lateral variations of crustal structure and of deformation between western Nepal (~80°E) and eastern Bhutan (~92°E).The first part of this thesis focuses on the lateral variations of crustal structure. In the past three years we have carried out four land gravity campaigns. We have established 366 new gravity measurement points to fill the data gaps in central and western Nepal as well as in Bhutan. This new dataset, together with available seismological data, is used to constrain thermo-mechanical models of the bending of the India plate underneath the Himalayas. While the inferred crustal geometry does not exhibit major along-strike variations over central and eastern Nepal, the shorter wavelength flexure of the lithosphere in Bhutan is associated with a weaker upper mantle rheology.The second part focuses on the lateral variations of recent deformation in the Himalayas. Fifteen years of paleoseismological investigations have extended the catalogue of major Himalayan events over the last millennium. Combining these information with secular loading, we assess the spatial and temporal stress changes on the Main Himalayan Thrust along the orogen over the last nine centuries. Our calculations indicate that inter-seismic loading has now nearly overcome the Coulomb stress decrease caused by the great ~1100 medieval earthquake. Our results also point out that the 1897 Shillong plateau earthquake does not have a major influence on the stress accumulated on the Main Himalayan Thrust since then. In order to better characterize active tectonics in the Bhutan Himalayas where no studies were done so far, we carried out a morphotectonic analysis in the south-central part of the kingdom. We show that the same amount of Holocene deformation is accommodated on the frontal thrust in Bhutan as on the neighbouring portions of the Himalayan arc. We also find evidences for two major (M>8) earthquakes on this thrust in the Bhutan Himalayas during the last millennium. Our results therefore show that Bhutan cannot be considered as a seismic gap. They also challenge the interpretation of one single ~1100 medieval mega-event that would have ruptured the Main Frontal Thrust from central Nepal to eastern Bhutan.
Au cours du dernier siècle, plusieurs séismes majeurs ont affecté l'Himalaya. Cependant, la taille maximale de ces événements et la probabilité d'occurrence de méga-séismes avec des magnitudes proches de 9 sont toujours matière à débat. L'étude de la segmentation de l'arc Himalayen est donc primordiale afin de comprendre les mécanismes qui contrôlent ces séismes ainsi que leur extension spatiale. La compréhension du cycle sismique en Himalaya est aujourd'hui essentiellement basée sur des études menées au Népal central, ce qui limite notre connaissance de son fonctionnement tri-dimensionnel. Ce travail de thèse permet d'apporter de nouvelles contraintes sur les variations latérales de la déformation crustale dans la zone comprise entre l'ouest Népal (~80°E) et l'est Bhoutan (~92°E). La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales de la structure lithosphérique. Quatre campagnes gravimétriques ont été réalisées entre 2010 et 2012. Elles ont permis d'étendre le réseau gravimétrique Népalais jusqu'à l'ouest Népal et d'établir le premier réseau gravimétrique Bhoutanais. Ce nouveau jeu de données, combiné avec les données sismologiques disponibles, permet de contraindre des modèles thermo-mécaniques de la flexure de la plaque Indienne sous l'Himalaya. Les résultats suggèrent qu'il n'existe pas de variations latérales majeures du comportement mécanique de la lithosphère Indienne entre le centre et l'est Népal contrairement au Bhoutan où une rigidité flexurale plus faible est nécessaire pour expliquer les données.La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales des déformations récentes dans le prisme Himalayen. Les études paléosismologiques menées depuis 15 ans en Himalaya ont permis d'étendre le catalogue des événements majeurs sur le dernier millénaire. En intégrant à la fois les contraintes disponibles sur ces séismes majeurs et le chargement séculaire, nous étudions les variations spatiales et temporelles de l'état de contrainte du chevauchemlent Himalayen principal le long de l'arc. Nos calculs montrent que même dans la cas où un méga-séisme se serait produit en ~1100 en Himalaya, le chargement séculaire a quasiment compensé la chute de contrainte associée. Les modèles montrent aussi que le séisme du Shillong ne joue pas un rôle majeur sur les contraintes accumulées sur le chevauchement Himalayen depuis 1897 au niveau du Bhoutan. Enfin, nous présentons les premières contraintes sur la tectonique active au Bhoutan. L'étude morphotectonique réalisée au centre du Sud-Bhoutan a permis de montrer que la majeure partie de la déformation Holocène est accommodée au niveau du front Himalayen, comme au Népal. Nous montrons aussi des évidences de ruptures de surface avec des décalages verticaux de plusieurs mètres associés à deux séismes majeurs sur le dernier millénaire. Ces évidences remettent en cause l'interprétation d'un méga-séisme en ~1100.
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NNT : 2013MON20074
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