Soutenances des Thèses 2008

Annee 2008 : Soutenances de thèses

le vendredi 12 décembre 2008 à 9h en Amphi de médecine à l'Université des Antilles et de la Guyane

Thèse: "Contribution à la connaissance de l'aléa sismique dans les Antilles Françaises: Analyses des données sismologiques et accélérométriques régionales"

par Mendy BENGOUBOU-VALERIUS

devant le jury composé de:
Oona SCOTTI (IRSN) ................. Rapporteur
Michel CARA (ULP) .................. Rapporteur
François BEAUDUCEL (IPGP) .......... Examinateur
John DOUGLAS (BRGM) ................ Membre invité
Auran RANDRIANASOLO (UAG) .......... Directeur de thèse
Pascal BERNARD (IPGP) .............. Co-directeur de thèse
Fabrice COTTON (UJF) ............... Co-directeur de thèse

Résumé:
L'arc des Petites Antilles situé sur la bordure nord-est de la plaque Caraïbe, résulte d'un phénomène de subduction, les plaques américaines plongeant sous celle de la Caraïbe avec une vitesse de 2 cm/an. Les Antilles Françaises représentent la région française où le risque sismique est le plus important. Ce travail dont l'objectif est d'améliorer la connaissance de l'aléa sismique dans les Antilles Françaises, reposent sur les données du Réseau Accélérométrique Permanent (RAP) et sur celles du «Centre de Données des Antilles Française». L'analyse de ces données permet de mieux contraindre la sismicité de l'arc. Deux zones de très faible sismicité sont mises en évidence : au nord près des Iles Vierges et au sud entre Sainte-Lucie et Grenade. D'autres points sont aussi résolus : imagerie de la subduction le long de l'arc, relations entre la sismicité superficielle et la tectonique active, variations de la pente (b-value) de la loi de Gutenberg-Richter. Le séisme majeur du 21 novembre 2004 Mw=6.3 est au cæur des deux derniers chapitres. Plusieurs aspects y sont présentés : macrosismicité avec l'évaluation d'intensité EMS98 obtenues du dépouillement de formulaires individuels recueillis pour les Iles des Saintes, et relocalisation par la méthode de maître/esclave du choc principal et de sa plus forte réplique du 14 février 2005, de façon à mieux contraindre l'imagerie de la source du choc principal. C'est une étape primordiale pour la dernière partie portant sur la modélisation des signaux du choc principal des Saintes. Nous tentons de modéliser les enregistrements de mouvements forts avec une approche semi-empirique en se basant sur un modèle stochastique large-bande et proposons l'utilisation de plusieurs Fonctions de Green Empiriques (FGE) sélectionnées parmi les répliques du séisme des Saintes.

le mercredi 10 décembre à 14h en salle bleue de l'IPGP (Jussieu, Tour 14-24, 2ème étage)

Thèse: "Etude expérimentale de la convection par les bulles et ses applications pour la cyclicité éruptive du volcan Erta Ale"

par Emmanuella BOUCHE

Devant le jury composé de:
M. Gilles Chazot ..................................... Examinateur
M. Jean-Christophe Géminard .............. Rapporteur
M. Claude Jaupart ................................. Examinateur
M. Didier Laporte ..................................... Rapporteur
M. Jacques Magnaudet ........................ Examinateur
Mme Sylvie Vergniolle ............... Directrice de thèse

le mardi 9 décembre à 10h en salle bleue

Thése: "Implication des microorganismes dans les processus de stockage géologique du CO2"

par Sebastien DUPRAZ

devant le jury compose de:
Laurent Charlet .............. Rapporteur
Christophe Dupraz ............ Rapporteur
Oleg S. Pokrovsky ............
Michel Magot .................
François Guyot ............... Directeur de thèse
Bénédicte Ménez .............. Co-directrice de thèse

Résumé:
Le premier acquis important de cette thèse est la constuction et validation d'un système de circulation fermé nommé BCC (Biomineralization Control Cell). En plus de caractéristiques classiques d'un bioréacteur (compatibilité biologique, contrôle de la température et agitation, stérilisabilité), ce dispositif possède des modules permettant un suivi de la chimie du milieu (potentiel d'oxydo-réduction, pH, conductivité, mesures spectrophotométriques) ainsi qu'un système de percolation au travers d'une carotte de roche. Ce réacteur est une étape vers une modélisation analogique des interactions entre CO2 injecté et biosphère profonde. De plus, une nouvelle méthodologie de quantification des espèces réduites du soufre a été mise en place afin de pouvoir suivre plus efficacement les activités biologiques sulfato-réductrices. Dans ce contexte, quatre métabolismes intéressants dans une optique de bio-minéralisation ou d'assimilation biologique du CO2 ont été sélectionnés et testés : une souche uréolytique de référence carbonatogène et aérobie, Bacillus pasteurii, une bactérie sulfatoréductrice, Desulfovibrio longus, un consortium sulfato-réducteur (DVcons) et une bactérie homoacétogène, Acetobacterium carbinolicum. Le micro-organisme Bacillus pasteurii, choisi dans ce travail comme modèle de biominéralisation de carbonates, a permis de démontrer la faisabilité d'une modélisation analogique et numérique rigoureuse des processus biologiques de basification du milieu et de biominéralisation de carbonates dans des conditions physico-chimiques pertinentes pour un site de stockage de CO2, c'est à dire dans une eau reconstituée d'aquifère. Nous avons de plus démontré que la salinité jouait un rôle positif dans les capacités de piégeage minéral de CO2 par cette bactérie ; nous avons déterminé les limites du système en pression de CO2 et nous avons montré que les biocarbonates formés par nucléation sur des phosphates de calcium intra-cellulaires possédaient une signature reconnaissable en isotopes du carbone.
Les souches de biosphère profonde étudiées (Desulfovibrio longus et Acetobacterium carbinolicum) ainsi que le consortium sulfato-réducteur promeuvent aussi des transformations de CO2 en carbonates solides bien réelles, mais beaucoup plus limitées. En revanche, inoculées dans l'eau d'aquifère reconstituée et associées à un flux de H2, Acetobacterium carbinolicum et le consortium sulfato-réducteur démontrent des possibilités importantes d'assimilation biologique du CO2 sous forme de biomasse cellulaire ou de polymères extracellulaires. Un sous produit intéressant de ces expériences a été de démontrer le très fort potentiel d'absorption de H2 par ces systèmes bactériens et la possibilité de le quantifier précisément. Le dispositif et la méthode mis au point ici pourront être adaptés à des études sur le devenir de H2 en sub-surface.

le mardi 9 decembre à 14h30 en salle 316 du Laboratoire de Geologie - ENS ( 24 rue Lhomond - 3e etage)

These: "Préservation de fossiles organiques au cours de la diagenèse et métamorphisme"

par Sylvain BERNARD

devant le jury composé de:
Bruneau Goffe ................... Directeur de thèse
Sylvie Derenne .................. Rapporteur
Christian France-Lanord ......... Rapporteur
Pascal Philippot ................ Examinateur
Jan Toporski .................... Examinateur
Olivier Beyssac ................. Co-directeur de thèse
Karim Benzerara ................. Co-directeur de thèse
Résumé:
Les molécules organiques évoluent chimiquement et structuralement cours au de la fossilisation sous les effets de la biodégradation et de la diagenèse, puis éventuellement sous l'effet du métamorphisme, notamment sous l'influence des conditions de pression et de température liées à l'enfouissement. L'utilisation de différentes techniques de spectroscopie et de microscopie, dont la spectroscopie Raman et la microscopie X par rayonnement synchrotron couplée à la spectroscopie XANES (STXM), a permis de caractériser chimiquement et structuralement les biomolécules constitutives de spores et de débris végétaux fossilisés au sein de roches sédimentaires et métamorphiques et d'imager leurs relations texturales avec la minéralogie avec une résolution spatiale submicrométrique. Cette étude a montré que les signatures chimiques et structurales des biomolécules fossiles peuvent être parfois préservées en fonction de la nature du biopolymère originel, et ce malgré un des hypothèses concernant les différents processus ayant lieu au cours de l'enfouissement en profondeur des sédiments. Des protocoles originaux pour des simulations expérimentales de la graphitisation de biopolymères de référence et de spores actuelles sous pression et température, en présence ou non d'une phase minérale, ont été élaborés. Ce travail a permis de poser les bases méthodologiques qui permettront à l'avenir de caractériser chimiquement et structuralement les biomolécules fossiles, ayant subi ou non un métamorphisme, et constitue un pas supplémentaire vers le décryptage de l'enregistrement moléculaire fossile.
Abstract:
Biodegradation processes as well as the increase of pressure and temperature during diagenesis and metamorphism are responsible for the chemical and structural transformation of primary biogenic organic matter during fossilization. By combining several in situ spectromicroscopy techniques including Raman spectroscopy, Scanning Transmission X-ray Microscopy (STXM) and XANES spectroscopy, we have characterized the structure and chemistry of organic matter constituting fossilized spores and vegetal tissues debris within sedimentary and metasedimentary rocks. Textural relations with associated mineralogy have also been imaged with a submicrometric spatial resolution. This study demonstrates that structural and chemical signatures of fossilized biomolecules might be preserved in some instances even after high grade metamorphism, depending notably on the original biochemical nature of the biopolymer. From these observations, we can also infer the different processes that occurred during fossilization in particular during the sediment laboratory experiments have been designed to investigate graphitization of biomolecules and spores under various pressure and temperature conditions, within or not a mineral matrix. More generally, this study offers new methodological developments for a detailed characterization of fossilized biomolecules, that may have been more or less metamorphosed, and constitutes a new milestone in decoding the molecular fossil record.

le lundi 8 décembre 2008 à 14h00 en salle bleue

Thése: "Processus microbiens de biominéralisation et de détoxification de mætaux/métalloïdes "

par Jennyfer MIOT

devant le jury composé de:
Géraldine Sarret ........................ Rapporteur
Jean-Claude Block ....................... Rapporteur
Marc Chaussidon ......................... Examinateur
Francois Guyot .......................... Directeur de thèse
Karim Benzerara ......................... Co-directeur de thèse
Guillaume Morin ......................... Co-directeur de thèse

Résumé:
Nous avons exploré les mécanismes permettant á des organismes procaryotes et eucaryotes de répondre au stress induit par la présence d'éléments toxiques comme l'arsenic et/ou par la précipitation de phases minérales au niveau des structures cellulaires. Notre étude a notamment impliqué le développement de techniques de microscopie et de spectroscopie adaptées á ces objets composites phases minérales - matière organique. Les deux souches procaryotes étudiées utilisent le Fe(II) comme donneur d'électrons en l'absence stricte d'O2 é pH neutre, ce qui conduit á la précipitation de phases riches en Fe(III) á distance des cellules ou au contact direct des structures cellulaires. Chez la souche phototrophe SW2, le fer précipite exclusivement dans le milieu extracellulaire le long de fibres lipo- polysaccharidiques. En revanche, chez la souche dénitrifiante BoFeN1, le fer précipite aussi massivement dans le périplasme des bactéries. Nous montrons que des structures cellulaires fines (peptidoglycane, périplasme) et des molécules organiques (globules protéiques) sont préservées dans ces cellules encroûtées qui constituent alors de stades précoces de microfossiles. D'autre part, l'étude d'eucaryotes unicellulaires présents dans des drainages miniers acides riches en Fe(II) et en arsenic a révélé une accumulation intracellulaire du fer par ces eucaryotes, découplée des mécanismes de détoxification de l'arsenic. Ces derniers procèdent par une étape de réduction de l' métabolismes spécifiques dans des échantillons naturels actuels ou anciens.
Abstract:
This work aimed at studying the response of microorganisms to toxic elements, such as arsenic and to the lethal effects of mineral precipitation within cellular structures. We applied microscopic and spectroscopic tools adapted to the study of these organic-mineral assemblages. In a first section, we studied two different bacterial strains, both using Fe(II) as an electron donor under strictly anoxic conditions at neutral pH. The phototrophic strain SW2 precipitated iron on lipo-polysaccharidic fibres only at distance from the cells, whereas the denitrifying strain BoFeN1 precipitated iron within its periplasm. Ultrafine cellular structures and proteins were preserved within these encrusted cells that can be considered as microfossils. In a second section, we studied unicellular eukaryotes from a Fe and As-rich acid mine drainage. Iron accumulation within the cells was shown to be completely decoupled from the processes of arsenic detoxification. Arsenic detoxification starts with As(V) reduction to As(III), followed by its complexation by thiol groups, involving the glutathione pathway and leading to its export from the cell. However, we show that As(V) was more toxic to the cells than As(III). Our results altogether provide new insights on the mechanisms of microbial biomineralization and detoxification of metals/metalloids and opens new perspectives for the search of biosignatures of specific metabolisms.

le vendredi 5 décembre à 14h30, dans la salle bleue de l'IPGP (Jussieu, Tour 14-24, 2ème étage)

Thèse: "Le comportement des éléments halogènes au cours du dégazage des magmas en relation avec leur chimie et le style éruptif"

par Helene BALCONE-BOISSARD

M. Druitt Timothy ........... Rapporteur
M. Pichavant Michel ......... Rapporteur
M. Baker Don ................ Examinateur
M. Jaupart Claude ........... Examinateur
M. Boudon Georges ........... Directeur de thèse
M. Villemant Benoît ......... Co-directeur de thèse
Résumé:
Le dégazage des éléments volatils, en particulier H2O, représente le moteur des éruptions volcaniques impliquant des magmas différenciés. Les éléments halogènes, dont le comportement se définit par rapport à celui de H2O, ont déjà été utilisés comme traceurs de l'évolution de la phase volatile. Cette thèse présente l'étude des processus de dégazage au travers de l'étude détaillée du comportement des éléments halogènes en fonction de la composition des magmas et du style éruptif. Elle se base sur la mise en oeuvre d'une démarche précise, de l'échantillonnage jusqu'à l'acquisition des données couplant géochimie et texture, qui a été appliquée à l'échelle de plusieurs éruptions sur plusieurs volcans. L'acquisition de données fiables et précises sur les teneurs en éléments halogènes a nécessité d'une part la mise en place d'un protocole d'analyse des verres par microsonde électronique pour F et Cl et d'autre part une étape de développement analytique pour la mesure de Br et I par ICP-MS. Les résultats illustrent que les éléments halogènes ne sont pas toujours sensibles à l'exsolution de H2O. En conditions pré-éruptives, nous avons montré qu'en domaine alcalin (liquides phonolitiques), Cl, et probablement Br et I, sont extraits du liquide magmatique une fois la saturation en H2O atteinte. D'autre part, sous certaines conditions de température-pression- composition en Cl, Cl se révèle être un indicateur précis des conditions de saturation pré- éruptives. Lors d'une éruption, l'extraction des éléments halogènes au cours du dégazage syn- éruptif de H2O dépend du style éruptif : les éruptions à mise en place de dôme démontrent une efficacité supérieure aux éruptions explosives, de type plinien ou vulcanien. Nous avons également montré que les rapports entre Cl, Br et I sont conservés quelque soit le processus éruptif, mais variables d'un système volcanique à l'autre ; F conservant un comportement incompatible et non volatil quelque soit la composition du magma et le style éruptif. Ainsi, la mesure de ces rapports dans les produits volcaniques est un indicateur de la composition en éléments halogènes des magmas profonds à l'origine des liquides différenciés en surface. Nous avons aussi illustré le rôle et l'importance des processus de diffusion. Dans le cas de F et Cl, l'importance de l'élément alcalin dominant, Na ou K, dans les liquides phonolitiques sur leur diffusivité a été démontré d'après les données expérimentales acquises. D'autre part, nous proposons que les différences de comportement observées pour Cl au cours des processus de dégazage ne soient pas seulement liées à des effets cinétiques mais également à une question de spéciation de Cl et H2O.

le mercredi 3 Décembre à 14h00 dans la salle de conférence de l'Institut Jacques Monod - Tour 42 RDC

Thèse: "métabolismes à 2,7 Ga dans leurs environnements"

par Christohe THOMAZO

Pr. Hiroshi Ohmoto (Penn State University) ............ Rapporteur
Dr. Marc Chaussidon (CRPG Nancy) ...................... Rapporteur
Pr. Bernard Marty (CRPG Nancy) ........................ Examinateur
Pr.François Guyot (Université Denis Diderot) .......... Examinateur
Pr. Pascal Philippot (Université Denis Diderot) ....... Directeur de thèse
Dr. Magali Ader (Université Denis Diderot) ............ Co-Directrice de thèse

Résumé :
Les variations séculaires du S13Corg, S34S, S33S et du S15N, au cours des temps géologiques, montrent des excursions remarquables à 2,7 Ga. Ces variations ont été étudiées précédemment de façon indépendante, interdisant une reconstruction intégrée du paléo-environnement pour cette période clé de l'histoire de la Terre. Dans cette étude, nous avons mesuré les rapports isotopiques et les concentrations du carbone de la matière organique et des carbonates, du soufre des sulfures et de l'azote dans les mêmes échantillons provenant d'une carotte de forage de la Formation de Tumbiana (2,73 Ga), exceptionnellement bien préservés, appartenant au craton Archéen des Pilbara (Australie).
Les valeurs de S13C de la matière organique varient de -43 à -34‰, reflétant ainsi une l'activité des microorganismes méthanotrophes. Les valeurs de S34S des sulfures montrent de faibles variations comprises entre -5,8 et 2,7o/oo, suggérant qu'à 2,73 Ga l'environnement de la formation de Tumbiana était pauvre en sulfates. Les fractionnements indépendants de la masse du soufre (MIF-S) mesurés dans cette étude montrent des anomalies faibles mais significatives comprises entre -0.24 et 1.64‰, indiquant des conditions environnementales anoxiques il y a 2,73 Ga. La mise en évidence d'une tendance positive entre l'enrichissement en 12C de la matière organique et l'augmentation des anomalies isotopiques du Soufre (S33S) est probablement le reflet d'une diminution de la concentration en méthane atmosphérique liée à l'assimilation biologique du méthane. Cette diminution de la concentration en méthane atmosphérique semble en effet contrôler l'amplitude des MIF-S. L'azote sédimentaire montre un enrichissement en 15N important avec des valeurs comprises entre 8,6 et 50,4‰. Nous proposons dans cette étude que ces valeurs soient le reflet d'un processus biologique d'oxydation de l'ammonium en nitrite.
Cette thèse reporte ainsi pour la première fois une étude intégrée des compositions isotopiques du C, de l'O, du S et de l'N dans une formation sédimentaire Archéenne peu métamorphisée et montrent une excursion importante du S15N et du S13C synchrone à l'augmentation du S33S à 2,7 Ga. Nos résultats suggèrent ainsi que les métabolismes de l'oxydation anaérobie du méthane, de l'oxydation partielle de l'ammonium en nitrite et de l'oxydation et de la réduction du soufre ont pu être dominants dans l'environnement de la formation de Tumbiana il y à 2,73 Ga, impliquant une augmentation du degré d'oxydation de l'océan 400 Ma avant le " Great Oxidation Event ".

le mercredi 19 novembre 2008

These: "Accrétion et différenciation des planétésimaux et des planètes telluriques: Contraintes apportées par le système 182Hf-182W"

par Mathieu TOUBOUL

devant le jury composé de:
Max Schmidt ...................... Président
Francis Albarède ................. Rapporteur
Alex Halliday .................... Rapporteur
Jean-Louis Birck ................. Examinateur
Bernard Bourdon .................. Directeur de thèse
Thorsten Kleine .................. Directeur de thèse

Résumé:
Le chronomètre à courte période 182Hf-182W (T1/2 = 8,9 Ma) est un instrument puissant d'investigation de l'évolution du système solaire primitif. Hf et W sont des éléments réfractaires et sont supposés être présents en abondances chondritiques dans les objets du système solaire. Toutefois, le W est un élément modérément sidérophile et très incompatible tandis que l'Hf est strictement lithophile et également incompatible mais à un degré moindre puisqu'il est préférentiellement incorporé dans l'ilménite et le clinopyroxene. Ces différences de propriétés géochimiques permettent une application variée de ce chronomètre, notamment pour contraindre les échelles de temps de l'accrétion, du métamorphisme thermique et de la differentiation des planètes et des planétésimaux. Les isochrones internes réalisées sur les acapulcoites, les lodranites et les chondrites H5 et H6 conduisent à des âges Hf-W de 5,1 ± 0,9, 5,6 ± 1,0, 5,9 ± 0,9 Ma et 9,6 ± 1,0 Ma après la formation des CAI respectivement. Des simulations numériques de la diffusion du W montrent que les températures de fermeture du système Hf-W dans ces différentes météorites sont proches des températures maximales atteintes lors du pic thermique du métamorphisme affectant leurs corps parents. La connaissance de l'évolution thermique à haute température de ces planétésimaux, en conjonction avec un modèle thermique de refroidissement d'objets chauffés par la désintégration de l'26Al, permet de définir avec plus de précision leur âge d'accrétion. La séquence chronologique ainsi obtenue révèle que l'accrétion du corps parent des chondrites H (entre ~2 et ~4 Ma après la formation du système solaire) est plus récente que celle du corps parent des acapulcoites et des lodranites (entre ~1,5 et ~2 Ma après la formation du système solaire), elle-même postérieure à l'accrétion des planétésimaux différenciés (moins d'~1 Ma la formation du système solaire). Elle suggère que le degré de différenciation des planétésimaux est essentiellement contrôlé par l'abondance de 26Al incorporé lors l'accrétion donc par leur temps d'accrétion et que le chauffage par impacts n'a joué qu'un rôle secondaire. Nos résultats montrent également que les corps parents des chondrites H et des acapulcoites-lodranites ont des rapports Hf/W similaires (0,63 ± 0,20) mais significativement inférieurs au rapport Hf/W des chondrites carbonées (1,21 ± 0,06). Cette différence, inattendue pour des éléments réfractaires, révèle un fractionnement Hf- W au cours des deux premiers Ma du système solaire qui pourrait être produit lors de processus au sein de la nébuleuse avant ou durant l'accrétion des planétésimaux. Contrairement aux résultats des études précédentes, nos nouvelles données isotopiques du W obtenues pour une série de métaux lunaires et deux anorthosites lunaires montrent que les produits de la cristallisation de l'océan magmatique lunaire ont tous une composition isotopique identique, dont la valeur est similaire à celle du manteau terrestre. Nous avons montré que les anomalies de 182W rapportées précédémment sont d'origine cosmogénique, et sont générées par la production de 182W à partir de 181Ta par capture neutronique, liée à l'intense exposition de la surface lunaire aux rayonnements cosmiques. En revanche, les compositions isotopiques déterminées dans notre étude sont dépourvues de composant cosmogénique : les fractions de métaux lunaires obtenues sont suffisamment pures et ne contiennent pas de tantale; les anorthosites sélectionnées ont des âges d'exposition très jeunes (< 2 Ma) et des fractions pures de plagioclases en ont été extraites. La mise en évidence de signatures isotopiques identiques dans les produits de l'océan magmatique lunaire en dépit de leurs rapports Hf/W différents conduit à une révision importante de l'âge Hf-W de différenciation de la Lune : prédemment estimé à ~30Ma (Kleine et al., 2005), celle-ci est en réalité intervenue plus de 60Ma après la formation du système solaire. De plus, la similarité des compositions isotopiques des manteaux terrestre et lunaire indiquent que la formation de la Lune a dû avoir lieu le plus vraisemblablement à après la formation du système solaire et suggére une rééquilibration des isotopes du tungstène entre l'océan magmatique terrestre et le disque proto-lunaire. L'impact géant à son origine étant le dernier événement majeur de l'accrétion terrestre, cet âge correspond à l'âge de la fin de l'accrétion de la Terre. En accord avec les prédictions des modèles dynamiques, il constitue, à l'heure actuelle, la meilleure estimation du temps qui a été nécessaire pour évoluer d'un disque de poussières et de gaz à un système planétaire.
Mots clés : 182Hf, 182W, radioactivité éteinte, chronometrie, système solaire primitif,
planétésimal, planète, Lune, météorite, accrétion, différenciation, impact géant, océan de
magma, équilibration isotopique, âge de la Terre.

le vendredi 7 novembre 2008 à 15h en Salle Bleue

These: "Effets hydrauliques d'une injection de CO2 en réservoir souterrain : Mise au point de méthodes géophysiques de surface permettant de suivre ces effets"

par Simon Contraires

devant le jury composé de:
Alain Bonneville ................ Examinateur
Philippe Cosenza ................ Rapporteur
Jean-Pierre Gratier ............. Rapporteur
Bénédicte Ménez ................. Examinatrice
Nathalie Thybaud ................ Examinatrice
Maria Zamora .................... Directrice de thèse
Résumé:
L'objectif de cette thèse est de déterminer expérimentalement les effets des réactions de dissolution/ précipitation de la calcite (CaCO3) en milieux poreux sur les observables géophy- siques, à différentes échelles. Elle s'inscrit dans le cadre de la recherche sur le stockage géo- logique du dioxyde de carbone (CO 2 ). La première partie est consacrée à la conception et la réalisation d'expériences de percolation réactive de fluide riche en CO 2 sur des échantillons décimétriques de carbonates, avec suivi en temps réel de la conductivité électrique de la roche et du fluide, du pH du fluide, de la perméabilité de la roche, mesures ponctuelles au cours des expériences de l'alcalinité et de la composition du fluide, et acquisition de profils de vitesses et d'atténuation des ondes sismiques le long de l'échantillon. Ceci, associé à une caractérisation quantitative des échantillons avant et après expérience à différentes échelles, a permis de mon- trer que l'évolution de la porosité dans les échantillons déterminée par les méthodes électriques et sismiques est en très bonne adéquation avec celle obtenue par la composition des prélève- ments chimiques en sortie d'échantillon. À plus grande échelle, nous avons conçu et assemblé une cuve cylindrique, équipée pour effectuer des tomographies de résistivité électrique (ERT) 3D, et pour un suivi par Potentiel Spontané (PS) en surface. Le but de ce dispositif est de réa- liser des expériences de péric Perrier. Cette mission a consisté en la cartographie multi-méthodes du sous-sol d'un site comprenant une source d'eau chaude et un fort dégage- ment gazeux, avec notamment d'importantes concentrations de CO2 , en faisant un analogue naturel de fuite lors d'un stockage géologique. Un objectif de cette étude est la compréhen- sion de cette zone complexe, du couplage entre les différents phénomènes observés pour com- prendre l'origine et le chemin permettant àces quantités de gaz de parvenir en surface. s'agit également de déterminer la contribution de cette zone au bilan de carbone régional, et d'utili- ser ce site pour déterminer la possibilité d'employer la mesure du flux de radon au sol comme précurseur sismique, pour la prédiction du futur grand séisme Himalayen.

le vendredi 2 octobre 2008 à 10h00 en salle Bleu

Thèse : "Modéliser le bombardement des planètes et des lunes. Application à la datation par comptage des cratères"

par Mathieu LE FEUVRE

devant le jury composé de :
Jean BESSE ................... Examinateur
Valérie LAINEY ............... Examinateur
Jacques LASKAR ............... Examinateur
Alessandro MORBIDELLI ........ Rapporteur
Patrick PINET ................ Rapporteur
Marck WIECZOREK .............. Directeur de thèse
Résumé:
Nous donnons de nouvelles estimations du taux de formation des cratères à la surface de la Lune et des planètes telluriques, à partir de l'observation des astéroïdes et comètes qui parcourent le systeme solaire interne. Notre modèle reproduit de manière excellente la distribution taille / fréquence des cratères lunaires observés, sous l'hypothèse que le régolithe superficiel induit la formation des petits cratères en régime dit « poreux », tandis que les cratères plus grands, plus profonds, se forment en régime "non poreux". Le nombre absolu de cratères formés par nos simulations va dans le sens de l'hypothèse répandue selon laquelle la population d’impacteurs, réapprovisionnée par les résonances au sein de la ceinture principale d'astéroïdes, est en état de relatif équilibre depuis trois milliards d'années. Le modèle est également en bon accord avec les données sismiques lunaires. Nous prédisons des variations spatiales du taux de cratérisation, significatives en particulier sur Mars et sur la Lune. Les résultats lunaires sont validés par certaines observations. Les variations journalières du flux d'impacts terrestre sont quant à elles en accord avec les observations radar de météores. L'âge d'une surface est relié à la densité de cratères qui la recouvrent, via une relation empirique bâtie grâce aux échantillons lunaires. Nous corrigeons les points de calibration de la méthode, en tenant compte des variations spatiales. Nos résultats impliquent de nouvelles estimations d'âge. Par exemple, nous calculons que la surface de Vénus est vieille d'environ 230 millions d'années. Caloris Mare, sur Mercure, se voit attribuer un âge de 3.7 milliards d'années. Le temps d'accumulation des cratons terrestres est estimé à 380 millions d'années, ce qui est en parfait accord avec les données géologiques.
Abstract
We give new estimates of the cratering rate on the Moon and terrestrial planets, using the observations of asteroids and comets that evolve in the inner solar system. Our model reproduce very well the size-frequency distribution of observed lunar craters, under the assumption that the surface regolith implies that small craters form in the porous regime, while large (and thus deep) craters form in the non porous regime. The absolute number of simulated craters is in agreement with the common statement that the impacting population, resupplied via resonnances inside the main asteroid belt, has been in a state of relative equilibrium during the last three billion years. We predict spatial variations of the cratering rate, in particular on Mars and the Moon. The lunar results are validated by some observations. Daily variations of the meteoritic flux on Earth are consistent with radar observations. Surface ages are linked to crater densities, through an empirical relationship
built with the lunar samples. We correct the calibration points by accounting for the
spatial variations. Having estimated the cratering rates relative to the Moon, the datation method can be applied to other planets . Our results gives new estimates of several surface ages. For example, the surface of Venus is estimated to be about 230 Myr old. Caloris Mare, on Mercury, is dated at 2.70 Gyr. We calculate the time of accumulation of terrestrial cratons as 380 Myr, which is in perfect agreement with geologic data.

le lundi 29 septembre 2008 à 10h30 en salle Zen (Tour 53-54, 1er étage)

Thèse : "Etude expérimentale des effets de la dissolution (ou de la précipitation) de minéraux sur les propriétés de transport des roches"

par Stéphanie VIALLE

devant le jury composé de :
Etienne BROSSE ................... Examinateur
Jesus CARRERA .................... Rapporteur
Jean-Pierre DELHOMME ............. Examinateur
Jérôme GAILLARDET ................ Examinateur
Jean-Pierre GRATIER .............. Rapporteur
Maria ZAMORA ..................... Directeur de thèse
Résumé:
L'un des principaux enjeux concernant le transport réactif dans les formations poreuses est aujourd'hui d'identifier, développer et tester des méthodes géophysiques capables de suivre, depuis la surface (et donc à l'échelle du terrain) les processus physicochimiques qui se produisent à l'intérieur de la roche.
Dans cette étude, nous avons ainsi cherché à étoffer et à mieux comprendre les relations entre les réactions de dissolution et précipitation dans des roches de textures et de compositions minéralogiques variées et les changements que celles-ci provoquent sur les paramètres physiques (perméabilité et facteur de formation électrique essentiellement). A cet effet, après la mise au point d'un dispositif expérimental original adapté à l'étude d'échantillons de taille centimétrique à décimétrique, des expériences de percolation ont été menées sur des échantillons parfaitement caractérisés (sables calcaire et de Fontainebleau, carbonates) et avec des fluides de différentes compositions chimiques (sursaturés vis-à-vis de la calcite dans le cas de la précipitation et acidifiés par saturation en CO2 dans celui de la dissolution). La température, les pressions, le débit d'injection, les conductivités électriques du fluide et de la roche, l'alcalinité, le pH et la composition chimique du fluide ont été suivis tout au long de ces expériences et nous ont ainsi permis d'avoir accès en continu et en temps réel aux paramètres géochimiques (alcalinité et concentration en calcium du fluide sortant) et géophysiques (perméabilité, facteur de formation électrique, vitesse et atténuation des ondes sismiques P et S). Enfin les résultats obtenus en laboratoire sont en bon accord avec ceux obtenus à une échelle supérieure, plus proche des systèmes naturels, mais toujours dans des conditions expérimentales bien contrôlées, dans la carrière laboratoire du Mayet de Montagne (Massif Central – France).
Abstract
One of the main challenge in the area of the reactive transport in porous rocks is nowadays to identify, develop and test geophysical methods being able to follow, from the surface (and hence at the field scale) the processes that occur inside the rock formation. In this study we have hence sawk to document and better understand the relationships between the dissolution and/or the precipitation of rocks with various textures and mineralogical compositions and the change in the physical parameters (permeability and electrical formation factor). To this end, percolation experiments have been carried out on very well characterized samples and with various injected fluids (oversaturated in calcite in the case of precipitation and rendered acidic by saturation with CO2 in the one of dissolution). The temperature, the pressions, the flow rate, the electrical fluid’s and rock’s conductivities, the alkalinity, the pH and the chemical composition of the outflow fluid have been followed, that enables us to have access all the experiment long and in real time both to geochemical (namely alkalinity and calcium’s concentrations) and to geophysical parameters (permeability and electrical formation factor).
In addition, the results obtained in the laboratory at different scales (centimetric to decimetric) are in good agreement with the ones obtained at a larger scale in the laboratory carrier of the Mayet de Montagne (Massif Central – France).

le lundi 22 septembre 2008 à 10h00 en salle bleue

Thèse : "Seismic structure of the Lucky Strike Segment at the Mid-Atlantic Ridge"

par Tim SEHER

devant le jury:
Juan-Pablo CANALES .................................... Examinateur
Mathilde CANNAT ....................................... Examinateur
Wayne CRAWFORD ........................................ Co-directeur de thèse
Ingo GREVEMEYER ....................................... Rapporteur
Satish SINGH .......................................... Directeur de thèse
William WILCOCK ....................................... Rapporteur

Résumé:
En juin 2005 lors de la campagne Sismomar, des mesures de sismique ont été ectuées sur le segment Lucky Strike, situé le long de la dorsale médio-Atlantique. Cette thèse présente les résultats d'une étude de la couche 2A par sismique réflexion, d'une ´etude de la structure de l'ensemble de la croûte, et d une étude à haute résolution de la structure de la croûte supérieure autour du volcan Lucky Strike par sismique réfraction. La combinaison de ces trois études sismiques a permis une meilleure caractérisation des processus tectoniques, magmatiques et hydrothermales qui déterminent la structure de la croûte océanique à Lucky Strike. Dans la croûte supérieure, mon modèle de vitesse sismique en trois dimensions montre une zone de faibles vitesses parallèle à l'axe de la dorsale, qui est limitée par des failles au bord de la vallée axiale. Les vitesses les plus faibles se trouvent au-dessous des édifices volcaniques récents, comme le volcan Lucky Strike. La sismique réflexion et la sismique réfraction indiquent un amincissement de la couche 2A aux failles limitant la vallée axiale. De plus, les modèles de vitesse montrent une zone de faible vitesse sous la lentille magmatique au centre du segment au-dessous du volcan. La zone de faible vitesse peut être expliquée par la présence de températures élevées et de petites quantités de liquide magmatique. Une chambre et une croûte plus épaisses au centre du segment sont en accord avec la concentration du magma vers le centre du segment.
Abstract:
In June 2005, the Sismomar survey explored the seismic structure of the slow-spreading Lucky Strike segment on the Mid-Atlantic Ridge. This thesis presents results from a segment scale reflection study of seismic layer 2A, a segment scale refraction study of whole crustal velocity structure, and a high resolution refraction study of the upper crust beneath and immediately surrounding the Lucky Strike seamount. The combination of the three seismic studies provides insights into the tectonic, magmatic and hydrothermal processes shaping the crustal structure of the segment. In the upper crust, the three-dimensional velocity model derived from travel time tomography shows a low velocity anomaly running parallel to the ridge axis, which is limited laterally by the median valley bounding faults. Velocities are lowest beneath recent volcanic edifices like the Lucky Strike volcano. The reflection and refraction measurements indicate an abrupt o -axis thinning of seismic layer 2A at the bounding faults. Furthermore, the seismic measurements show a low velocity anomaly that underlies the axial melt lens reflector below the Lucky Strike volcano. The low velocity zone can be explained by the presence of elevated temperatures and possibly a small amount of melt. The segment-center magma chamber, as well as thicker crust at the segment center, are consistent with a focused melt supply to the segment center.

le vendredi 4 juillet 2008 à 10h00 en salle bleue

Thèse : "Vicissitudes de l'ascension des magmas à travers la croûte terrestre"

par Benoît TAISNE

devant le jury:
Richard CRASTER ....................................... Rapporteur
Jean-Luc GOT .......................................... Examinateur
Claude JAUPART ........................................ Directeur de thèse
Nikolaï SHAPIRO ....................................... Examinateur
Stephen TAIT .......................................... Co-Directeur de thèse
Benjamin Van WYK de VRIES ............................. Rapporteur

Résumé
Nous étudions la propagation du magma par fracturation hydraulique au sein de la croûte terrestre supposée élastique et cassante. La compréhension de ce mode de migration des magmas est essentielle pour l'interprétation des signaux précurseurs aux éruptions (déformation, sismicité...).
On cherche à déterminer les caractéristiques des signaux qui permettent de diagnostiquer l'arrivée en surface du magma ou au contraire l'arrêt de la propagation (et donc le stockage du magma en profondeur et/ou la formation de cryptodômes).
Dans cet objectif, nous avons fait des études analogiques en laboratoire et élaboré un code numérique stable pour traiter de différents effets:
- le devenir d'une intrusion de volume fini et constant de magma - les conséquences du refroidissement et de la solidification aux bords de la fissure
- le rôle joué par la stratification de l'encaissant - et enfin les effets dus au dégazage du magma lors de sa décompression.
Nous cherchons à estimer les paramètres clés de la migration avant l'arrivée du magma en surface (tels que le flux de magma injecté, essentiel pour prévoir l'intensité d'une éruption). Nous mettons en évidence que la solidification du magma peut entraîner une propagation par paliers dans certaines conditions. Les effets du dégazage sont subtils. À faible fraction volumique de gaz, telle que le gaz est contenu dans des bulles suspendues dans le magma, la dilatation du magma conduit à une accélération de la propagation. À forte fraction volumique de gaz, telle que le seuil de fragmentation est franchi, la tête de dyke gonfle ce qui a pour effet de ralentir la propagation.Nous montrons enfin comment l'évolution d'un volume fini de magma peut conduire à une intrusion en profondeur (formation d'un proto-réservoir) ou bien à une éruption dont les caractéristiques sont dictées par les conditions de l'injection de magma à la source.

le vendredi 4 juillet 2008 à 14h00 en salle bleue

Thèse : "La contamination métallique de la Seine et des rivières de son bassin : Traçage par les isotopes du zinc"

par JiuBin CHEN

devant le jury:
Marc BENEDETTI .................. Examinateur
Thomas D. BULLEN ................ Examinateur
Bernard DUPRÉ ................... Rapporteur
Jérôme GAILLARDET ............... Directeur de thèse
Albert GALY ..................... Examinateur
Jean-Marie MOUCHEL .............. Rapporteur

Abstract
We have developed in this study a new chemical separation protocol of zinc (Zn) from dilute natural waters
(Zn concentration <10 ppb), designed for its isotopic measurement by MC-ICP-MS. This method consists in
two ion-exchange chromatographic steps and allows large volumes of samples (on average 500 ml) to be
directly purified, without preliminary evaporation. We also present here the developments of the acquisition
and processing of isotopic measurements of Zn (and Cu as internal standard) by the MC-ICP-MS Neptune.
We have applied this method to the Seine River, a contaminated river characterized by substantial
enrichments in metals. Both dissolved and solid phases have been analyzed (major and trace element
concentrations plus Zn isotope compositions). The Seine waters were sampled in Paris (two years follow-up)
and along a geographical transect (from spring to estuary, plus main tributaries). We also collected
anthropogenic samples, as sludge or wastewater from the wastewater treatment plants, and urban surface
runoffs.
We show here that Zn behaves as a conservative element in the Seine River. Zn isotopes are therefore a
good tracer of mixing between natural and anthropogenic sources. In the dissolved phase, significant
isotopic variations are observed from the sources to the estuary of the Seine River and over time in Paris.
The inverse correlation between isotopic composition and enrichment factor of Zn (compared to natural
background) indicates a mixture between two main sources with distinct isotopic compositions. The natural
source (enriched in heavy isotopes) corresponds to limestone weathering. The anthropogenic source,
enriched in light isotopes, mainly reflects plant-treated wastewaters (d66Zn of 0.03 0/00), which appear to be
controlled by Zn from Parisian roof leaching (d66Zn of -0.04 0/00). Moreover, our study confirms the strong
retention in the soils from the rural areas of the Seine basin of Zn derived from rains and agricultural
composting. This shows a transitional storage state of Zn in the soils.
Significant isotopic variations are also measured for the suspended loads of the Seine River and are
essentially correlated with those of the dissolved phase. The excess of Zn, compared to the natural
background, can reach 80% in the Seine suspended sediments. Mixing of two sources can here also explain
the observed Zn isotopic compositions and as well as major and trace element concentrations. The natural
source is now the silicate sediments transported by the erosion processes to the river, and which have a
clearly different signature (lower Zn concentration and heavier Zn isotope composition) compared to
anthropogenic Zn. Anthropogenic sediments are most probably derived from wastewater treatment plants
and/or combined sewer overflows that show generally lighter Zn isotope compositions. The natural source
contributes less than 7% to the dissolved phase and only about 28% to the sediment load.
Our study shows that Zn isotope ratios will be a powerful new tool to trace pathways of anthropogenic
metals in the aquatic environment.
Résumé
Nous développons dans cette thèse une technique de la séparation chimique du zinc (Zn) adaptée à
de grands volumes d'eau naturelle (Zn concentration <10 ppb). Il s'agit d'une méthode chromatographique
permettant de purifier un volume d'échantillon important (en moyenne 500 ml) sans étape préliminaire
d'évaporation. Nous présentons également nos résultats sur le développement de l'acquisition et du
traitement des mesures isotopiques du zinc (et cuivre) par l'MC-ICP-MS Neptune de l'IPGP. Les résultats
sont exprimés en d66Zn (0/00).
Nous avons appliqué cette méthode à la Seine, une rivière contaminée caractérisée par des
enrichissements très nets en éléments métalliques de transition. Notre étude constitue la toute première du
genre et a permis de mesurer systèmatiquement la phase dissoute et la phase solide d'échantillons de la
Seine à Paris (prélévement mensuel pendant deux années) et sur les principaux affluents et têtes de bassin du
réseau hydrographique. Nous reportons également la composition isotopique du Zn sur des échantillons
"anthropiques", comme les boues ou eaux des usines dépuration.
Parmi les résultats importants de ce travail, nous montrons que le Zn se comporte comme un
élèment conservatif dans la rivière, mais pas dans les sols. Les isotopes du Zn sont donc un bon traceur des
mélanges entre masses d'eau contenant du Zn naturel ou anthropique. Dans la phase dissoute, des variations
isotopiques très claires sont observées des sources jusqu'à l'estuaire et avec le temps à Paris. Au premier
ordre, la corrélation inverse entre la composition isotopique et le facteur d'enrichissement de l'échantillon
en Zn (par rapport au bruit de fond naturel) démontre un mélange entre deux sources très distinctes
isotopiquement. Ces sources sont un réservoir naturel (enrichi en isotope lourd) qui correspond aux eaux des
aquifères carbonatés et un réservoir anthropique (enrichi en isotope léger) dominé par les rejets des usines de
traitement des eaux. Il apparaît que la composition isotopique (0.03 0/00) de ces eaux anthropiques parisiennes
est très influencée par le Zn des toits de Paris, qui possède une composition isotopique du Zn proche de 0 0/00.
Notre étude confirme la rétention du Zn dérivé des précipitations, des engrais ou des composts dans les sols
des régions rurales, qui sont certainement dans un état transitoire de stockage vis-à-vis de la contamination
en Zn.
Les particules des rivières montrent également des variations isotopiques significatives et corrélées
pour l'essentiel à celle de la phase dissoute. L'excés de Zn, par rapport au bruit de fond naturel, peut
atteindre 80% dans les sédiments que transporte la Seine et les mêmes mélanges entre un pôle naturel,
silicaté cette fois, et un pôle anthropique ressortent de l'analyse des sédiments. La contribution de la source
naturelle est < 7% pour la phase dissoute et 28% pour la phase particulaire. Les particules porteuses de la
contamination anthropique restent mal identifiées, mais dérivent le plus vraisemblablement des usines
d'épuration ou des eaux usées par temps de pluie de la région parisienne.
Notre étude appelle de futurs travaux permettant de mieux contraindre isotopiquement les
différentes sources de Zn anthropogénique, et les mécanismes qui interviennent dans la régulation, mais au
premier ordre, la composition isotopique du zinc apparaît comme un traceur très intéressant de la
contamination anthropique de l'environnement.

le lundi 30 juin 2008 à 14h30 en salle bleue

HDR: "De l'édifice au pyroclaste: une approche pluridisciplinaire de la compréhension des processus volcaniques et de l'évaluation des aléas"

par Jean-Christophe KOMOROWSKI

devant le jury:
Georges BOUDON ............. Directeur de Thèse
Claude JAUPART ............. Rapporteur
Joan MARTI ................. Rapporteur
Benjamin van WYCK de VRIES . Rapporteur
Augusto NERI ............... Examinateur
Steve SPARKS ............... Examinateur

le lundi 16 mai 2008 à 14h00 en salle bleue

Thèse : "Origine du carbone inorganique dissous dans les rivières des zones volcaniques: le point de vue du d13C. Cas des Antilles, de la Réunion, de l'Islande et du Massif Central"

par Karine RIVÉ

devant le jury:
Anne-Marie AUCOUR ............... Rapporteur
Pascale LOUVAT .................. Examinateur
Albert GALY ..................... Rapporteur
Bernard DUPRE ................... Examinateur
Pierre AGRINIER ................. Directeur de thèse
Jérôme GAILLARDET ................ Directeur de thèse
*Résumé*
Sur Terre, l'altération chimique des roches silicatées est l'un des
mécanismes qui consomme du CO_2 . L'ensemble de ces processus pourrait
faire partie d'une boucle de rétroaction négative exercée sur le climat
terrestre, qui permettrait sa régulation au cours des temps géologiques.
Les roches volcaniques ont un rôle important puisqu'elles sont
responsables de 30% de la consommation totale de CO_2 par
l'altération. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse, dont
l'enjeu principal est d'identifier l'origine du CO_2 impliqué dans les
réactions d'altération des roches de quatre zones volcaniques actives :
les Antilles, la Réunion, l'Islande et le Massif Central. C'est dans
cette optique que le ?^13 C du carbone inorganique dissous (DIC) et les
ions majeurs des rivières ont été combinés. Dans un premier temps, une
méthode fiable de prélèvement et d’analyse du ?^13 C du DIC a été mise
au point. Le prélèvement de près de 200 échantillons de rivières,
solutions de sols et sources hydrothermales a permis de conclure que le
CO_2 d'origine magmatique contribue significativement à l'altération des
roches volcaniques, voire qu'il représente la majeure partie du CO_2
consommé lors de ces réactions en Islande et à la Réunion, l'autre
réservoir principal de CO_2 étant la matière organique. Par ailleurs, le
CO_2 magmatique semble contribuer à l'altération sous différentes formes
: soit à travers les contributions hydrothermales, soit sous forme de
CO_2 magmatique diffus. Ces deux types de CO_2 seraient associés a des
régimes d'altération différents : le régime sols, à basse température,
et le régime hydrothermal.
La conséquence de ces observations est une surestimation des taux de
consommation de CO_2 atmosphérique précédemment calculés par le biais
des rapports d’éléments majeurs au niveau des zones actives. D’autre
part, il semble exister un lien entre la proportion de CO_2 magmatique
et les taux d’altération chimique des roches, qui indiquerait un
contrôle de l’altération des zones actives par le CO_2 magmatique. Ces
conclusions soulignent la nécessité des mesures de ?^13 C_DIC à
l’échelle globale, en particulier au niveau des zones volcaniques.

le jeudi 12 juin 2008 à 11h00 en salle bleue

Thèse : "Thermal Structure of Mid-Ocean Ridges (Lucky Strike, Mid-Atlantic Ridge) and Magma Chambers"

par Doga DUSUNUR

devant le jury:
Alain BONNEVILLE ............... Examinateur
Javier ESCARTIN ................ Directeur de thèse
Yves LAGABRIELLE ............... Rapporteur
Miguel MIRANDA ................. Examinateur
Martin SINHA ................... Rapporteur

Résumé:
Modéliser la structure thermique de la croûte océanique est une étape importante pour comprendre la création de la croûte océanique qui couvre les deux tiers de la surface de notre planète. La production magmatique à l'axe de la dorsale et le refroidissement de la lithosphère océanique en fonction du temps et de l'espace sont des facteurs clés pour comprendre la création de la croûte océanique, qui est déterminée en premier lieu par la structure thermique des dorsales. Les modèles thermiques classiques ne prédisent pas l'existence de chambres magmatiques stationnaires le long des dorsales qui ont un taux d'expansion inférieur à 30 mm/an. L'identification par imagerie sismique d'une chambre magmatique sous le volcan et le champ hydrothermal de Lucky Strike sur la dorsale médio-Atlantique représente une opportunité unique d'étudier la structure thermique des dorsales lentes. Nous présentons ici conjointement des données microsismiques et une modélisation thermique qui nous permettent d'éclaircir la nature des chambres magmatiques éphémères aux dorsales lentes, de contraindre les échelles de temps associées aux changements dans l'alimentation magmatique et les paramètres nécessaires à l'existence d'une chambre magmatique, et nous renseignent sur les différents mécanismes qui peuvent conduire au refroidissement et à la disparition d'une chambre magmatique. Les résultats de l'analyse microsismique, de la modélisation thermique et les contraintes temporelles dérivées des contraintes géologiques suggèrent qu'il existe un apport focalisé au centre du segment, et ce de façon régulière, et que cet apport est maintenu sur des périodes de temps étendu, pouvant conduire à une chambre magmatique durable. Cette thèse, tout en traitant des processus actifs au segment Lucky Strike, fournit un modèle plus général pour comprendre et étudier d'autres segments de dorsales lentes, et comprendre comment se forme la croûte océanique le long de ces segments.
Abstract:
Modeling the thermal state of the oceanic crust is an important task to understand the construction of oceanic crust which covers two thirds of the surface of our planet. The interplays among magma delivery to the axis and cooling of the oceanic lithosphere as a function of both space and time are key factors to understand the creation of the oceanic crust, which is primarily determined by the overall thermal structure of mid-ocean ridges. Classical thermal models do not predict steady state axial magma chambers (AMCs) along mid-ocean ridges at spreading rates less than 30 mm/year. The identification and seismic imaging of an axial magma chamber underlying the Lucky Strike central volcano and hydrothermal field at the Mid-Atlantic Ridge provides a unique opportunity to study the thermal structure of slow spreading ridges. Here we present coupled microseismic data and thermal modeling to provide insight on the nature of ephemeral magma chambers at slow-spreading ridges, to constrain the timescales associated with changes in melt supply and the parameters that can create them, and to shed light on the different mechanisms that can result on the cooling and disappearance of these structures. Both the coupled microseismic and thermal modeling results, and the time-constraints derived from the geological constraints put forward, suggest that focused melt supply to the segment center is required regularly, and that this supply is maintained over extended periods of time, that can lead to a durable magma chamber. This thesis, while focusing on the processes occurring at the Lucky Strike, provide a more general template to both understand and study other slow-spreading ridge segments, and to gain insight on how the oceanic crust is formed along them.

le mardi 10 juin 2008 à 10h30 en salle bleue

HDR: "Erosion et transport de sédiments: du laboratoire au terrain"

par Eric LAJEUNESSE

devant le jury:
Pascal ALLEMAND (Université Lyon-1)
Bill DIETRICH (UC Berkeley)
Jérôme GAILLARDET (IPGP)
Niels HOVIUS (Université de Cambridge)
Claude JAUPART (IPGP)
Olivier POULIQUEN (IUSTI Marseilles)

le vendredi 23 mai 2008 à 14h00 en salle bleue

Thèse : "Cinématique d'un segment de faille décrochante à différentes échelles de temps: la faille de Wadi Araba, segment sud de la faille transformante du Levant"

par Maryline Le Béon

devant le jury:
Didier BOURLES ................ Rapporteur
Yann KLINGER .................. Directeur de thèse
Schmuel MARCO ................. Examinateur
Frédéric MASSON ............... Rapporteur
Jean-François RITZ ............ Examinateur
Paul TAPPONNIER ............... Examinateur
Résumé:
La faille du Levant constitue la limite entre les plaques Arabie et Sinaï. C'est une faille décrochante sénestre. Ce travail se concentre sur le segment de faille du Wadi Araba, situé entre le bassin de la Mer Morte et le Golfe d'Aqaba. Nous nous intéressons à sa vitesse de glissement à différentes échelles de temps, afin de préciser cette vitesse, jusqu'à présent estimée entre 2 et 10 mm/an selon les auteurs, et de comprendre son comportement sismique. À partir de données GPS de campagne réparties selon trois profils perpendiculaires à la faille, nous déterminons un taux de glissement actuel de 4,9 +/- 1,4 mm/an à l'échelle de 6 ans, mieux contraint que les études précédentes. La projection des données GPS dans le référentiel ITRF2000 nous permet de reconsidérer la cinématique des plaques Arabie, Sinaï et Afrique (Nubie). L'étude géomorphologique et la datation par l'isotope cosmogénique 10Be de surfaces alluviales décalées par la faille infirment certains travaux précédents et conduisent à un taux de glissement de 4,6 +/- 2 mm/an en moyenne depuis ~12 ka, à un minimum de 2,3 mm/an depuis ~50 ka et à un taux de glissement de 7,4 +/- 3,0 mm/an depuis ~94 ka. L'analyse géomorphologique étendue à l'échelle de la vallée du Wadi Araba, couplée à des âges d'exposition 10Be, aboutit à une nouvelle carte morpho-tectonique. Le décalage des grandes surfaces alluviales abandonnées au centre de la vallée s'avère n'être pas suffisamment précis pour apporter de nouvelles contraintes sur le taux de glissement à l'échelle de 100-300 ka. Certains sites mériteraient cependant une étude plus approfondie. Si nos résultats complétés par les études précédentes n'excluent pas des variations de vitesse à l'échelle de quelques dizaines de milliers d'années, ils convergent néanmoins vers un taux de glissement constant de 5 +/- 2 mm/an et suggèrent que la faille du Wadi Araba produit de grands séismes (M > 6,5) de façon quasi-périodique. La combinaison de tous les âges obtenus suggère une distribution en groupements d'âges qui correspondraient à des périodes humides enregistrées par des marqueurs paléoclimatiques variés à l'échelle locale, voire régionale.
Abstract:
The Dead Sea fault is the transform plate boundary between the Arabia plate and the Sinai sub-plate. This manuscript focuses on the Wadi Araba fault segment, located between the Dead Sea basin and the Gulf of Aqaba. We aim at studying the slip rate of this fault segment at different time scales, in order to better constrain the slip rate, which has been estimated between 2 and 10 mm/yr depending on the authors, and to understand its seismic behavior. Based on GPS campaign data distributed along three profiles perpendicular to the fault, we provide a present-day slip rate of 4.9 +/- 1.4 mm/yr since the last 6 years, better constrained than previous studies. Data processing in the ITRF2000 reference frame allows investigating the relative kinematics between Arabia, Sinai and Africa (Nubia). The geomorphologic analysis and 10Be cosmogenic dating of alluvial surfaces offset by the fault invalidate previous studies and yield a slip rate of 4.6 +/- 2 mm/yr since ~12 ka, a minimum slip rate of 2.3 mm/yr since ~50 ka and a slip rate of 7.4 +/- 3 mm/yr since ~94 ka. The geomorphologic analysis at the scale of the Wadi Araba Valley, associated to 10Be exposure ages, leads to a new morpho-tectonic map. The offset of large (~10 km long) abandoned alluvial surfaces at the centre of the valley is turned out not to be precise enough to bring new constraints on the slip rate since the last 100-300 ka. Some sites however worth further investigation. Although our results complemented by previous studies do not exclude variations in fault slip rate at the time scale of a few ten thousands years, they agree on a constant slip rate of 5 +/- 2 mm/yr and suggest that the Wadi Araba fault produces large earthquakes (M > 6.5) quasi-periodically. Combining all the ages obtained in the Wadi Araba suggests a clustered distribution of ages that could correspond to periods characterized by a humid climate, as recorded by various paleoclimatic proxies at the local, and possibly, regional scales.

le lundi 19 mai 2008 à 14h30 en salle bleue

Thèse : "Résolution fine du toit de la subduction hellénique par les ondes télésismiques converties"

par Alexandrine GESRET

devant le jury:
M. Jean-Paul MONTAGNER ...... Président du jury
M. Edi KISSLING ............. Rapporteur
M. Stéphane RONDENAY ........ Rapporteur
M. Dominique GIBERT ......... Examinateur
M. Alfred HIRN .............. Directeur de thèse
Mme Mireille LAIGLE ......... Co-directrice de thèse

Résumé:
Une question majeure dans l'étude des zones de subduction est la forme et la nature du toit du slab qui participent au contrôle des séismes en méga-chevauchement et des séismes de profondeur intermédiaire. Pour la première fois dans la zone de subduction Hellénique, une couche à faible vitesse au toit du slab est clairement observée sur les fonctions récepteur. Nous développons une analyse multi-échelle en conversion pour établir et utiliser les variations fréquentielles dans le but d'investiguer la nature fine de cette inclusion. Les réponses en ondelettes des données synthétiques et réelles nous mènent à proposer de nouveaux types de modèles de vitesses contenant des gradients ou des lois puissance permettant de rendre compte des observations. Nous développons ensuite une analyse multi-azimutale dans le but de contraindre la géométrie de la structure en profondeur. Cette méthode utilise les variations de la réponse de l'hétérogénéité pentée à différents séismes ayant des géométries de rai variées. Cette approche par minimisation des différences de polarité et des résidus de temps d'arrivée entre données observées et synthétiques apporte de nouvelles informations sur le pendage du slab sous l'Est du Péloponnèse. Nous imageons également la topographie sous le Péloponnèse par une analyse multi-stations. Cette image valide nos résultats d'analyse multi-azimutale, qui diffèrent des conclusions de précédentes études. Une nouvelle stratégie pour l'imagerie dans le cas de structures pentées est proposée par calcul des points de conversion réels afin de corriger l'hypothèse commune de couches horizontales. Ces contraintes fournissent un cadre structural favorable à la compréhension des séismes tels que celui de Leonidio du 06/01/2008, s'il est localisé avec une telle fiabilité.
Abstract:
A major issue at subduction zones is the shape and the nature of the slab top which participate to the control of mega-thrust earthquakes and intermediate-depth seismicity. For the first time in the Hellenic subduction zone, a Low Velocity Layer at the top of the slab is clearly observed on receiver functions. We present the multiscale analysis in conversion that has been developed to establish and use the frequency dependent variations in order to investigate the fine nature of the inclusion at the top of the slab. Wavelet responses of synthetic and real data lead us to propose new kind of velocity-depth models of gradient or power-law types in order to account for observations examples in the Hellenic subduction zone. We then develop a multi-azimuthal analysis to constrain the geometry of the structure at depth by using variations of the response of the heterogeneity to earthquakes having various incoming ray geometries. This approach by minimization of polarities misfits and of arrival time residuals between predicted and observed data gives new insights on the slab dip beneath Eastern Peloponnesus. We also image the topography beneath Peloponnesus by a multi-stations analysis. This image is consistent with our previous result of multi-azimuthal analysis and provides new advances on the knowledge of the structure differing from inferences of previous studies. A new strategy for imaging is proposed in the case of dipping structure by computing real conversion points to correct from the common assumption of horizontal layers.
These reliable constraints give the frame to the interpretation of earthquakes such as the most significant one over decades, that just occured on 2008/01/06, if it can be located with equal reliability.

le mercredi 30 avril 2008 à 15h en salle bleue

Thèse : "Simulation par la méthode des éléments spectraux des formes d'onde obtenues par corrélation de bruit sismique"

par Paul CUPILLARD

devant le jury:
M. Nikolaï M. SHAPIRO ............. Président du jury
M. Francisco J. SÁNCHEZ-SESMA ..... Rapporteur
M. Michel CAMPILLO ................ Rapporteur
M. Luis RIVERA .................... Examinateur
M. Jean-Paul MONTAGNER ............ Directeur de thèse
M. Yann CAPDEVILLE ................ Co-directeur de thèse

Résumé:
La forme d'onde que l'on peut obtenir en corrélant le bruit de fond sismique enregistré à deux stations distinctes constitue une signature extrêmement intéressante du milieu qui sépare les deux stations. Récemment apparu, ce type de données vient compléter les enregistrements de séismes pour étudier la structure interne de la Terre. Malheureusement, seule l'information sur la phase a été considérée jusqu'ici, et nous nous demandons dans ce travail de thêse s'il est également possible d'utiliser l'amplitude, le but ultime étant d'élaborer une simulation des formes d'onde en question par la méthode des éléments spectraux (SEM).
Dans un premier temps, nous nous intéressons aux caractéristiques de corrélations obtenues grâce à du bruit généré de maniêre synthétique. Deux distributions de sources sont alors envisagées, l'une uniforme et l'autre non-uniforme, et l'atténuation est soigneusement étudiée, que le bruit corrélé soit brut, binarisé ou blanchi. Nous procédons ensuite à la simulation éléments spectraux de ces corrélations synthétiques. Pour cela, il est nécessaire de prendre en compte les amplitudes spectrales du flux de bruit anisotrope qui traverse le réseau de stations considéré. Nous nous servons alors du renversement temporel et créons une source étendue qui, placée en un récepteur et se propageant grâce à la SEM dans un milieu donné, permet de retrouver les corrélations de bruit effectuées entre ce récepteur et les autres stations du réseau. Le résultat est démontré non seulement numériquement mais aussi d'un point de vue théorique en manipulant le théorême de représentation. Par ailleurs, le code éléments spectraux utilisé est présenté en détails avant d'être validé. Il permet de modéliser la propagation des ondes sismiques à l'échelle régionale et est employé, à titre d'exemple, pour simuler des séismes dans un modêle 3D de l'Europe. Enfin, une application à des corrélations issues du bruit sismique réel est exposée. Nous y discutons les problêmes liés à la variation spatio-temporelle des sources de bruit et montrons des résultats qui laissent présager un bel avenir à notre méthode.
Abstract:
The waveform we can obtain by correlating ambient seismic noise recorded at two different stations gives an interesting signature of the media between these stations. This provides a new type of data that can be used to investigate the Earth's structure, as the earthquakes records do. Only the phase information has been considered from noise correlations for now and we would like to know in this work whether the amplitude can also be used or not. Ultimately, our aim is to process a spectral element simulation of the entire waveforms.
In a first time, we study the features of correlations generated with synthetic seismic noise. Both uniform and non-uniform sources distributions are investigated and the effect of attenuation is carefully detailed for raw, 1-bit and whitened noise. In a second time, we compute a spectral element simulation of these synthetic correlations. The main difficulty is to take into account the amplitudes of the anisotropic noise flux that goes across the stations network. To do so, we use the time-reversal technique and we create a extended source that is positioned at a station and then propagated with the SEM ina certain Earth's model to retrieve waveforms corresponding to correlations between this station and the other receivers of the network. The result is demonstrated numerically as well as theoretically using the representation theorem. Moreover, the spectral element code we use is presented, with an accurated validation and two examples of wavefields generated by earthquakes in a 3D model of Europe. To end up, we apply our time-reversal process to correlations from real seismic noise. We discuss problems due to space-time variations of the noise sources and we show very encouraging results.

le mardi 4 mars 2008 à 14h30 dans l'amphithéâtre du Bâtiment 10 (campus Boucicaut, 140 rue de Lourmel, Paris 15ème)

Thèse : "Evolution des matières organiques au cours de la podzolisation des latérites du haut bassin amazonien (site du Jaú, Brésil)"

par Marion BARDY

devant le jury:
Georges CALAS .......................... Examinateur
Jean-Pierre CAMUZARD ................... Examinateur
Sylvie DERENNE ......................... Directeur de thèse
Emmanuel FRITSCH ....................... Directeur de thèse
Corinne LEYVAL ......................... Rapporteur
Walter MICHAELIS ....................... Rapporteur
Dominique RIGHI ........................ Invité

Résumé:
Les podzols sont des sols acides très peu fertiles présentant une morphologie spectaculaire, avec la différenciation d'horizons appauvris et d'horizons enrichis en matière organique (MO) et en métaux. Dans le haut bassin amazonien, le développement des podzols aux dépens de latosols appauvris entraîne une remobilisation de MO et d'élément précédemment accumulés (Si, Al, Fe). Ce travail s'intéresse au développement des podzols en situation de plateau à l'aval du Rio Negro, région qui marque leur apparition dans le paysage. Il a pour objectifs d'étudier les caractéristiques des MO à différents stades du développement des podzols afin de mieux comprendre d'une part l'impact de la podzolisation sur leur structure et d'autre part leur rôle éventuel dans ce processus. Il s'appuie pour cela sur une toposéquence représentative de la transition latosol/podzol. La formation de complexes organométalliques étant un mécanisme clé de la podzolisation, nous avons tout d'abord étudié la complexation de la MO avec l'aluminium par résonance magnétique nucléaire (RMN) ^27 Al, qui met en évidence des zones d'accumulation de ces complexes. Nous avons ensuite étudié les caractéristiques de la MO à plusieurs échelles. La MO présente des micromorphologies différenciées selon l'activité biologique et les conditions de drainage des horizons. Des investigations spectroscopiques par infrarouge et par RMN ^13 C révèlent des groupements fonctionnels contrastés, avec une MO résiduelle fortement aliphatique dans les horizons de surface, une aromaticité importante dans les horizons Bh, et la présence de groupements oxygénés complexés dans les horizons d'accumulation de l'aluminium. L'évolution de l'abondance et de la composition des lipides, étudiée par chromatographie gazeuse couplée à de la spectrométrie de masse (CG-SM), montre une stabilisation des lipides avec le développement des podzols, en relation avec (i) une moindre complexation, (ii) des conditions acides et hydromorphes, (iii) une faible activité biologique. Elle montre de plus l'apparition de conditions anoxiques dans le podzol développé. Quant aux MO extractibles à l'eau, leur étude, par RMN ^13 C et pyrolyse en présence d'un agent méthylant (TMAH), indique une contribution des horizons profonds des podzols développés à l'exportation de MO dans les eaux noires des rivières.

le mercredi 27 février 2008 à 14h00 en salle bleue

HDR : "Gravity and topography of the terrestrial planets"

par Mark WIECZOREK

devant le jury:
Bruce BANERDT ...................... Rapporteur
Jean-François CARDOSO .............. Examinateur
Véronique DEHANT ................... Examinatrice
Michel DIAMENT ..................... Rapporteur
Claude JAUPART ..................... Président
Roger PHILLIPS ..................... Examinateur
Tilman SPOHN ....................... rapporteur

le vendredi 15 février 2008 à 10h00 en salle bleue

HDR: "Interaction Terre-atmosphère et rotation de la Terre"

par Olivier de VIRON

devant le jury:
Anny CAZENAVE
Véronique DEHANT
Michel DIAMENT
Martine FEISSEL-VERNIER
Marianne GREFF
Richard GROSS
François GUYOT

le lundi 11 févirer 2008 à 14h30 en Salle Bleue

Thèse: "Nouvelles contraintes sur les modéles d'origne et d'évolution des gaz rares dans le manteau terrestre"

par Aude RAQUIN

devant le jury:
P. BURNARD ....................... Rapporteur
F. GUYOT ......................... Examinateur
M. KURZ .......................... Examinateur
M. MOREIRA ....................... Directeur de thèse
P. SARDA ......................... Rapporteur

Résumé:
La géochimie des gaz rares est l'outil idéal pour étudier la formation et l'évolution de l'atmosphère terrestre. Éléments traces, inertes chimiquement, les gaz rares sont de parfaits traceurs de sources. Chaque gaz rare possède des isotopes non radiogéniques, et d'autres qui sont radiogéniques, nucléogéniques ou fissiogéniques, ce qui permet de travailler sur des contraintes temporelles. Leurs analyses systématiques ont déjà permis d'établir une chronologie de la formation de l'atmosphère par dégazage du manteau. En revanche, les modèles d'incorporation des gaz rares dans le manteau terrestre lors de l'accrétion de la Terre restent encore discutés. Certains rapports des isotopes non radiogéniques (20Ne/22Ne, 38Ar/36Ar) du manteau sont difficiles à mesurer dans les roches basaltiques, compte tenu de problèmes de contamination atmosphérique et sont donc mal quantifiés. Cette thèse a pour but d apporter de plus amples connaissances sur les valeurs de ces rapports isotopiques et de mieux comprendre les échanges entre l'atmosphère et le manteau. Dans une première partie, nous avons contraint le rapport 38Ar/36Ar dans l'ensemble du manteau terrestre et en avons conclu que les corps parents qui ont formé la Terre devaient déjà avoir acquis leurs signatures en gaz rares (au moins pour les cas du néon et de l'argon) par implantation du vent solaire avec fractionnement isotopique. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'origine du composant atmosphérique mesuré dans les basaltes océaniques et qui empêche d'avoir la mesure précise des rapports isotopiques des gaz mantelliques. En développant un système d'extraction par ablation laser nous avons réussi à obtenir les compositions élémentaires et isotopiques de l'hélium, du néon et de l'argon vésicule par vésicule, de deux échantillons représentatifs du manteau supérieur dégazé et du manteau inférieur moins dégazé. Toutes les vésicules détectées présentent un signal purement mantellique, indiquant que le composant atmosphérique est une contamination de surface et est incorporé dans l'échantillon lors de la remontée en surface.
Abstract:
Noble gases are used to study the origin and evolution of the Earth's atmosphere. They are trace elements and ideal tracers since chemically inert. Systematic analyses of all noble gases have already been used to establish a chronology of the formation of the Earth atmosphere by mantle degassing. However, models of noble gases incorporation in the mantle at earth accretion time are still discussed. Because of atmospheric contamination, some mantle isotopic ratios of non-radiogenic noble gases (20Ne/22Ne, 38Ar/36Ar) are difficult to determine. The aim of this study is to bring further knowledge of the values of these isotopic ratios and a better understanding of the exchanges between the atmosphere and the mantle. First, we constrain the ratio 38Ar/36Ar within the whole earth mantle and we conclude that the parent bodies which participated to the earth creation should have acquire their noble gases signatures (at least in the cases of neon and argon) by solar wind implantation with isotopic fractionation. In a second part, we focused on the origin of the atmospheric component in the oceanic basalts. By developing a new extraction system using laser ablation method, we succeed to measure the elementary and isotopic compositions of He, Ne, and Ar, vesicle by vesicle, from two samples representatives of the upper degassed mantle and lower less-degassed mantle. All the targeted vesicles present a purely mantellic signal, showing that the atmospheric component comes from a surface contamination and is incorporated within the sample during the ascension to the surface. Although, the mechanism of incorporation is not yet understood.

le vendredi 25 janvier 2008 à 14h30 en salle 7.0.14 (bâtiment 7, Campus Boucicaut)

Thèse: "Calcul prédictif du facteur de partage isotopique entre minéraux dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité"

par Merlin MEHEUT

devant le jury:
Pierre AGRINIER
Etienne BALAN
Claude DELALANDE
Francesco MAURI
Bruno REYNARD
Sandro SCANDOLO

Résumé:
Dans ce travail, nous avons appliqué les méthodes de calcul électronique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité pour calculer les propriétés de partage isotopique à l'équilibre de l'hydrogène, de l'oxygène et du silicium entre divers matériaux d'intérét en sciences de la Terre.
La compréhension de ces mécanismes de partage est un enjeu majeur en géochimie, car le contenu isotopique des minéraux constitue un témoin des événements géochimiques.
Le calcul électronique permet de déterminer les propriétés vibrationnelles complètes d'un matériau au niveau harmonique, desquelles on déduit ses propriétés de partage. Notre but est de valider une approche ab initio, i.e. libre de tout paramètre issu de l'expérience, permettant la prédiction du partage entre deux matériaux. On s'est intéressé aux matériaux: quartz, vapeur d'eau, glace, kaolinite, lizardite, enstatite, forstérite, brucite et gibbsite. Certains ont fait l'objet d'études expérimentales précises de leurs différentes propriétés physiques, ce qui nous permet de valider notre approche, et tous sont de grand intérét en sciences de la Terre, ce qui nous permet de proposer de nouvelles lois de partage en fonction de la température, et de vérifier la validité de celles déjà proposées.
C'est la première fois qu'une telle étude systématique est réalisée à partir d'une approche ab initio, et sur autant de systèmes différents. On a donc procédé à une étude la plus compléte possible des sources d'erreur susceptibles d'influencer le résultat final. Par ailleurs, cette approche nous permet d'analyser de façon plus détaillée les processus physiques à l'origine du partage isotopique dans ces différents matériaux.

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