On propose traditionnellement que les panaches mantelliques jouent un rôle important dans l'amincissement de la lithosphère. Des données sismologiques sous Hawaïi et Cape Verde suggèrent une limite lithosphère-asthénosphère (LAB) jusqu'à 50 km plus superficielle qu'autour. Des modèles numériques ont montré, en effet, qu'une convection à petite échelle (SSC, pour small-scale convection) dans la couche à faible viscosité formée à la base de la lithosphère par l'accumulation de la matière des panaches peut être un mécanisme efficace d'érosion du manteau lithosphérique. Cependant, ces modèles montrent que, si la plaque se déplace, l'érosion thermo-mécanique de la lithosphère ne dépasse pas 30 km. Afin de mieux étudier les interactions panache/lithosphère, et d'ainsi caractériser les paramètres contrôlant cette érosion, nous avons effectué des simulations numériques en 2D qui utilisent un modèle pétro-thermomécanique basé sur des approches en différences finies associées à des marqueurs actifs. Nous avons focalisé sur : (1) la dynamique de la SSC dans la couche à faible viscosité formée par étalement du panache à la base de la lithosphère et (2) l'effet de la fusion partielle sur cette dynamique. La plaque lithosphérique et le manteau sous-jacent sont caractérisés par une composition péridotitique homogène à viscosité newtonienne dépendante de la température et de la pression. Une vitesse constante, comprise entre 5 et 12,5 cm/an, est imposée au sommet de la plaque. Les panaches sont créés en imposant une anomalie thermique de 150 à 350 K en base du modèle (700 km de profondeur). La fusion partielle est calculée à partir d'un paramétrization des solidus et liquidus pour la fusion anhydre des péridotites. Nous modélisons la déplétion de la péridotite et son effet sur la fusion partielle en supposant que le degré de fusion ne peut qu'augmenter au cours du temps. Le liquide est accumulé jusqu'à un seuil et la masse fondue en excès est extraite instantanément. La rhéologie de la péridotite partiellement fondue est déterminée utilisant une constitutive relation basée sur un modèle de contiguïté, qui permet de prendre en compte les effets de la distribution de matière liquide à l'échelle de grain. La densité varie en fonction du degré de fusion partielle et de la déplétion du résidu solide. Nous analysons la cinématique du panache lors de son interaction avec une plaque mobile, la dynamique de la convection à petite-échelle (SSC) et le rajeunissement thermique de la lithosphère qui en résulte. Le temps de démarrage et la vigueur de la SSC et, par conséquent, le nouvel état d'équilibre thermique de la lithosphère à l'aplomb du panache dépendent du nombre de Rayleigh (Ra) dans la couche instable à la base de la lithosphère, qui est contrôlé par l'anomalie de température et la rhéologie dans cette couche. Pour des panaches chauds et vigoureux, le démarrage de la SSC ne dépend pas de la vitesse de la plaque. Pour des panaches plus faibles, le temps de démarrage diminue avec l'augmentation de la vitesse de la plaque. Ce comportement est expliqué par une différence dans la structure thermique de la lithosphère, due à des échanges diffusifs à la base lithosphère plus efficaces pour des panaches lents. La diminution de la viscosité associée à la présence de magma et la diminution de la densité du résidu solide accélèrent le démarrage et accroissent la vigueur de la SSC, entraînant une érosion plus efficace et plus proche du point d'impact de panache sous la lithosphère. / Mantle plumes are traditionally proposed to play an important role in thinning the lithosphere. Seismic images beneath Hawaii and Cape Verde, for instance, show a lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) up to 50 km shallower than the surroundings. However, previous numerical modeling of plume-lithosphere interaction implies that unless the plate is stationary the thermo-mechanical erosion of the lithosphere does not exceed 30 km. We used 2D petrological-thermo-mechanical numerical models based on a finite-difference method on a staggered grid and marker in cell method to further study the plume-lithosphere interaction. We focused on: (1) analyzing the dynamics of the small-scale convection (SSC) in the plume wake as a function of the plume vigor and plate velocity and (2) quantifying the effect of partial melting on this SSC. A homogeneous peridotite composition with a Newtonian temperature- and pressure-dependent viscosity is used to simulate both the plate and the convective mantle. A constant velocity, ranging from 5 to 12.5 cm/yr, is imposed at the top of the plate. Plumes are created by imposing a thermal anomaly of 150 to 350 K on a 50 km wide domain at the base of the model (700 km depth); the plate right above the thermal anomaly is 40 Myr old. Partial melting is modeled using the batch-melting solidus and liquidus in anhydrous conditions. We model the progressive depletion of peridotite and its effect on partial melting by assuming that the melting degree only strictly increases through time. Melt is accumulated until a porosity threshold is reached and the excess melt is instantaneously extracted. The rheology of the partially molten peridotite is determined using a viscous constitutive relationship based on a contiguity model, which enables to take into account the effects of grain-scale melt distribution. The density varies as a function of the melt fraction and of the depletion of the residue. We analyze the kinematics of the plume as it impacts a moving plate, the dynamics of time-dependent small-scale convection (SSC) instabilities developing in the low-viscosity layer formed by spreading of hot plume material at the lithosphere base, and the resulting thermal rejuvenation of the lithosphere. The onset time and the vigor of SSC and, hence, the new equilibrium thermal state of the lithosphere atop the plume wake depends on the Rayleigh number (Ra) in the unstable layer at the base of the lithosphere, which is controlled by the temperature anomaly and rheology in the plume-fed layer. For vigorous, hot plumes, SSC onset times do not depend on plate velocity. For more sluggish plumes, SSC onset times decrease with increasing plate velocity. This behavior is explained by differences in the thermal structure of the lithosphere, due to variations in the spreading behavior of the plume material at the lithosphere base. Reduction of the viscosity in partial molten domains and decrease in density of the depleted residuum accelerate and enhance the vigor of small-scale convection in the plume-fed low-viscosity layer at the lithosphere base. It also reduces SSC onset times, leading to more effective erosion closer to the plume-lithosphere impact.

Nous étudions les propriétés de modèles de séries chronologiques vectorielles à composantes binaires en vue de la modélisation du phénomène climatologique de la succession des jours selon leur caractère sec ou humide dans un réseau de stations de mesures. Nous menons une étude expérimentale par simulations des modèles considérés et envisageons leur utilisation dans des essais de modélisation concernant certains sous-réseaux francais de stations météorologiques

La formation et l'évolution de la Marge continentale passive Nord Gascogne et du Bassin Armoricain sont fortement liées à l'ouverture du golfe de Gascogne et à la formation des Pyrénées. L'étude des structures tectono-sédimentaires, calées aux forages profonds DSDP et pétroliers, ainsi que l'étude de leurs prolongements dans les domaines émergés adjacents (Bassin de Parentis et les bassins de la Manche), ont permis de montrer l'évolution spatio-temporelle de la couverture sédimentaire. Un polyphasage tectonique lors du rifting et deux phases compressives pyrénéennes ont été identifiés. Des événements tectono-sédimentaires catastrophiques auraient affectés la marge à la fin du rifting. Le Bassin Armoricain serait un bassin sédimentaire jeune, ayant toutes les caractéristiques structurales d'une zone de Transition Océan/Continent effondrée à la fin du rifting ou lors de l'initiation de l'accrétion océanique. L'étude des structures crustales a permis de connaître la géométrie de la marge : la distance domaine océanique/domaine continental non-aminci est constante le long de la marge ; l'amincissement crustal s'effectue exclusivement sous l'étroite pente continentale, inférieure à 50 km de large ; les blocs basculés, situés au pied de la pente, ont un rôle mineur dans les processus d'amincissement crustal. Les modèles géodynamiques actuels d'une marge passive n'expliquent pas la géométrie de la Marge Nord Gascogne. Or cette géométrie, similaire à celle du Bassin de Parentis, n'est pas atypique ; nous pensons que l'amincissement est induit par d'autre processus géodynamique que l'extension pure.

L'objectif de cette thèse est de fournir des outils logiciels aux anatomistes et neuro-anatomistes afin de permettre une analyse tridimensionnelle quantitative des réseaux micro-vasculaires cérébraux. Cette analyse demande des images de très haute résolution (permettant de tenir compte du plus petit capillaire), mais aussi des images couvrant une surface du cortex suffisamment large pour être statistiquement significative. Comme elle ne peut être acquise en une seule fois, nous proposons de paver la surface à imager de plusieurs petites images et de créer ainsi une grande "mosaïque d'images". Chaque image est acquise grâce à un microscope confocal dont la résolution impose une grille anisotrope. Nous avons alors développé des outils de reconstruction spécifiques pour ce genre de mosaïques afin de générer des images à la fois très étendues et très précises. Or ces images sont trop volumineuses pour être chargées et traitées en une seule fois dans la mémoire d'un ordinateur standard. Nous avons donc développé des outils spécifiques de traitement d'image (filtrage, seuillage, outils de morphologie mathématique, de topologie discrète...) décomposés en traitements en sous-images. L'étude quantitative du réseau micro-vasculaire cérébral nécessite l'extraction des lignes centrales et une estimation des diamètres des vaisseaux. La géométrie discrète offre un cadre de travail rapide et puissant pour ce type de calculs. En effet, nous devons calculer une carte de distance en tout point de l'image. Afin d'avoir la meilleure précision possible tout en gardant un temps de traitement raisonnable, nous avons choisi une carte de distance du chanfrein. Une de nos contributions a été de proposer un calcul automatique des coefficients de chanfrein permettant de s'adapter à tout type d'anisotropie de grille. L'utilisation de telles cartes de distances permet de guider des algorithmes de squelettisation. De tels outils nécessitent la conservation d'une propriété globale, la topologie. Comme nous nous plaçons dans un cadre où l'on a accès qu'à des sous images, nous avons proposé un nouvel algorithme de squelettisation qui minimise le nombre d'accès à des sous-images afin de garantir un temps de calcul acceptable, tout en localisant correctement le squelette. Ces algorithmes ont été intégrés dans le logiciel ergonomique Amira et sont utilisés par les chercheurs de l'unité U455 de l'INSERM.

Les études couplant des observations provenant des marges passives actuelles et d’analogues fossiles ont permis de mieux appréhender les mécanismes d’extension de la lithosphère. Néanmoins, l’évolution spatiale et temporelle des processus de rupture continentale et de formation de croûte océanique reste mal contrainte. Le Golfe de Gascogne et les Pyrénées sont utilisés dans ce travail comme laboratoire naturel pour étudier la formation et la réactivation des systèmes de rift. Le développement et l’application d’une approche terre-mer a permis d’identifier, caractériser et cartographier les domaines de rift formés lors de l’ouverture du Golfe de Gascogne et partiellement intégrés à l’orogène Pyrénéenne. Cette cartographie révèle l’architecture complexe de la limite de plaque Ibérie-Europe résultant d’une évolution fortement polyphasée. Plusieurs systèmes de rift spatialement distincts sont préservés à des stades d’évolution différents. Une segmentation importante partiellement héritée de la structuration prérift contrôle la formation des systèmes de rift ce qui a des implications pour la cinématique régionale. Plusieurs étapes de la déformation compressive ont pu être distinguées et mises en relation avec l’architecture héritée du rift. La réactivation est initiée dans le domaine de manteau exhumé. Après lasubduction de croûte hyper-amincie, la collision continentale est contrôlée par les domaines proximaux et de necking qui jouent le rôle de buttoirs. Ces résultats soulignent l’interaction étroite entre l’héritage pré-rift et l’évolution spatiale des systèmes de rift ainsi que l’importance de l’architecture du rift pour comprendre la formation des orogènes. / Knowledge on lithosphere extensional mechanisms has greatly benefited from studies made both at presentday rifted margins and onshore fossil analogues. Nevertheless, the spatial and temporal evolution of the processes leading to continental break-up and oceanic crust formation remains poorly constrained. The Bay of Biscay and Pyrenees is used in this study as a natural laboratory to investigate the formation and reactivation of rift systems. A new offshore-onshore approach is developed and applied to identify, characterize and map the rift domains inherited from the Bay of Biscay opening and partly integrated into the Pyrenean orogen. This mapping reveals the complex architecture of European-Iberian plate boundary resulting from a strongly polyphased evolution. Several rift systems spatially distinct are preserved at different evolutionary stages. An important segmentation partially inherited from the pre-rift structuration controls the formation of the rift systems, an observation that has important implications for regional kinematic restorations. Several steps in compressional deformation can be distinguished and related to the rift inherited architecture. Reactivation is initiated in the exhumed mantle domain. Following the subduction of hyperthinned crust, continental collision processes are controlled by the proximal and necking domains acting as buttresses. These results emphasize the role of pre-rift inheritance for the spatial evolution of rift systems and the importance of the rift-related architecture to unravel the formation of collisional orogen.

Les bassins d'avant-pays se développent au front des orogènes par flexure de la lithosphère. L'héritage structural et thermique de celle-ci joue un rôle fondamental dans leur évolution et différentes sources peuvent contribuer à la subsidence du bassin. Cette thèse analyse les effets de l'héritage d'un épisode de rift sur un rétro-bassin d'avant-pays qui s'est développé alors que la lithosphère n'avait pas retrouvé son état d'équilibre. Le Bassin Aquitain est le rétro-bassin d'avant-pays pyrénéen qui s'est développé au Campanien-Miocène. L'orogenèse pyrénéenne fait suite à un épisode de rifting Aptien-Cénomanien durant lequel la croûte a été fortement amincie et le manteau sous-continental exhumé. Les effets de l'héritage crustal dus au rift sur l'évolution du bassin sont étudiés par une analyse des structures dans la croûte, du comportement flexural de la plaque européenne et de la distribution des sédiments synorogéniques. L'évolution de la subsidence dans le bassin est étudiée par analyse de subsidence 1D d'après des données de forages. Enfin, les mécanismes d'inversion de la marge européenne sont étudiés par restauration d'une coupe structurale à échelle crustale. Cette étude aide à définir le rôle de l'héritage d'un ancien système de rift sur la mise en place et l'évolution d'un bassin d'avant-pays ainsi que le rôle des différentes sources de subsidence et leurs variations spatio-temporelles. Cette étude démontre également les liens étroits entre l'histoire du rétro-bassin d'avant-pays et les mécanismes et phases d'inversion de la marge hyper-amincie / Foreland basins develop in front of orogens by flexure of the lithosphere. When they initiate over a crust that has been affected by a previous tectonic event, structural and thermal inheritance have a fundamental role in their evolution and different sources may contribute to basin subsidence. The present work analyzes the impact of inheritance from a rifting event on a foreland basin, which develops while thermal reequilibration has not been achieved at the time of loading. The Aquitaine Basin is the Pyrenean retro-foreland basin that developed from Campanian to Miocene. The Pyrenean orogenesis follows an Aptian-Cenomanian rifting during which the continental crust is thinned and sub-continental mantle exhumed. The orogenesis starts only 10 Myr after the end of rifting. The effects of crustal inheritance due to rifting on the evolution of the basin are studied by analyzing crustal structures, flexural behavior of the European plate, and foreland succession distribution. The subsidence evolution of the basin is studied by the 1D backstripping technique using borehole data. Finally, inversion mechanisms of the European margin are studied by cross-section construction and restoration at crustal scale. This study helps to define the role of rift inheritance on the initiation and the evolution of a retro-foreland basin, as well as the relative role of subsidence sources and their variations in space and time. The present work also shows the strong relationship between the retro-foreland basin's history and both mechanism and the history and mechanisms of inversion of a hyper-extended margin

Pour mieux comprendre le processus géodynamique qui a permis la destruction du craton Nord Chinois (NCC), le rôle des fluides mantelliques a été examiné. Pour cela, les distributions des teneurs en eau et des compositions isotopiques du Lithium dans le manteau lithosphérique NCC ont été déterminées à partir des xénolites de péridotite entrainés par les basaltes mésozoïques et cénozoïques. Une variation temporelle des teneurs en eau est observée. Le manteau lithosphérique cénozoïque est appauvri en eau, sans doute suite à l'amincissement crustal et au réchauffement du manteau résiduel par un flux ascendant asthénosphérique. Le manteau lithosphérique mésozoïque montre des teneurs en eau intermédiaire entre les teneurs élevées du Crétacé et les teneurs basses cénozoïques, indiquant une déshydratation du manteau commençant dès le début de sa destruction. Cette déshydratation, facilitée par la destruction du manteau lithosphérique profond, permet de renforcer la rigidité de la lithosphère et lui permet de résister à la convection mantellique. Les distributions élémentaire et isotopique du Li montrent une grande hétérogénéité, aux échelles intra et inter-cristallines. Par simulation numérique, nous démontrons que deux enrichissements successifs ont affecté le manteau, un enrichissement limité (<5ppm) avec une signature pauvre en 7Li ([delta]7Li ~ -20 [pour mille]), suivi d'un enrichissement important (> 100 ppm) avec une signature riche ([delta]7Li ~ +20 [pour mille]), précédent de peu l'exhumation des xénolites. La formation des liquides métasomatiques responsables de ces enrichissements nécessite une distribution hétérogène dans le manteau NCC d'éléments recyclés lors de la subduction à l'est du NCC / In order to investigate the geodynamic cause for destruction of the North China Craton (NCC), the role of mantle fluids is examined. The aim of the PHD work is to clarify H2O contents and lithium isotopic compositions of the NCC lithospheric mantle by studying peridotite xenoliths hosted by Mesozoic-Cenozoic basalts across eastern NCC. A temporal variation of H2O content has been revealed, and it has deep implications for processes of craton destruction. The Cenozoic lithospheric mantle was featured by low H2O content, interpreted to be the relict mantle that survived the lithospheric thinning and has been dewatered by reheating from upwelling asthenospheric flow. The late-Mesozoic lithospheric mantle showed relatively high H2O content, a hydrous status intermediate between the Cretaceous hydration and the Cenozoic dryness, indicating the dehydration of the NCC mantle with time during NCC destruction. The dehydration, facilitated by thinning of weak mantle pieces at bottom, is one way by which the lithosphere strengthens itself to survive in the convecting mantle. Extreme Li and isotopic disequilibria were observed intra- and inter-mineral in the peridotites. With numerical simulations, we demonstrate two superimposed Li enrichment events occurring at the mantle: a limited Li enrichment (< 5 ppm) and large delta7Li depletion (-20~-10[per 1000]) of the mantle domain, followed by a recent and transient infiltration of high Li and delta7Li (up to +20 [per 1000]) melts/fluids. The anomalous Li isotopic compositions of mantle metasomatic agents call upon the same of their mantle sources, and we assume recycled components, both Li isotopically heavy and light, in the mantle beneath the eastern NCC

L’opération morphologique de squelettisation transforme chaque objet d’une image en une forme linéique qui préserve la topologie de ce dernier (propriété d’homotopie). Elle est largement utilisée en biométrie mais aussi dans la reconnaissance des caractères ainsi que pour l’extraction de la microarchitecture osseuse. L’objectif de cette thèse est de développer une méthode de squelettisation appliquée directement sur les niveaux de gris de l’image, ce qui a pour large avantage de s’affranchir de prétraitement comme la binarisation. Une revue des méthodes de squelettisation en niveaux de gris permet de constater que l’amincissement est l’une des approches les plus usitées de par sa propriété d’homotopie. Cependant, cette approche est sensible au bruit de l’image et produit des squelettes sur-connectés. Un premier paramétrage de l’amincissement a été proposé dans la littérature afin d’abaisser des configurations de pixels liées au bruit. La première contribution de ce travail est de proposer un ajustement de ce paramètre basé sur une décision statistique. Il s’agit d’identifier les tests d’hypothèses correspondants aux différentes configurations d’abaissement en vue de fixer ce paramètre de façon locale. Ceci conduit à la mise en place d’une squelettisation appelée Self Contrast Controlled Thinning (SCCT) puisque robuste au bruit tout en s’adaptant automatiquement au contraste de l’image. La squelettisation SCCT est rendue accessible aux domaines d’application grâce à son implantation optimisée basée sur les files d’attente hiérarchiques. Ayant noté le peu d’efforts consacrés à l’évaluation de la squelettisation en niveaux de gris, la deuxième contribution de ce travail est de proposer un protocole visant à évaluer l’opération de squelettisation sur la base des propriétés requises à savoir la préservation de la topologie et de la géométrie. Ce protocole est déroulé sur une base d’images synthétiques et nous permet de comparer notre approche à celles de la littérature. La troisième contribution est de proposer une structuration du squelette en graphe donnant accès aux descripteurs structurels et morphométriques des objets étudiés en vue d’une exploitation du squelette par les experts des domaines d’applications. Dans le cadre du projet Voxelo coordonné par le laboratoire B2OA de l’Université Paris Diderot, cette structuration est exploitée pour extraire les descripteurs de la qualité de la microarchitecture osseuse à partir d’images RX haute résolution. / Skeletonization is an image transformation that aims to represent objects by their medial axis while preserving their topological characteristics (homotopy). It is widely used in biometrics, character recognition and also in the extraction of bone microarchitecture. The objective of this thesis is to develop a skeletonization method applied directly on image gray levels. This has the large advantage of freeing the operation from preprocessing techniques such as binarization. A review of grayscale skeletonization methods shows that the morphological thinning is one of the most used approaches for its topology preservation property. However, this approach is sensitive to image noise and produces inexploitable skeletons. A first parameterization of the thinning process has been proposed in the literature to reduce noise-related information. The first contribution of this work is to propose an adjustment of this parameter based on a statistical decision. To this end, a hypothesis test is identified for each lowering criterion in order to set the thinning parameter locally. This leads us to propose the Self Contrast Controlled Thinning method SCCT that is robust to noise and is automatically adjusted to image contrast. The SCCT is made available to application domains through its optimized implementation based on hierarchical queues. Noticing the lack of efforts to assess grayscale skeletonization, the second contribution of this work is to propose a quantitative evaluation protocol assessing skeletonization with regard to its fundamental properties that are namely the preservation of topology and geometry. This protocol is conducted over a synthetic images database and allows us to compare SCCT to approaches from the literature. The third contribution consists in structuring the skeleton into a graph that gives access to objects structural and morphometric descriptors and enables the exploitation of the skeleton by experts from various fields of application. This structuring is applied in the context of Voxelo project which is coordinated by B2OA laboratory of the University Paris Diderot. In this context, descriptors of bone microarchitecture quality are extracted from X-ray high resolution images.

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