The ongoing changes in the extent and the properties of sea ice, associated with the warming climate, are affecting the polar ecosystem and the interactions between the atmosphere, sea ice and the underlying waters. How sea ice biogeochemistry will change in the foreseeable future is currently uncertain, but is a crucial problem to tackle.<p>To better understand how sea ice biogeochemistry could change, we investigated the factors regulating the distribution of some dissolved compounds (e.g. nutrients, dissolved organic matter (DOM)) and gaseous compounds (e.g. Ar, O2, N2, CH4) in sea ice, from ice growth to ice decay. The results were obtained from a 19-day indoor experiment in Hamburg (Germany) and a five-month-long field survey in Barrow (Alaska). They were then compared to the physical properties of the ice (temperature, salinity, and other derived parameters such as brine volume fraction) and different biological parameters (bacterial activity, bacterial abundance, chlorophyll-a and phaeopigments).<p>Our work indicates that the physical properties of sea ice exert a strong influence on the distribution of the biogeochemical compounds in the ice, through their impact on brine dynamics, gas bubble formation and ice permeability. We have described 4 stages of brine dynamics, which affect the distribution of the dissolved compounds (e.g. silicate and DOM) in sea ice. However, inert gas (Ar) shows a different dynamic in comparison to the dissolved compounds, indicating a different transport pathway. We suggest that the formation of gas bubbles in sea ice is responsible for that different transport pathway, because gas bubbles should move upward owing to their buoyancy in comparison to brine, while dissolved compounds are drained downward due to gravity. Our observations further indicate that the critical permeability threshold for the upward gas bubble transport should range between 7.5 and 10 % of brine volume fraction, which is higher than the 5 % suggested for the downward brine transport. Increasing ice permeability and prolonged gas exchange tend to draw gas concentrations toward their solubility values, except when the under-ice water is supersaturated relative to the atmosphere (e.g. CH4) or when in-situ production occurs in sea ice (e.g. O2).<p>Because ammonium and O2 obviously accumulate in the ice layers where convection is limited, we suggest that the changes of these biogeochemical compounds in sea ice depend on the competing effect between the physical transport and the biological activity; the biological impact on these biogeochemical compounds in sea ice is obvious when the biological production rate exceeds largely the physical transport rate. We further discussed on the potential of using Ar and N2 as inert tracers to correct the physical controls on O2 and to determine the net community production in sea ice.<p>In addition to the physical and biological controls, the chemical properties of some biogeochemical compounds (e.g. nitrate, ammonium, DOM) may further influence their distribution in sea ice; further investigations are however needed to confirm this.<p>Finally, based on our findings, we present an update of the processes regulating the distribution of gases in sea ice, with references to recent observations supporting each of the process. We also provide some insights on how sea ice biogeochemistry could change in the future and the research priorities for an accurate quantification of these changes.<p><p>Les changements dans l’extension et les propriétés de la glace de la mer, liés au réchauffement climatique, affectent l’écosystème polaire, ainsi que les interactions entre l’atmosphère, la glace de mer et l’eau sous-jacente. Cependant, des incertitudes subsistent quant aux changements potentiels qui affecteront la biogéochimie de la glace de mer dans un futur proche.<p>Afin de mieux comprendre les changements potentiels qui affecteront la biogéochimie de la glace de mer, nous avons étudié les facteurs qui influencent la distribution de certains composés dissouts (e.g. nutriments, matière organique dissoute (DOM)) et gazeux (e.g. Ar, O2, N2, CH4) au sein de la glace de mer, depuis la croissance de la glace, jusqu’à sa fonte. Les résultats ont été obtenus à partir d’une expérience de 19 jours dans un bassin expérimental à Hambourg (Allemagne) et une étude de terrain de 5 mois à Barrow (Alaska). Ils ont été ensuite comparés aux propriétés physiques de la glace (température, salinité et autres paramètres dérivés) et à des paramètres biologiques (activité bactérienne, abondance bactérienne, chlorophylle-a et phaeopigments).<p>Nos travaux ont montré que les propriétés physiques de la glace exercent une forte influence sur la répartition des composes biogéochimiques dans la glace de mer, à travers leur impact sur la dynamique des saumures, la formation de bulles de gaz et la perméabilité de la glace. Nous avons décrit 4 stades dans la dynamique des saumures qui influencent la distribution des composés dissouts (e.g. silice et DOM) dans la glace. Cependant, le gaz inerte étudié (Ar) montre une dynamique différente de celle des composés dissouts, indiquant un mécanisme de transport différent. Nous suggérons que la formation de bulles de gaz dans la glace de mer est le mécanisme responsable de cette différence, parce que les bulles de gaz devraient migrer vers le haut, à cause de leur différence de densité par rapport aux saumures, alors que les saumures sont drainées vers le bas à cause de la gravité. Nos observations montrent également que le seuil critique de perméabilité pour l’ascension des bulles de gaz devrait se trouver entre 7.5 et 10 % de volume relatif en saumure ;seuil qui est plus élevé que les 5 % suggérés pour le transport de saumure vers le bas. L’augmentation de la perméabilité de la glace et les échanges de gaz prolongés tendent à amener les concentrations de gaz vers leur valeur de solubilité, sauf lorsque l’eau sous-jacente présente une sursaturation parrapport à l’atmosphère (e.g. CH4), ou lorsque une production in-situ se produit au sein de la glace (e.g. O2).<p>Etant donné que l’ammonium et O2 s’accumulent clairement dans les couches de glace où la convection est limitée, nous suggérons que les variations de ces composés biogéochimiques dans la glace dépendent de la balance entre le transport physique et l’activité biologique ;l’impact de cette dernière sur les composés biogéochimiques est particulièrement visible lorsque le taux de production biologique du composé excède largement la vitesse d’élimination du composé par le transport physique. Nous avons ensuite discuté du potentiel d’utiliser Ar et N2 comme traceurs inertes pour corriger l’impact des processus physiques sur les variations de O2, afin de déterminer la production communautaire nette dans la glace de mer.<p>Les propriétés chimiques de certains composés biogéochimiques (e.g. nitrate, ammonium, DOM) pourraient également influencer leur répartition au sein de la glace de mer, en plus des processus physiques et biologiques. Cependant, il est nécessaire d’avoir plus d’études à ce sujet pour confirmer cela.<p>Enfin, sur base de nos résultats, nous présentons une mise à jour des processus qui régulent la répartition des gaz dans la glace de mer, avec des références à des observations récentes qui illustrent chacun des processus. Nous donnons également un aperçu des changements qui pourraient affecter la biogéochimie de la glace de mer à l’avenir, et des pistes de recherches pour une quantification précise de ces changements. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Lebanon is situated in a Mediterranean semi-arid region rich in hydraulic resources but strongly under the impact of anthropogenic pressure, mainly after the industrial boost in the last 50 years. In this thesis our research is devoted to the study of water resources and the assessment of soil pollution in two contrasting watersheds that may resemble similar regions in the world. Rivers act as a collective funnel of contaminants derived from rock weathering, industrial, agricultural and urban practices. Thus we focus our study on the two main contrasting watersheds in Lebanon: an industrially dominated watershed located northwest of the country on the Mediterranean coast (Al Jouz basin), and a rural historically agricultural watershed that lies in the continental valley between the two mountainous chains (Litani basin). Geochemical analysis coupled to multi-isotopic applications was used as tools to investigate the collective influence of land-use cover, geomorphological processes, topography, soil type, geology, geography, orography, climate, and hydrological variability on drainage basin evolution. A two-year sampling strategy was followed (2011-2013) to collect not only water samples at various depths in the reservoir and in the piezometers, but also sediments (lacustrine, riverine and coastal) and soils (surficial and cores) to cover seasonal variations (rainy, first flush and dry seasons) in both studied areas. The results highlight the entire mechanism of characterization, origin, and partitioning between the dissolved and particulate phases of pollutants. Furthermore, the environmental implication of the Qaraaoun reservoir was assessed by emphasizing water hydrodynamics and its interaction with the watershed. Characterizing industrial and agricultural pollution allows the understanding of metal behavior and the prediction of its fate, in association with the environmental receiving media in semi-arid and Mediterranean areas. This work was the first to trace pollution sources and to reconstruct the metal fluxes in two of the most environmentally significant watersheds in the country. Stable and radioactive Pb isotopes were used in addition to 137Cs to study the geomorphological influence and the chronology of the environmental stress exerted by the factory and the dam on basin ecology. Moreover, the nature of the Qaraaoun reservoir and the internal hydrological dynamics were explored using stable hydrogen and oxygen isotopes to delineate the reservoir water layers and its fast response to meteorological and hydrodynamic changes in the watersheds, and to demonstrate its strong hydrological connectivity with groundwater. Reservoir water balance was made, indicating groundwater influx into the reservoir which was reported for the first time. The water hydrodynamics was also assessed using a box model, which in its role can be used to evaluate the reservoir water balance and hydro-project functionality and to establish the basis for water sustainability in the long term. This work has yielded a better understanding of biogeochemical processes under different environmental conditions. The treated issues in this thesis will provide a foundation for future hydropower projects and allow one to draw a road-map for national management plans, and to raise the alert for remediation processes and management methods to preserve the environment and resource sustainability, and ultimately the wellbeing of the local population.<p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Kawah Ijen (2386 m) is a stratovolcano located within Ijen Caldera, at the easternmost<p>part of Java island in Indonesia. Since 2010, the volcano has been equipped with seismometers<p>and several sensors (temperature and level) have been immersed in its acidic lake waters and in the acidic river seeping on the volcano flanks. While finding instruments capable of resisting to such extreme conditions (pH~0) has been challenging, the coupling of lake monitoring techniques with seismic data improves the knowledge of the volcanic-hydrothermal dynamics. Moreover, the monitoring capabilities have been considerably<p>enhanced supporting the decision-making of the authorities in case of emergency.<p><p>Several methods and processing techniques were used to analyze the seismic data. Much effort has been given to implement the seismic velocities (Moving Window Cross Spectral Analysis (MWCSA)) calculations. At Kawah Ijen, the frequency band that is less affected by the volcanic tremor and the seasonal fluctuations at the source ranges between 0.5-1.0 Hz. Moreover, a stack of 5 days for the current CCF gives reliable results with low errors and allows to detect fluctuations which are missed using a 10-day stack.<p><p>The background seismic activity mostly consists in low frequency events and a continuous tremor of low amplitude. Fluctuations of the lake temperature and level result from the recharge of the hydrothermal system during the rainy season. Kawah Ijen lake waters are not perfectly mixed and a shallow stratification occurs during the rainy season, because meteoric waters are less dense than the lake fluids.<p><p>Different unrest occurred during our study. Some of them strongly affected the volcanic lake, while others did only weakly. In the first category, a strong unrest commenced in October 2011 with heightened VT (Volcano Tectonic) earthquakes and low frequency events activity, which culminated mid-December 2011. This unrest was correlated with an enhanced heat and hydrothermal fluids discharge to the crater and significant variations of the relative velocities (~1%). This suggests an important build-up of stress into the system. VT earthquakes opened pathways for the fluids to ascend, by increasing the permeability of the system, which latter allowed the initiation of monochromatic tremor (MT) when the steam/gases interacted with the shallow portions of the aquifer. Our calculations evidence a higher contribution of steam in March 2012 that might explain the increase of the MT frequency when bubbles were observed at the lake surface. This period was also characterized by short-lived but strong velocity variations, related to water level<p>rises containing important amount of bubbles, and important heat and mass discharges<p>into the lake. On the contrary, the second category of unrest did only slightly affect the<p>lake system. This could be explained by a dryer hydrothermal system and/or locations of<p>the seismic sources, which were not directly linked to the lake.<p><p>While a magmatic eruption will likely be preceded by a strong seismic activity, the major challenges remain to understand why the unrest we studied did not lead to an eruption and to identify precursory signs of a phreatic eruption. Even a small phreatic eruption would be devastating for the people working everyday in the crater and the ones<p>who live nearby the voluminous acidic lake. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The external silicon cycle during the Precambrian (4.5-0.5 Ga) is not well understood despite its key significance to apprehend ancient dynamics at the surface of the Earth. In the absence of silicifying organisms, external silicon cycle dramatically differs from nowadays. Our current understanding of Precambrian oceans is limited to the assumption that silicon concentrations were close to saturation of amorphous silica. This thesis aims to bring new insights to different processes that controlled the geochemical silicon cycle during the Archaean (3.8-2.5 Ga). Bulk rock Ge/Si ratio and Si isotopes (δ30Si) offer ideal tracers to unravel different processes that control the Si cycle given their sensitivity to fractionation under near-surface conditions. <p>First, this study focuses on Si inputs and outputs to ocean over a limited time period (~2.95 Ga Pongola Supergroup, South Africa) through the study of a palaeosol sequence and a contemporaneous banded iron formation. The palaeosol study offers precious clues in the comprehension of Archaean weathering processes and Si transfer from continent to ocean. Desilication and iron leaching were shown to be the major Archaean weathering processes. The occurrence of weathering residues issued of these processes as major component in fine-grained detrital sedimentary mass (shales) attests that identified weathering processes are widely developed and suggest an important dissolved Si flux from continent to the ocean. In parallel, banded iron formations (BIFs), typically characterised by alternation of iron-rich and silica-rich layers, represent an extraordinary record of the ocean-derived silica precipitation throughout the Precambrian. A detailed study of a 2.95 Ga BIF with excellent stratigraphic constraints identifies a seawater reservoir mixed with significant freshwater and very limited amount of high temperature hydrothermal fluids as the parental water mass from which BIFs precipitated. In addition, the export of silicon promoted by the silicon adsorption onto Fe-oxyhydroxides is evidenced. Then, both Si- and Fe-rich layers of BIFs have a common source water mass and a common siliceous ferric oxyhydroxides precursor. Thus, both palaeosols and BIFs highlight the significance of continental inputs to ocean, generally under- estimated or neglected, as well as the close link between Fe and Si cycles. <p>In a second time, this study explores secular changes in the Si cycle along the Precambrian. During this timespan, the world ocean underwent a progressive decrease in hydrothermal inputs and a long-term cooling. Effects of declining temperature over the oceanic Si cycle are highlighted by increasing δ30Si signatures of both chemically precipitated chert and BIF through time within the 3.8-2.5 Ga time interval. Interestingly, Si isotope compositions of BIF are shown to be kept systematically lighter of about 1.5‰ than contemporaneous cherts suggesting that both depositions occurred through different mechanisms. Along with the progressive increase of δ30Si signature, a decrease in Ge/Si ratios is attributed to a decrease in hydrothermal inputs along with the development of large and widespread desilication during continental weathering.<p><p><p>Le cycle externe du silicium au précambrien (4.5-0.5 Ga) reste mal compris malgré sa position clé dans la compréhension des processus opérant à la surface de la Terre primitive. En l’absence d’organismes sécrétant un squelette externe en silice, le cycle précambrien du silicium était vraisemblablement très différent de celui que nous connaissons à l’heure actuelle. Notre conception de l’océan archéen est limitée à l’hypothèse d’une concentration en silicium proche de la saturation en silice amorphe. Cette thèse vise à une meilleure compréhension des processus qui contrôlaient le cycle géochimique externe du silicium à l’archéen (3.8-2.5 Ga). Dans cette optique, le rapport germanium/silicium (Ge/Si) et les isotopes stables du silicium (δ30Si) représentent des traceurs idéaux pour démêler les différents processus contrôlant le cycle du Si. <p>Dans un premier temps, cette étude se focalise sur les apports et les exports de silicium à l’océan sur une période de temps restreinte (~2.95 Ga Pongola Supergroup, Afrique du Sud) via l’étude d’un paléosol et d’un dépôt sédimentaire de précipitation chimique quasi-contemporain. L’étude du paléosol apporte de précieux indices quant aux processus d’altération archéens et aux transferts de silicium des continents vers l’océan. Ainsi, la désilicification et le lessivage du fer apparaissent comme des processus majeurs de l’altération archéenne. La présence de résidus issus de ces processus d’altération en tant que composants majeurs de dépôts détritiques (shales) atteste de la globalité de ces processus et suggère des flux significatifs en silicium dissout des continents vers l’océan. En parallèle, les « banded iron formations » (BIFs), caractérisés par une alternance de niveaux riches en fer et en silice, représentent un enregistrement extraordinaire et caractéristique du précambrien de précipitation de silice à partir de l’océan. Une étude détaillée d’un dépôt de BIFs permet d’identifier une contribution importante des eaux douces dans la masse d’eau à partir de laquelle ces roches sont précipitées. Par ailleurs, un mécanisme d’export de silicium via absorption sur des oxyhydroxydes de fer est mis en évidence. Ainsi, les niveaux riches en fer et riche en silice constituant les BIFs auraient une même origine, un réservoir d’eau de mer mélangée avec des eaux douces et une contribution minime de fluides hydrothermaux de haute température, et un même précurseur commun. Dès lors, tant les paléosols que les BIFs mettent en évidence l’importance des apports continentaux à l’océan, souvent négligés ou sous estimés, ainsi que le lien étroit entre les cycles du fer et du silicium.<p>Dans un second temps, cette étude explore l’évolution du cycle du silicium au cours du précambrien. Durant cette période, l’océan voit les apports hydrothermaux ainsi que sa température diminuer. Dans l’intervalle de temps 3.8-2.5 Ga, les effets de tels changements sur le cycle du silicium sont marqués par un alourdissement progressif des signatures isotopiques des cherts et des BIFs. Le fort parallélisme entre l’évolution temporelle des compositions isotopiques des deux précipités met en évidence leur origine commune, l’océan. Cependant, les compositions isotopiques des BIFs sont systématiquement plus légères d’environ 1.5‰ que les signatures enregistrées pas les cherts. Cette différence est interprétée comme le reflet de mécanismes de dépôts différents. L’alourdissement progressif des compositions isotopiques concomitant à une diminution des rapports Ge/Si reflètent une diminution des apports hydrothermaux ainsi que la mise en place d’une désilicification de plus en plus importante et/ou généralisée lors de l’altération des continents.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Sulfur dioxide (SO2) is a gas typical of high temperature magmatic degassing, being its<p>third most abundant constituent after water vapor and carbon dioxide. SO2 flux measurements<p>are used to characterized and monitor volcanic degassing. This thesis presents advanced<p>methods for measuring the SO2 emitted in the troposphere by passive degassing volcanoes.<p>These methods are based on the absorption of infrared (IR) and ultraviolet (UV) light by SO2<p>molecules. They make use of the data acquired by satellite borne sensors (ASTER, OMI and<p>MODIS), and collected in the field using a UV camera equipped with filters<p>ASTER is a multispectral sensor observing the Earth in the thermal IR with a 90 m<p>ground resolution. The developed retrieval algorithm works with band ratios<p>(B10+B12)/2B11 and B14/B11, to avoid spectral interference from other variables than SO2.<p>With this algorithm, the impact of interferers such as atmospheric water vapor, sulfate<p>aerosols and ground emissivity is minimal, as demonstrated by radiative transfer simulations<p>by applying of the algorithm to real ASTER images and by comparing the results with ground<p>based data. ASTER is a kind of unifying thread for this thesis because its high ground<p>resolution fills the gap existing between highly localized ground based SO2 measurements and<p>the global coverage of other satellites with coarser pixels such as OMI and MODIS.<p>OMI is an imaging spectrometer operating in the UV, with a daily global coverage, a<p>high sensitivity to SO2 and a ground resolution of 13x24km. The OMI-ASTER comparison<p>shows that the SO2 columns measured on OMI pixels are two orders of magnitude smaller<p>than those of ASTER, because of the huge difference in the pixel size of the two satellites.<p>The flux measurements however are generally in good agreement. The analysis of a large<p>number of images shows that ASTER is better for cloud free scenes while OMI has an<p>optimal signal to noise ratio when the plume is lying above a low cloud cover. A practical<p>detection limit for SO2 flux measurements in tropospheric plumes has also been established:<p>5kg/s.<p>The comparison between ASTER measurements of SO2 column amounts with those of<p>MODIS (a multispectral IR imager with 1km ground resolution) shed light on systematic<p>errors in MODIS measurements. These errors were quantified and their origins were separated<p>and identified. This work demonstrates the limitations of MODIS for SO2 measurements.<p>A UV camera equipped with filters has also been developed to achieve 2D SO2 from the<p>ground at a high spatial and temporal resolution. The potential provided by this new type of<p>instruments has been demonstrated during a field campaign on Turrialba Volcano (Costa<p>Rica). The integration of measurements obtained using the camera, ASTER and OMI revealed<p>a high and sustained SO2 flux, which can be explained only by the degassing of a recently<p>intruded magma body. The slow decrease of SO2 flux since January 2010 suggests a<p>progressive exhaustion of the volatile content of the magma.<p>Finally, we applied the band ratio algorithm to a series of ASTER images of the recent<p>eruption of Eyjafjallajökull in April-May 2010. The SO2 measurements provide interesting<p>insights into the complex eruptive dynamics and into the control of hydromagmatic<p>interactions on eruptive gas release into the atmosphere. /<p><p>Le dioxyde de soufre (SO2) est un gaz typique du dégazage magmatique de haute<p>température, dont il est le troisième composant le plus abondant derrière H2O et CO2. Le flux<p>de SO2 est un excellent paramètre pour caractériser le dégazage volcanique et surveiller son<p>évolution dans le temps. Cette thèse présente de nouvelles méthodes de mesures des flux de<p>SO2 émis par l’activité volcanique. Ces méthodes se basent sur l’absorption de la molécule de<p>SO2 dans l’infrarouge (IR) et l’ultraviolet (UV). Elles utilisent les données prises par des<p>senseurs embarqués sur des satellites (ASTER, OMI et MODIS) ou opérés depuis le sol<p>(caméra UV munie de filtres).<p>Le senseur ASTER opère dans l’IR thermique avec une résolution spatiale de 90 m par<p>pixel. L’algorithme de mesure développé pour ce satellite n’est sensible qu’à la concentration<p>en SO2 et pratiquement pas aux paramètres interférents qui posaient problèmes aux méthodes<p>existantes :la vapeur d’eau atmosphérique, les aérosols de sulfate dans le panache et<p>l’émissivité de la surface sous-jacente. ASTER est un peu le fil conducteur de cette thèse, car<p>sa haute résolution spatiale lui permet de faire le lien entre des mesures au sol et les mesures<p>faites par d’autres satellites comme OMI et MODIS.<p>Le satellite OMI est un spectromètre imageant qui opère dans l’UV, avec une<p>couverture globale journalière, une haute sensitivité au SO2 et une résolution spatiale de<p>13x24km. La comparaison OMI-ASTER montre que les colonnes mesurées sur les pixels<p>d’OMI sont de deux ordres de grandeur inférieurs à celles d’ASTER, à cause de la différence<p>de résolution spatiale entre les deux satellites. Les mesures de flux, par contre, montrent une<p>très bonne concordance. L’analyse d’un grand nombre d’images a permis d’établir qu’ASTER<p>est meilleur pour des scènes sans nuages tandis qu’OMI est meilleur quand une couverture<p>nuageuse présente sous le panache augmente son rapport signal sur bruit. Une limite de<p>détection pratique a aussi été établie pour les flux de SO2 dans les panaches volcaniques dans<p>la basse troposphère :5kg/s.<p>La comparaison des mesures d’ASTER avec celle de MODIS a permis de démontrer les<p>limites de MODIS pour la mesure du SO2. Des erreurs systématiques sur les mesures de<p>MODIS on été mises en évidence et quantifiées. Ces erreurs sont dues aux interférents<p>spectraux que sont la vapeur d’eau atmosphérique et les aérosols sulfatés. L’émissivité est<p>aussi un important facteur d’erreur pour MODIS.<p>Une caméra UV équipée d’un système de filtres a également été développée pour<p>mesurer le SO2 en 2D, à haute résolution spatiale et temporelle. Le potentiel offert par ce<p>nouveau type d’instrument a été démontré lors d’une campagne de mesures sur le volcan<p>Turrialba (Costa Rica). La combinaison de mesures de SO2 réalisée avec la caméra, ASTER<p>et OMI a permis de mettre en évidence des flux très élevés (30-50kg/s) qui ne peuvent<p>s’expliquer que par une intrusion récente de magma juvénile en cours de dégazage.<p>Enfin, les mesures de SO2 ont réalisées à partir des images ASTER pendant l’éruption<p>du volcan Eyjafjallajökull en avril-mai 2010. Ces mesures fournissent des informations<p>intéressantes sur les dynamismes éruptifs qui se sont succédé et sur le contrôle des émissions<p>de SO2 dans l’atmosphère par les interactions magma-eau. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

We investigate the silicon (Si) cycle in the Southern Ocean through two isotopic approaches: (1) 30Si-incubation experiments and (2) natural silicon isotopic composition (ä30Si). 30Si-spiked incubation allows to discriminate the short-term (~ 1 day) net Si-uptake flux in bSiO2 production and dissolution. ä30Si of both biogenic silica and dissolved silicon integrates at seasonal/annual scale bSiO2 production or dissolution and mixing.<p>(1) A new mass spectrometer method (HR-SF-ICPMS) has been developed for 30Si-isotopic abundance measurements. This methodology is faster and easier than the previous available methodologies and has the same precision. A complete set of incubation was coupled with parallel 32Si-incubations and the two methodologies give not significantly different bSiO2 production rates. In the Southern Ocean, especially in the southern Antarctic Circumpolar Current, the large silicic acid concentration degrades the sensitivity of the method with Si dissolution fluxes staying generally below the detection limit. In contrast, the 28Si-isotopic dilution was sensitive enough to assess low biogenic silica dissolution rates in silicic acid poor waters of the northern ACC. We show that large accumulation of detrital dissolving biogenic silica after productive period implies really efficient silicon loop with integrated (euphotic layer) dissolution:production ratio equal or larger than 1.<p> (2) We largely expand the silicic acid isotopic data in the open ocean. Relatively simple mass and isotopic balances have been performed in the Antarctic Zone and have allowed to apply for the first time ä30Si in a quantitative way to estimate regional net silica production and quantify source waters fueling bSiO2 productivity. We observe that at the end of the productive period as suggested with 30Si-incubation, large accumulation of detrital biogenic silica in the surface waters increase the D:P ratio and subsequently dampens the bSiO2 production mediated isotopic fractionation with residual biogenic silica carrying heavier ä30Si than expected. Seasonal isotopic evolution is simulated and seems in agreement with our observations. These simulations strongly suggest working with non-zero order equations to fully assess the seasonal expression of the different processes involved: mixing, uptake, dissolution. Si-isotopes are also tracking the origin and fates of the different ACC pools across the Southern Ocean meridional circulation. Moreover during the circumpolar eastward pathway, the bSiO2 dissolution in deep water decreases the corresponding ä30Si values and this imprint is further transmitted via the upper limb of the meridional circulation in the intermediate water masses.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail retrace l’évolution de la suture panafricaine le long de l’axe Anti-Atlas, Hoggar occidental, Gourma, depuis l’activité tectono-magmatique néoprotérozoïque pré-panafricaine jusqu’à l’activité magmatique anorogénique cénozoïque via l’étude de quatre massifs basiques-ultrabasiques disposés à la périphérie du craton ouest-africain.<p><p>Le massif d’Amalaoulaou (Gourma, Mali) est interprété comme la racine d’un arc intra-océanique ayant enregistré la mise en place de magmas basiques (unité des métagabbros) à un stade immature de l’évolution de l’arc (subduction naissante) vers 800-790 Ma. Les gabbros quartziques (~720 Ma) et les gabbros à hornblende de l’unité supérieure ont des signatures de magmas d’arc plus franche, témoins d’une source mantellique plus enrichie par l’apport de la plaque océanique plongeante. Les métagabbros sont ensuite affectés par une recristallisation et localement par une anatexie en conditions du faciès granulitique. De nombreuses veines leucocrates se développent à ce stade, ce sont principalement des anorthosites et des tonalites (mises en place vers 660 Ma) provenant de la fusion partielle des métagabbros (850°C-1000°C, P>10 kbar). Cette fusion génère également des résidus denses à grenat-clinopyroxène-rutile, associations fréquemment présentes dans les racines d’arcs plus récents et reflétant la maturation de l’arc. L’arc d’Amalaoulaou est ensuite exhumé et charrié sur le craton ouest-africain dans des conditions de basse température et moyenne pression (550°C, 6-9 kbar), probablement au même moment que l’exhumation des éclogites du Gourma (~620 Ma).<p><p>L ‘épisode de subduction océanique est suivi par la subduction continentale dans le Gourma et le Hoggar occidental. Les éclogites/amphibolites de Tiléouine et Tin Zebbane (Hoggar occidental) sont des métabasaltes tholéiitiques enrichis et alcalins intracontinentaux ayant plongé à 60 km de profondeur (600°C, 17 kbar) lors de la subduction d’une partie du terrane du Tassendjanet. Même si la nature géochimique du protolithe est encore reconnaissable, ces métabasaltes ont subi une différenciation chimique lors de la recristallisation à haute pression par interaction avec les fluides issus de la déshydratation des métasédiments. L’exhumation (615-600 Ma) se fait relativement lentement, ce qui induit un rééquilibrage thermique (750°C, ~10 kbar) avant l’exhumation à basse température (660 °C, 7-8 kbar) précédant de peu voire synchrone à la phase collisionnelle.<p><p>L’intrusion basique-ultrabasique de Tiléouine marque la fin de la collision panafricaine dans le Hoggar occidental (600-590 Ma). C’est une ancienne chambre magmatique différenciée, mise en place entre 10 et 20 km de profondeur, et montrant une évolution magmatique depuis des cumulats ultramafiques riches en olivine, spinelle et pyroxène vers des gabbros riches en plagioclase. Le magma parental est d’affinité tholéiitique enrichie et tire probablement sa source de la lithosphère sous-continentale. La mise en place de cette intrusion est contemporaine d’un contexte tectonique transtensif induisant un amincissement lithosphérique au niveau du Tassendjanet.<p><p>Cette suture péri-cratonique est réactivée au Cénozoïque, lors de la convergence Afrique-Europe, ce qui se marque par la mise en place de laves alcalines, notamment dans l'Est de l’Anti-Atlas marocain (Saghro :10-3 Ma). Les néphélinites du Saghro sont issues de faibles taux de fusion partielle d’une source mantellique contenant un composant HIMU et localisée à la limite asthénosphère/lithosphère (70-100 km sous l’Anti-Atlas). La cristallisation fractionnée de ces magmas génère des phonolites, par fractionnement de feldspath, néphéline, apatite et sphène, principalement. L’étape finale de différenciation se marque par la formation de phases peu communes comme la hainite et la lorenzenite. Ces magmas se sont mis en place à la faveur de fentes de tension et de fractures ouvertes ayant la même orientation que la contrainte principale au Mio-Pliocène.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse aborde l’écologie et l’évolution des relations qu’entretiennent les orchidées du genre Ophrys avec leurs pollinisateurs. L’approche comparative et la combinaison (i)<p>d’analyses chimiques de phéromones sexuelles et de parfums floraux, (ii) d’analyses génétiques avec des outils moléculaires, et (ii) de tests de comportement réalisés sur les insectes in situ nous ont permis d’éclairer certains aspects méconnus de ces interactions inter-spécifiques. La pollinisation des orchidées du genre Ophrys est assurée par des mâles d'abeilles ou de guêpes solitaires qui opèrent une tentative d’accouplement (pseudocopulation) sur le labelle des fleurs. L'attraction des pollinisateurs est généralement hautement spécifique, régie par un mimétisme des signaux (chimiques, visuels, tactiles) des femelles des espèces d'insectes concernés. Malgré cette spécificité, des hybrides se forment occasionnellement en conditions naturelles, témoignant de la perméabilité partielle des barrières d'isolement reproductif entre espèces. Au cours de<p>ce programme de recherche, nous avons entrepris l’étude des interactions Ophryspollinisateurs en mettant l’accent sur trois aspects spécifiques, à savoir (i) la sélection des caractères floraux par les pollinisateurs, (ii) l'isolement reproductif entre espèces d'Ophrys sympatriques, et enfin (iii) l'évolution des caractères floraux au sein d'un complexe d'espèces-soeurs d'Ophrys associées à différents pollinisateurs. Les principaux<p>résultats de ce travail sont repris ci-dessous, ponctués de références aux articles qui rassemblent l’intégralité des études réalisées. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This study shows how the composition of gases released from a single magmatic source may be modified during their ascending path. The main processes that influence the composition of the gases in these high temperature fumarolic environments, are: 1) interactions with wallrocks during gas ascent, which change the fugacities of the metal volatile species and affect the equilibrium between major species (fH2S/fSO2; fH2/fH2O); 2) mixing with meteoric water with consequent Cl adsorption, which may account for the Cl depletion of the gases; 3) remobilisation of previously formed sublimates and/or incrustation deposits. Comparison between the thermochemical models and the mineralogical composition of the silica tubes at Kudryavy and Satsuma-Iwojima volcanoes suggests that high fO2 due to the mixing of the gases with air during their injection into the atmosphere significantly reduces the volatility of several trace elements (As, Sb, Sn, Na, K, Tl, Te, Se and Cd). Comparisons between the enriched metals in aerosols and in the gases suggest that Mo, Pb, Bi, Na, K, Cu, Zn or Fe, which are enriched in the gases, are preferentially deposited in the gas conduits and vents whereas the highly volatile metals (Te, Tl, Sb, As and Se) and Cd condense in the plume.<p>This study determines the reactions that may occur during the alteration of rocks in high temperature fumarolic environments. Three different processes of alteration prevail: <p>(1) Acidic alteration which is characterized by the complete absence of clays, because the constant supply of gases to these systems allows for the pH values of the acidic fluids to be maintained low enough to prevent the precipitation of clay minerals. Complete leaching of all cations, except Si, from the primary silicates leads to important "silicification" of the wall rock. The primary mineral cations are leached in the following order: K, Na > Ca > Fe, Mg > Al > Si, Ti. The fluids enriched in these cations circulate in microcracks at different temperatures and different redox conditions and lead to the precipitation of secondary incrustations. At Kudryavy the incrustations are mainly sulfates. At Usu the lower sulfur/fluoride ratio of the gases allows the occurrence of aluminum fluoride incrustations. The order of primary minerals dissolution (olivine > plagioclase > pyroxene > matrix glass > Fe-Ti oxides) is established for both sites studied. <p>(2) Alteration by an oxidized volcanic gas, resulting from mixing with the atmosphere (500 to 300°C). At Kudryavy, thermochemical modeling suggests that anhydrite and anhydrous sulfates, which occur at intermediate temperatures, are formed by interactions of the rock with oxidized gas. <p>(3) The most important outcome of this work is the identification of the features of alteration by the volcanic gas that directly reacts with the rock at high temperatures (T > 500°C). The Kudryavy rocks show evidences for mineral transformations, which occur in the presence of the volcanic gas phase. Volcanic gas directly reacts with rocks at high temperatures (T > 500°C). The gas destabilizes the primary minerals, remobilizes the rock-bearing cations, and leads to the formation of second mineral assemblages. These transformations occur in situ, without significant mobility (gain or loss) of the cations. The high temperature secondary associations are characterized by the presence of andradite, hedenbergite, hercynite, tridymite/cristobalite. Anhydrite and anhydrous Al sulfate may occur within these mineral assemblages if the gas is oxidized.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation géologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Etude des représentations du cosmos dans l'Egypte ancienne :représentations du Noun (non-cosmos), représentations des frontières entre le Noun et le cosmos et représentations des éléments constitutifs du cosmos (ciel, terre et éléments soutenant le ciel). Etude de l'apport de ces représentations sur la connaissance que nous avons de la conception du monde des anciens Egyptiens. / Doctorat en Histoire, art et archéologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished