Ces travaux de recherche proposent une approche expérimentale pour étudier les capacités de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection des zones humides dans le sous-sol des régions arides terrestres et martiennes et la cartographie géologique de leur proche subsurface. En particulier, l'analyse phasimétrique d'images SAR (bande L) de la Dune du Pyla nous a permis de mettre en évidence un comportement particulier de la différence de phase copolaire, lié à la présence d'une zone humide dans la subsurface. Afin d'interpréter et de modéliser ce phénomène, nous avons développé un modèle analytique de diffusion simple, de type IEM, complété par une expression analytique du terme de diffusion par réflexion multiple. Simulant avec succès le phénomène observé, notre modèle confirme que le signal de phase est généré par le profil d'humidité des structures enfouies occasionnant une composante de diffusion par réflexion multiple. Il a également été montré que ce signal de phase copolaire permet la détection d'interfaces humides à des profondeurs plus importantes que celles autorisées par l'analyse des indicateurs radiométriques classiques. Participant au programme Terrestrial Analog to Mars de la NASA, nous avons également travaillé à la définition des performances d'un système SAR orbital en bande P pour la détection d'humidité dans la proche subsurface de la planète Mars, au moyen de la phase radar. Incluant un terme de diffusion de volume, notre précédent modèle IEM montre que la présence d'hétérogénéités dans les premiers mètres de la croûte martienne pourrait altérer les performances de la différence de phase copolaire pour la détection d'humidité en terme de profondeur d'investigation. Néanmoins, nos résultats de simulations indiquent qu'un tel système SAR, exploitant la phase copolaire, autoriserait la détection de l'humidité et son suivi à l'échelle saisonnière jusqu'à des profondeurs de 3 mètres dans les régions présentant un contexte géologique favorable i.e. une faible concentration de diffuseurs de surface et de proche subsurface. Au-delà de la détection d'humidité des sols, nous avons également cherché à mettre en évidence l'apport de l'imagerie radar pour les applications de cartographie d'interfaces géologiques à grande échelle au moyen de systèmes radar orbitaux. L'analyse polarimétrique de données SIR-C/XSAR pour la Mauritanie a permis de montrer le potentiel de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection de structures géologiques de surface ainsi que pour la cartographie de la paléo-hydrologie de la proche subsurface en contexte aride. En particulier, nos résultats ont montré que les données polarimétriques fournissent non seulement des éléments d'information sur les mécanismes de diffusion mis en jeu, mais permettent également de différencier les structures de surface par la rugosité qu'elles occasionnent, des structures de subsurface par la diffusion de volume qu'elles génèrent.

Ces travaux de recherche proposent une approche expérimentale pour étudier les capacités de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection des zones humides dans le sous-sol des régions arides terrestres et martiennes et la cartographie géologique de leur proche subsurface. En particulier, l'analyse phasimétrique d'images SAR (bande L) de la Dune du Pyla nous a permis de mettre en évidence un comportement particulier de la différence de phase copolaire, lié à la présence d'une zone humide dans la subsurface. Afin d'interpréter et de modéliser ce phénomène, nous avons développé un modèle analytique de diffusion simple, de type IEM, complété par une expression analytique du terme de diffusion par réflexion multiple. Simulant avec succès le phénomène observé, notre modèle confirme que le signal de phase est généré par le profil d'humidité des structures enfouies occasionnant une composante de diffusion par réflexion multiple. Il a également été montré que ce signal de phase copolaire permet la détection d'interfaces humides à des profondeurs plus importantes que celles autorisées par l'analyse des indicateurs radiométriques classiques. Participant au programme Terrestrial Analog to Mars de la NASA, nous avons également travaillé à la définition des performances d'un système SAR orbital en bande P pour la détection d'humidité dans la proche subsurface de la planète Mars, au moyen de la phase radar. Incluant un terme de diffusion de volume, notre précédent modèle IEM montre que la présence d'hétérogénéités dans les premiers mètres de la croûte martienne pourrait altérer les performances de la différence de phase copolaire pour la détection d'humidité en terme de profondeur d'investigation. Néanmoins, nos résultats de simulations indiquent qu'un tel système SAR, exploitant la phase copolaire, autoriserait la détection de l'humidité et son suivi à l'échelle saisonnière jusqu'à des profondeurs de 3 mètres dans les régions présentant un contexte géologique favorable i.e. une faible concentration de diffuseurs de surface et de proche subsurface. Au-delà de la détection d'humidité des sols, nous avons également cherché à mettre en évidence l'apport de l'imagerie radar pour les applications de cartographie d'interfaces géologiques à grande échelle au moyen de systèmes radar orbitaux. L'analyse polarimétrique de données SIR-C/XSAR pour la Mauritanie a permis de montrer le potentiel de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection de structures géologiques de surface ainsi que pour la cartographie de la paléo-hydrologie de la proche subsurface en contexte aride. En particulier, nos résultats ont montré que les données polarimétriques fournissent non seulement des éléments d'information sur les mécanismes de diffusion mis en jeu, mais permettent également de différencier les structures de surface par la rugosité qu'elles occasionnent, des structures de subsurface par la diffusion de volume qu'elles génèrent.

Ces travaux de recherche proposent une approche expérimentale pour étudier les capacités de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection des zones humides dans le sous-sol des régions arides terrestres et martiennes et la cartographie géologique de leur proche subsurface. En particulier, l'analyse phasimétrique d'images SAR (bande L) de la Dune du Pyla nous a permis de mettre en évidence un comportement particulier de la différence de phase copolaire, lié à la présence d'une zone humide dans la subsurface. Afin d'interpréter et de modéliser ce phénomène, nous avons développé un modèle analytique de diffusion simple, de type IEM, complété par une expression analytique du terme de diffusion par réflexion multiple. Simulant avec succès le phénomène observé, notre modèle confirme que le signal de phase est généré par le profil d'humidité des structures enfouies occasionnant une composante de diffusion par réflexion multiple. Il a également été montré que ce signal de phase copolaire permet la détection d'interfaces humides à des profondeurs plus importantes que celles autorisées par l'analyse des indicateurs radiométriques classiques. Participant au programme Terrestrial Analog to Mars de la NASA, nous avons également travaillé à la définition des performances d'un système SAR orbital en bande P pour la détection d'humidité dans la proche subsurface de la planète Mars, au moyen de la phase radar. Incluant un terme de diffusion de volume, notre précédent modèle IEM montre que la présence d'hétérogénéités dans les premiers mètres de la croûte martienne pourrait altérer les performances de la différence de phase copolaire pour la détection d'humidité en terme de profondeur d'investigation. Néanmoins, nos résultats de simulations indiquent qu'un tel système SAR, exploitant la phase copolaire, autoriserait la détection de l'humidité et son suivi à l'échelle saisonnière jusqu'à des profondeurs de 3 mètres dans les régions présentant un contexte géologique favorable i.e. une faible concentration de diffuseurs de surface et de proche subsurface. Au-delà de la détection d'humidité des sols, nous avons également cherché à mettre en évidence l'apport de l'imagerie radar pour les applications de cartographie d'interfaces géologiques à grande échelle au moyen de systèmes radar orbitaux. L'analyse polarimétrique de données SIR-C/XSAR pour la Mauritanie a permis de montrer le potentiel de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection de structures géologiques de surface ainsi que pour la cartographie de la paléo-hydrologie de la proche subsurface en contexte aride. En particulier, nos résultats ont montré que les données polarimétriques fournissent non seulement des éléments d'information sur les mécanismes de diffusion mis en jeu, mais permettent également de différencier les structures de surface par la rugosité qu'elles occasionnent, des structures de subsurface par la diffusion de volume qu'elles génèrent.

La mesure et la modélisation des concentrations en $^{36}$Cl accumulé au sein d'un plan de faille normal permet d'estimer l'âge et le glissement des forts séismes passés ayant successivement exhumé ce plan de faille. Si cette méthode présente l'avantage de fournir des enregistrements paléo-sismologiques continus sur des périodes de temps relativement longues (10 000 à 20 000 ans), la modélisation de données repose jusqu’à présent sur un modèle direct qui permet difficilement d'attester de l'unicité du scenario proposé, et d'estimer précisément les incertitudes associées, et ne tient pas compte de l'histoire long-terme du plan de faille, avant son exhumation post-glaciaire (héritage). Nous avons développé dans un premier temps un nouveau modèle qui inclut l’histoire d'héritage, et mis en place une procédure d'inversion des données permettant de 1) déterminer l'ensemble des paramètres de l'histoire sismique d'exhumation, 2) d’attester de l'unicité du scénario proposé, et 3) de contraindre précisément ses incertitudes. Nous appliquons notre méthode d’inversion à 11 failles des Apennins Centraux et montrons une grande variabilité dans leur activité sismique au cours des derniers 10 000 à 45 000 ans, avec des accélérations représentant 2 à 20 fois la vitesse long-terme de la faille. Nos résultats suggèrent en particulier que l'activité sismique des failles des Apennins Centraux pourrait être contrôlée par les propriétés intrinsèques des failles (vitesse long-terme, longueur, segmentation, état de maturité structurale), ainsi que par des processus d'interactions visco-élastiques agissant entre les failles. / The use of $^{36}$Cl cosmogenic nuclide as a paleo-seismological tool to determine the seismic history of normal faults provide continuous records over the past 10 000 to 20 000 yrs. The modeling of the $^{36}$Cl concentrations measured at the surface of an exhumed fault-plane allows determining the age and the displacement of the past seismic events that successively exhumed the fault-plane. The available modeling approach is however unable to attest for the unicity of the inferred scenario, which makes the estimate of the associated uncertainties difficult. An other limitation concerns the long-term history of the fault-plane prior its post-glacial exhumation (inheritance), that is not fully accounted for in this model (Schlagenhauf et al., 2010). We have developed a reappraisal of this model that accounts for the inheritance history, and includes a procedure of data inversion to 1) determine all parameters of the exhumation history at once, 2) attest for the unicity of the proposed scenario, and 3) precisely determine the associated uncertainties. Applying our new modeling to 11 normal faults previously studied in Central Apennines, we observe a large variability of their seismic activity over the last 10 000 - 45 000 yrs, with slip-rate acceleration reaching 2-20 times their long-term slip-rate. In particular, our results suggest that the seismic activity of normal faults in Central Apennines could be controlled by intrinsic properties of the faults (such as their long-term slip-rate, fault-length, segmentation, state of structural maturity), and by visco-elastic stress transfers between faults.

La premier thématique a pour objectifs :1) de tracer l’origine de la salinité des eaux des aquifères karstiques en milieu côtier méditerranéen,2) de quantifier les proportions de mélange entre les eaux salées et les eaux karstiques,3) de discriminer les traceurs géochimiques pour identifier et modéliser les processus de salinisation d’aquifères karstiques côtiers. La seconde thématique a pour objectifs:1) d’établir les [As] d’origine naturelle des eaux de surface et des eaux souterraines, 2) de quantifier le niveau de contamination en arsenic de ces eaux et sa variabilité spatio-temporelle 3) de tracer l’origine naturelle ou anthropique de la pollution en As à l’aide d’outils isotopiques adaptés. les origines de la salinité identifié inclue i) des venues d’eaux profondes salées ii) des venues profondes d’eau salées remontant vers la surface par une faille majeure normale. Le 36Cl/Cl a permis d’identifier l’origine profonde des eaux salées et une recharge d’eau météorique infiltrée lors de la période des essais thermonucléaires. La modélisation PHREEQC permet de différentier le mélange avec une eau profonde salée de celui avec une eau de mer actuelle. Le 87Sr/86Sr montre un comportement conservatif pour tracer l’origine des eaux salées dans les aquifères karstiques. Les traceurs Cs, Rb, Li et B permettent de différentier les trois origines identifiées de la salinité. Les données acquises sur la contamination en As soulignent une augmentation nette et pérenne des [As] à partir des anciens sites de traitement minier réhabilités. Les rapports 87Sr/86Sr et δ18O et δ2H se révèlent dans ce cas un traceur très discriminant de l’origine naturelle ou anthropique de l’arsenic. / The first theme has for objectives: 1) to trace the origin of the salinity of the waters of the karst aquifers in coastal environment mediterraneen,2) to quantify the mixing proportions between salt waters and the waters karstiques,3) to discriminate the geochemical tracers to identify and model the process of salinization of aquifers coastal karst. The second theme has for objectives:1) to establish the [hast] of natural origin of surface waters and groundwater, 2) to quantify the level of contamination by arsenic in these waters and its spatial and temporal variability 3) to trace the natural or anthropogenic origin of pollution in hast to the aid of isotopic tools adapted. the origins of the salinity identified include i) of came from deep waters salted ii) of come deep water salted dating back toward the surface by a major flaw normal. The 36Cl/Cl has allowed us to identify the origin of deep saline waters and a recharge of meteoric water infiltrated during the period of thermonuclear tests. The PHREEQC modeling used to differentiate between the mixture with a deep water of salt that one with a sea water current. The 87SR/ 86Sr shows a conservative behavior for tracing the origin of saline waters in karst aquifers. The plotters Cs, Rb, Li and B allows to differentiate the three origins identified of salinity. The data acquired on the contamination in hast underline a net increase and perennial of [hast] from the ancient sites of mining processing rehabilitated. The reports 87SR/ 86Sr and δ18O and δ2H will reveal in this case a chartplotter very discriminant of natural or anthropogenic origin of arsenic.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Les canyons et chenaux sous-marins sont formés par des courants de densité subaquatiques et sont les principaux conduits par lesquels les sédiments continentaux atteignent les milieux marins profonds. Plusieurs canyons et chenaux sous-marins incisent les marges de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent jusqu’à une profondeur de ≥ 300 m. Des données hydroacoustiques et sédimentologiques récemment acquises ont permis d’analyser en détail la morphologie et les processus sédimentaires tardi-quaternaires qui ont modifié l’architecture de ces systèmes turbiditiques. Quatre types de systèmes turbiditiques ont été identifiés en fonction de leur source respective de sédiments. Un premier type de système, alimenté par la dérive littorale, a été cartographié dans les secteurs de Sept-Îles, Les Escoumins et Tadoussac. La formation et l’évolution de ces trois systèmes semblent être étroitement liées à un apport sédimentaire provenant de l’érosion des rives avoisinantes. Vers la mi-Holocène, alors que la charge sédimentaire provenant des rivières a drastiquement diminué, l’érosion des fronts deltaïques a vraisemblablement contribué à alimenter ces systèmes turbiditiques. L’activité gravitaire est aujourd’hui dominée par des mouvements de masse qui permettent le transfert sédimentaire vers le niveau de base. Un second type de canyon a été découvert dans le secteur de Pointe-des-Monts. Bien qu’il ne reçoive pas d’apport sédimentaire, ce dernier est le seul où des formes en croissant, probablement associées à des courants supercritiques, ont migré récemment. Leur activité holocène peut être expliquée par des mouvements de masse épisodiques et des courants quasi-continus d’origine hydrodynamique se déplaçant sur le plancher marin. Des données sédimentologiques suggèrent que ces courants d’origine hydrodynamique seraient responsables de la formation des canyons. Deux autres types de chenaux et canyons ont été identifiés dans l’estuaire, soit des systèmes reliés aux rivières et aux glaciers. Ces deux types de systèmes ont été actifs majoritairement au début de l’Holocène, alors que la charge sédimentaire transportée vers l’estuaire était plus importante, permettant la génération de courants hyperpycnaux. Ainsi, cette recherche a permis de démontrer la variabilité morphologique des canyons et chenaux de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent ainsi que les différentes phases d’activité et types de processus gravitaires qui ont mené à la formation de systèmes turbiditiques dans un contexte tectonique et climatique similaire. / Submarine canyons and channels are formed by subaqueous sediment density flows and are the main conduits through which continental sediments reach deeper sedimentary basins. Numerous submarine canyons and channels incise the margins of the Estuary and Gulf of St. Lawrence, to a depth of ≥ 300 m. Multibeam bathymetry, acoustic backscatter, seismic reflection and sedimentological analysis have allowed examining in great detail the morphology and the late-Quaternary sedimentary processes within these systems. Four types of submarine fans were identified based on their respective source of sediment. A submarine fan located in ≤ 60 m deep in the Sept-Îles sector has illlustrated the role of longshore drift on the formation and evolution of such systems. Longshore drift, through submarine transverse bars and coastal sand bars, forced the formation of a submarine fan near 5 ka BP. Its activity is now dominated by the passage of low density/intensity flows forming sandwaves on the edge of the coastal shelf and high energy flows (probably slope failures) that allow the accumulation of sediment on the deeper submarine fan. Two other systems fed by longshore drift were identified in the Tadoussac and Les Escoumins sectors, where similar recent episodic activity has been described. A second type of canyon system was discovered in the Pointe-des-Monts sector. These canyons are sediment-starved and yet, they are the only systems in which crescentic bedforms recently migrated upslope. Their short- and long-term activity can be explained by slope failures and quasi-continuous hydrodynamic processes along the seafloor. Sedimentological data suggest that quasi-continuous flows of hydrodynamic origin are responsible for the formation of the canyons. Two other types of channels and canyons were identified in the St. Lawrence: systems fed by rivers and glaciers. Both types of systems were active mainly in the early-Holocene, when sediment supply to the St. Lawrence was greater. When sediment supply drastically diminished during mid-Holocene, erosion of deltaic fronts likely led to an increase in longshore-drift transport and the formation and/or continuated activity of the Sept-Îles and Les Escoumins systems.