Description stratigraphique du Chainon de Chailles - massif de la grande Chartreuse.

Description stratigraphique, tectonique des formations du bassin chambérien.

Le Global Positioning System (GPS) a de nombreuses applications scientifiques. En géophysique de précision, il est utilisé pour déterminer les mouvements des plaques tectoniques, quantifier la déformation aux frontières des plaques ou dans le domaine intraplaque, ou bien détecter les signaux transitoires associés au cycle sismique. Aujourd'hui, la surface du globe est recouverte de milliers de stations GPS permanentes permettant de générer les séries temporelles de coordonnées de stations GPS et de suivre en continu les mouvements de l'écorce terrestre. Mon travail de thèse se situe dans le contexte du développement de grands réseaux GPS et GNSS (Global Navigation Satellite System) permanents. Par exemple, le réseau GEONET (GNSS Earth Observation Network System) du Japon comprend plus de 1000 stations, le réseau du Plate Boundary Observatory comprend lui aussi environ 1200 stations dans l'ouest des États Unis. A une échelle plus locale, les réseaux permanents en Europe possèdent environ 300 stations, et celui de Taïwan, plus de 400 stations. Des nombreuses difficultés se posent en pratique pour réaliser des séries temporelles précises et analyser les solutions de ces grands réseaux GPS permanents. Une première difficulté réside dans l'expression des solutions journalières dans un repère précis et stable dans le temps. Le grand nombre de points et la longueur des séries temporelles maintenant disponibles rendent les calculs lourds en temps. Des erreurs dans les solutions journalières ou dans la solution de référence peuvent biaiser l'estimation des paramètres de la transformation et dégrader la précision des séries temporelles obtenues. A l'étape de l'analyse des séries temporelles, on rencontre fréquemment plusieurs problèmes causés soit par des causes artificielles ou des mouvements géophysiques parfois complexes. La détection de ces problèmes et leur résolution dans les séries temporelles GPS de plus d'une décennie d'observation par une approche manuelle n'est plus possible et des algorithmes d'analyse automatique doivent être développés. L'objet de ma thèse est de déterminer des approches, des méthodes et des algorithmes robustes permettant (1) la réalisation rapide et précises de séries temporelles de position (2) l'identification rapide des problèmes présents dans les séries temporelles GPS (3) la résolution automatique des problèmes les plus courants (4) la manipulation facile des séries temporelles pour extraire les paramètres utiles aux analyses géophysiques. Dans ce travail, je présente tout d'abord une approche basée sur la norme L1 pour estimer les paramètres de transformations des solutions libres vers une solution de référence. Ensuite, je présenterai différents algorithmes de recherches automatiques d'erreurs et de détection, estimation, corrections des sauts. Enfin, je montrerai comment ces algorithmes peuvent être utilisés dans un modèle général des séries temporelles pour obtenir une analyse automatique et par exemple, extraire les paramètres des déformations co- et post-sismiques. Les essais méthodologiques ont été en premier lieu testés sur le réseau national GPS permanent français RENAG et une solution combinée des réseaux GPS de Taïwan. Ces deux applications permettent d'évaluer la capacité des méthodes développées à obtenir des vitesses précises et modéliser des mouvements complexes liées au cycle sismique.

L'objet principale de cette étude a été d'établir dans la mesure du possible, une corrélation entre les affleurements de la rivce droite du Rhône de Tournon à La Voulte et ce que l'on peutconnaitre des formations sous-alluviales. Ainsi, nous avons-été amené d'une part à reprendre le levé de la carte géologique et d'autre àexaminer les dossiers et les nombreux sondages effectués par la Compagnie Nationale du Rhône. Le choix de Tournon et de La Voulte comme localités extrêmes au Nord et au Sud n'est pas arbitraire. Nous verrons en effet que cette région possède une certaine individualité tant au point de vue géographique que géologique. Nous avons limité notre levé dans sa partie occidentale aux formations paléozoïques du Plateau Central et, dans sa partie orientale aux formations alluviales de la vallée actuelle.

Les anneaux planétaires représentent une fabuleuse opportunité d'étudier à portée de main une majorité de phénomènes ayant lieu dans les disques fins. Que ce soient les disques galactiques, les disques circumstellaires ou les disques d'accrétion, on retrouve à tous les redshifts et à toutes les échelles de l'Univers des disques.<br /><br />Depuis l'arrivée de l'orbiteur spatial Cassini autour de Saturne en juillet 2004, notre connaissance des disques planétaires s'est considérablement accrue et un long travail s'amorce pour comprendre tous les phénomènes qui y sont observés en temps réel. Ceci est dû aux observations effectuées par Cassini qui sont inédites et uniques en termes de résolution spatiale, sensibilité, variété des géométries d'illumination et suivi temporel.<br />Parmi ces phénomènes, deux tout à fait exceptionnels ont été choisis pour l'élaboration de la thèse que je vais vous présenter.<br /><br />Une première partie porte sur un anneau à l'activité dynamique particulièrement importante : l'anneau F. Cet anneau, depuis sa découverte en 1979 par la sonde interplanétaire Pioneer 11, a suscité les théories dynamiques les plus diverses pour expliquer sa structure multi-radiale complexe et sa structure azimutale variable. <br />J'ai montré que la structure multi-radiale de cet anneau pouvait être comprise par l'existence d'une spirale qui s'enroule autour d'une région centrale, brillante, excentrique et inclinée : le cœur. La durée de vie de cette spirale n'est pas la même que le cœur, suggérant que les processus qui créent la spirale sont périodiques. <br />De plus, la structure du cœur est stable à grande échelle sur près d'un an, mais est très instable sur une plus courte échelle spatiale et temporelle, ce qui s'explique par des interactions multiples avec le satellite Prométhée et des satellites éphémères. Grâce à la meilleure caractérisation de la géométrie du cœur, j'ai pu montrer que ces satellites éphémères croisent plusieurs fois par an l'orbite du cœur, ce qui pourrait expliquer la courte durée de vie de ces petits objets (~ 10 km) d'une part et leur rôle dans la création de la structure spiralée d'autre part.<br /><br />La seconde partie est consacrée à la photométrie des anneaux de Saturne et à une surbrillance particulière observée lorsque le Soleil et l'observateur sont alignés : l'effet d'opposition. Cette surbrillance a été observée dans les anneaux principaux pour la première fois en 1878 par Müller, et est demeurée jusqu'à présent profondément mystérieuse. L'utilisation de modèles préexistants couplant l'optique géométrique et l'optique quantique (grâce à la théorie de la rétro-diffusion cohérente qui a valu à Philip Anderson le Prix Nobel de Physique en 1977) a permis de comprendre une partie de l'effet d'opposition dans les anneaux de Saturne. J'ai pu toutefois démontrer que cinq hypothèses généralement admises sur le masquage des ombres et la rétro-diffusion cohérente sont inexactes, ce qui souligne les insuffisances des modèles actuels de l'effet d'opposition. <br />Enfin, grâce à la qualité et la diversité des observations de Cassini, j'ai pu obtenir des informations sur la nature et l'état de surface des particules des anneaux. Pour la première fois, à l'aide d'inversion des courbes de phase avec des modèles photométriques analytiques, l'albédo, l'anisotropie, la rugosité macroscopique, la taille effective des grains et des particules ont pu être déterminées et corrélées avec la profondeur optique des anneaux. Ces valeurs montrent d'une part que les anneaux de Saturne possèdent une gamme de comportements photométriques plus large que celle de tous les objets planétaires réunis. D'autre part, la perspective d'expliquer ces comportements photométrique via la dynamique semble être une issue incontournable. Des simulations photométriques et dynamiques futures devraient permettre d'aller dans ce sens.

Depuis 1995 et la découverte de la première exoplanète autour d'une étoile de la séquence principale, de nombreux projets ayant pour objectif la détection de planètes extrasolaires ont été développés. À ce jour, la majorité des planètes ont été découvertes par des méthodes indirectes. En effet, la détection directe est rendue très difficile par le très grand contraste entre l'étoile et la planète ainsi que par la très haute résolution angulaire requise. Une solution à cette problématique est la coronographie. De façon générale, un coronographe est un instrument dont l'objectif est d'atténuer le flux de l'étoile en diminuant la diffraction instrumentale. J'ai étudié ce système pour deux instruments, en l'abordant avec deux angles de vue très différents et complémentaires. J'ai tout d'abord étudié le système coronographique de phase à quatre quadrants de l'instrument MIRI (``Mid-InfraRed Instrument'') sur le télescope JWST (``James Webb Space Telescope''), instrument dont l'un des objectifs principaux est la détection d'exoplanètes de type Jupiter. J'ai, dans un premier temps, participé au travail de recette des coronographes puis je me suis focalisée sur des simulations numériques. J'ai, dans ce cadre, établi la statistique de détection d'exoplanètes pour un échantillon d'étoiles proches. J'ai ensuite évalué les limitations du pointage en mode coronographique puis les spécifications des algorithmes de bord ainsi que les procédures de centrage. Une autre méthode est utilisable pour détecter des exoplanètes sur le JWST : la méthode des transits. Je l'ai étudiée dans le cas particulier d'une Terre primitive, en considérant deux des instruments du JWST. Dans un deuxième volet, je me suis intéressée aux possibilités de détection directe d'exoplanètes telluriques sur les ELTs (``Extremely Large Telescopes'') en utilisant un système coronographique. Le rapport de flux entre la planète et l'étoile est, dans ce cas de $2.10^{-10}$ en proche infrarouge. J'ai étudié, à partir d'une modélisation analytique et numérique détaillée, l'imagerie différentielle simultanée en aval du coronographe; j'ai quantifié l'impact des aberrations statiques et montré que les contraintes imposées sur la qualité des optiques étaient très fortes. Une autre contrainte très forte sur la détection d'exoplanètes est le bruit de photons qui est imposé par le niveau de l'image directe et donc par les résidus liés aux imperfections du front d'onde issu de l'optique adaptative; j'ai donc étudié l'intérêt d'installer un ELT au dôme C où la turbulence est moins importante et donc la correction meilleure. J'ai enfin estimé les limitations supplémentaires apportées par l'utilisation de coronographes réels (donc imparfaits) et par des systèmes de<br />calibration spectrale.

Les îles des archipels des Bermudes et des Bahamas sont caractérisées par l'alternance de dépôts carbonatés et de paléosols. L'origine de ces formations a été rapportée à l'accumulation puis à l'altération des poussières sahariennes. La minéralogie des paléosols des Bermudes est composée de carbonates, de minéraux argileux, de minéraux phosphatés et d'oxydes et hydroxydes de fer et d'aluminium. Le cortège argileux est composé de kaolinite, de chlorite et d'interstratifiés chlorite/vermiculite. Son analyse montre que le matériel à l'origine des paléosols provient de l'édifice volcanique sous jacent. L'apport volcanique est renforcé lors des périodes de bas niveau marin. Le matériel est soufflé sur l'île où il subit alors l'altération pédologique. Le taux d'accumulation du matériel volcanique était probablement supérieur au taux d'altération par pédogenèse. Le flux de particules atmosphériques d'origine saharienne demeure invisible. La minéralogie des paléosols d'Eleuthera (Bahamas) est dominée par les carbonates. Les formations récentes contiennent de la kutnahorite ; les formations anciennes contiennent de l'hydrotalcite. L'étude comparative des paléosols de San Salvador et d'Eleuthera montre que l'évolution des unités pédologiques est liée à leur capacité à lessiver leur contenu carbonaté. Ce facteur est contrôlé par la structure de la plate-forme sous-jacente ou par la nature du substratum. Le cortège argileux des paléosols et des forages marins des Bahamas présente une forte teneur en illite qui traduit l'importante des apports nord sahariens alors que sa teneur élevée en chlorite illustre l'existence d'une composante nord-américaine.

Quelques centaines de galaxies dans l'Univers présentent des structures extraordinaires, d'une taille parfois gigantesque (jusqu'à plusieurs fois le rayon de la galaxie parente). Ces structures, visibles essentiellement dans le domaine des longueurs d'onde radio, donc appelées radiosources, sont caractérisées dans les deux tiers des cas par des ``jets'' extrêmement bien collimatés. Ils proviennent du noyau de ces galaxies (dites actives) et déversent leur énergie dans des régions diffuses appelées ``lobes''. L'étude des jets extragalactiques a une portée très large puiqu'ils constituent des sondes naturelles à la fois du coeur des galaxies actives et des milieux interstellaire et intergalactique. Ils sont sans aucun doute le signe d'étapes violentes dans l'évolution des galaxies (interaction, coalescence, trous noirs,...).<br /><br />La plus grosse partie de mes recherches s'est attachée à déterminer l'origine du rayonnement dans les jets extragalactiques. J'ai abordé cette étude sous de multiples facettes (observations optiques et radio, modélisation et théorie) parce que je suis convaincu que seule une vision globale de ces objets autorise une approche suffisamment précise de leur physique. Prises individuellement, les différentes composantes des radiosources (lobes, jets, jets VLBI, noyaux actifs,...) ne sont que très peu contraintes par les observations. La dissymétrie (ou unilatéralité) des jets peut être considérée comme le thème fédérateur de mes travaux. Expliquer pourquoi un jet rayonne alors que son opposé n'est pas visible est à mon avis un objectif ultime: lorsque nous l'aurons atteint, nous aurons alors vraiment compris la physique des jets extragalactiques. <br /><br />Ce mémoire s'articule autour de l'idée centrale que les jets sont non-relativistes et qu'une population de particules ultra-relativistes (électrons-positrons) supplémentaires explique le rayonnement synchrotron. C'est à partir d'une synthèse d'observations et de différents travaux théoriques que j'ai construit un modèle expliquant l'unilatéralité des jets à grande échelle. Il reste encore qualitatif, mais il englobe plus généralement les propriétés des radiosources. L'interprétation usuelle de la dissymétrie des jets fait appel uniquement à un effet Doppler relativiste. J'ai pu démontrer au contraire que ces dissymétries sont essentiellement intrinsèques, c'est-à-dire que les propriétés du rayonnement d'un jet dépendent des propriétés locales de son environnement. Toutes mes recherches se situent dans ce cadre et ont pour objectif d'appuyer le modèle par des observations et de le quantifier par des approches théoriques.<br /><br />Un complément indispensable à l'étude des radiosources à grande <br />échelle, est la compréhension de ce qui se passe à plus petite<br />échelle, jusque vers la zone de formation des jets. Une partie de <br />mes travaux en cours a pour objectif d'établir un lien entre les calculs théoriques de la machine infernale centrale et les structures à grandes échelles, par l'intermédiaire d'observations et de modélisations de la région la plus petite observable par des techniques d'interférométrie intercontinentale. Mon espoir est d'aboutir à une modélisation globale et entièrement cohérente à toutes les échelles d'une radiosource extragalactique.

L'effet mécanique des forces de succion, forces exercées par un fluide qui se déplace dans un milieu poreux, a été étudié dans le cadre de la fracturation hydraulique des roches de la croûte terrestre. Cet effet a été étudié par des méthodes analytiques issues de la mécanique des milieux continus, et par des simulations numériques. Ces forces de succion sont des forces de frottement causées par des gradients de pression fluide dans les milieux poreux. Différents modes de fracturation (bandes de cisaillement localisées, fractures en mode I) causés par une augmentation localisée de la pression fluide dans la croûte ont été reproduits dans un milieu poro-élastique grâce à plusieurs codes numériques spécialement développés à cet effet. La valeur de la pression fluide lors de la nucléation de la fracturation est aussi prédite à l'aide d'une nouvelle solution analytique. <br />Dans la solution analytique, une cavité elliptique dans un solide poreux est remplie avec un fluide à une pression non-hydrostatique. On considère aussi que le milieu poreux est soumis à un champ de contrainte externe. Puisque la pression du fluide dans la cavité est différente de la pression de pore dans la roche; le couplage poro-élastique est pris en compte dans le calcul des déformations. A partir de la théorie de Griffith qui donne une condition pour la propagation d'une fracture, et en utilisant la solution analytique obtenue, une équation généralisée a été obtenue pour la contrainte effective dans le milieu. Cette nouvelle loi décrit la fracturation dans un milieu poreux saturé avec un fluide, et dans lequel la distribution de pression fluide n'est pas homogène.

Identifier la géométrie des écoulements souterrains est un objectif majeur de l'hydrologie. L'objectif de ce travail de thèse est de montrer que la méthode du Potentiel Spontané (PS) peut fournir des informations spatialisées sur la géométrie des circulations hydriques et sur les propriétés hydrauliques du sous-sol. La méthode PS est basée sur la mesure du champ électrique naturellement présent dans le sous-sol. Des expériences de terrain ont été menées pour mesurer la signature électrique d'un écoulement hydrique lors d'expériences de pompage et d'infiltration. Pour une meilleure compréhension du problème physique sous-jacent, des simulations de pompage et d'infiltration ont été réalisées dans une cuve en Plexiglas. Les résultats obtenus sur le terrain et en laboratoire démontrent la capacité de la méthode PS pour suivre la progression d'un écoulement et confirment l'intérêt de celle-ci comme outil adapté à la détermination du niveau piézométrique et des propriétés hydrauliques du sous-sol.