Le mercure est un métal toxique émis dans l'environnement par des sources naturelles et anthropiques, et se retrouve dans l'atmosphère majoritairement sous forme élémentaire gazeuse (Hg°). Le cycle naturel de ce polluant a été durablement perturbé par l'Homme, et l'importance de ces perturbations est mal caractérisée à ce jour. L'air des névés polaires contient un enregistrement de la composition passée de l'atmosphère qui n'a jamais été utilisé pour l'étude du cycle du mercure. En 2005 et 2006 à Summit, Groenland Central, nous avons observé une réactivité chimique du mercure dans les trois premiers mètres de neige de surface, se traduisant par des variations journalière et saisonnière des concentrations en Hg° dans l'air interstitiel. Cependant, nous avons montré que ces processus n'affectaient pas l'enregistrement atmosphérique contenu dans le névé profond. Nous avons mesuré les concentrations en mercure élémentaire gazeux dans l'air du névé entre 15 et 79,5 mètres de profondeur, et avons pu établir la fonction de transfert pour Hg° au site de Summit. Cette dernière à alors été utilisée pour reconstruire les concentrations passées de l'atmosphère de Hg° aux moyenne et hautes latitudes nord depuis 1950. Le signal reconstruit montre un maximum à ~3 ng.m-3 en ~1970, et reproduit la stabilité des concentrations observées depuis 1995. Notre modèle met en évidence l'influence forte des émissions humaines sur le contenu en mercure de l'atmosphère. Le puits chimique atmosphérique de Hg° est très actif et permet de fait un transfert rapide du mercure depuis le réservoir atmosphérique vers les réservoirs océaniques et continentaux. Déposé sous formes divalentes, il devient alors disponible pour la méthylation et postérieurement la contamination des écosystèmes.

Nombre d'orogènes anciens, impliquant la convergence de lithosphères juvéniles, présentent des caractéristiques difficiles à interpréter en terme de tectonique compressive entre des plaques résistantes, en particulier: (1) un métamorphisme homogène de HT-BP, (2) la juxtaposition limitée d'unités avec un métamorphisme contrasté, (3) des domaines marqués par des foliations peu pentées et des linéations d'étirement à fort angle de la direction de convergence, (4) des zones de cisaillement sub-verticales transpressives avec un étirement très plongeant. Une étude de terrain dans deux orogènes Paléoprotérozoïques (Finlande), combinée avec des modèles analogiques montrent que la compression de lithosphères molles favorise un épaississement homogène, du fluage latéral et un étalement gravitaire. La délocalisation de la déformation pendant le raccourcissement est cohérente avec l'existence de reliefs distribués ainsi que l'exhumation des roches de haut-grade contrôlée par l'érosion.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24869号 / 理博第4979号 / 新制||理||1711(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 向山 信治, 准教授 樽家 篤史, 教授 橋本 幸士 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Les objets d'étude abordés ont ce point commun qu'ils peuvent tous être identifiés dans le géosystème. Ces objets « naturels » se trouvent à différentes strates du système Terre et sont liés entre eux par des flux de matières et d'énergie. Il s'agit par exemple des aquifères souterrains, des cours d'eau ou encore de la végétation. Ces objets ont également des échelles spatiales très variées qui vont de l'espace interstitiel (le micromètre) au bassin versant (la centaine de kilomètres). Enfin, les échelles temporelles des processus mis en oeuvre à leur formation ou aux flux qui les relient sont aussi très étendues puisqu'elles vont de quelques minutes (un traçage dans une colonne de laboratoire) à quelques millions d'années (la formation de modelés par érosion).<br />L'organisation de ce travail est concentrique avec au coeur, un élément fédérateur : la modélisation. Dans un premier temps, les équations et/ou théories abordées dans ces travaux sont décrites afin de montrer les différents champs disciplinaires et de décrire les processus modélisés. Ces processus sont liés à des flux bio-physiques (écoulement, gènes) et/ou à des formes bio-physiques (relief, végétaux). Les couplages entre ces processus sont exposés sous forme d'applications diverses :<br />- des applications sur le stockage des déchets nucléaires et la corrosion des verres illustrent le couplage entre les équations de transport et la géochimie.<br />- des applications sur la modélisation géomorphologique des karsts et des lacs montrent un exemple du couplage entre les équations de la diffusivité et de la géochimie.<br />- une application sur le transfert biologique dans un réseau hydrographique permet d'aborder le couplage entre l'équation de transport et la géométrie fractale.<br />- une application sur la modélisation pluie-débit donne une idée du couplage possible entre la théorie de l'hydrogramme unitaire et la géométrie fractale.<br />- des applications variées sur l'analyse des formes.

Cette thèse s'est intéressée à l'étude du rôle de la tectonique et du climat sur l'évolution d'une rivière (Pilcomayo) située en Bolivie. Pour y parvenir, nous avons développé un modèle numérique appelé COBASE qui permet de simuler sur de grandes échelles de temps et d'espace la dynamique fluviale de la rivière en intégrant le transport des sédiments dans la rivière et sur les versants du bassin. Le transport le long des versant est simulée par une loi de diffusion, avec un seuil de transport sur le versant fourni par un taux d'érodabilité des sols, le transport fluviatile est simulé par loi type d'Einstein, en supposant un écoulement permanent uniforme et une largeur de la rivière déduite d'une loi géomorphologique empirique. Nous avons pu montrer que : Du point vue général, notre modèle prédit des phases transitoires durant lesquelles le relief s'érode mais où le système fluviatile n'évacue qu'une partie des sédiments. Cette propriété est évidemment vérifiée pour des valeurs des paramètres caractéristiques d'une érosion limitée par le transport, mais peut également l'être vrai pour des valeurs des paramètres caractéristiques d'une érosion limitée par l'érodabilité. Du point de vue régional, dans la partie amont de la Pilcomayo, la tectonique ne contrôle pas l'évolution de la rivière, bien qu'elle puisse influencer localement de façon qualitative et quantitative le remplissage sédimentaire. Le climat influe sur l'évolution du bassin versant. Il contrôle, en effet, l'incision et la nature des éléments qui se déposent dans la rivière. Aussi les variations du climat influencent fortement les phases d'aggradation ou d'incision dans le cours de la rivière principale. Les enseignements tirés de cette modélisation nous ont permis de proposer une corrélation entre les remplissages sédimentaires observés sur le terrain sur la rivière Pilcomayo et les variations climatiques régionales à l'échelle de l'Holocène: les phases humides de longues durées (plus de 5 000 ans) induisent de fortes incisions, les phases sèches induisent des phases d'aggradation, tandis que des alternances rapides de périodes sèches ou humides on une signature plus complexe.

Le site des Hemmes de Marck à l'est de Calais a été étudié afin de cerner le comportement morphodynamique de cette zone intertidale très particulière dans la région, caractérisée par un important réservoir sableux (accolement d'un banc tidal à la côte) et une dynamique sédimentaire intense, et identifié comme le seul endroit de la côte d'Opale à connaître une progradation significative. Plusieurs campagnes associant télédétection spatiale et expérimentations in situ ont été réalisées selon divers échelles spatiales et temporelles. Dans le but de comprendre les mécanisme et évolutions de l'accrétion littorale, la méthodologie développée pour ce travail, associe des mesures courantomètriques, houlographiques, topographiques et sédimentologiques, ainsi que des analyses d'images satellites (analyse des pixels, réflectances, extraction de topographie). Les mesures hydrodynamiques (analyse des houles et des courants moyens selon les conditions météorologiques), ont permis de démontrer, comme pour les autres plages de la région, une dominance de la composante longitudinale orientée vers l'Est mais pouvant subir des forçages météorologiques dans la direction opposée. Le caractère très dissipatif de cet estran sableux, associant un replat sableux puis vaseux, a été mis en évidence à travers l'étude de l'amortissement des houles et des courants par les multiples interfaces étudiées (barres intertidales, plage, bas et haut de plateforme). L'analyse stratigraphique associée à celle de la modification de la couverture sédimentaire qui évolue selon les saisons (variations et récurrence des hauts niveaux d'eau, fréquence des évènements météorologiques agités) et selon la dissipation énergétique (intensité des tempêtes, amortissement des houles par les fond envasés) ont permis à la fois de quantifier les différents flux sédimentaires existants mais surtout d'expliquer le fonctionnement de cette zone intertidale sableuse caractérisée par la présence de vase sur ce littoral macrotidal, notamment avec un système ouvert soumis aux houles de tempêtes. Compte tenu de la complexité et de la très forte dynamique spatio-temporelle de ces environnements côtiers, l'apport de la télédétection spatiale, en complément des approches terrain, a été évaluée durant ce travail. L'acquisition simultanée d'images SPOT-5 et Formosat-2 aux dates des campagnes de terrain a permis de développer de nouvelles approches complémentaires de mesures des caractéristiques granulométriques des estrans ainsi que des profils de plage. Les méthodes développées ont pu ensuite être appliquées à des images d'archives permettant de reconstituer la dynamique morpho-sédimentaire de ce site. Ces connaissances des processus morphodynamiques et sédimentaires, à travers l'analyse historique passée et future de leurs évolutions, de leur pérennité ou cyclicité sont d'autant plus importantes que la vulnérabilité de ces système côtiers meubles de faible élévation est accrue dans le contexte actuel de changements globaux et à l'élévation du niveau marin.

a venir

Les zones de convergence ont des signatures tectoniques, morphologiques et thermiques très variables. Certains orogènes, comme les Andes Centrales, peuvent avoir un régime tectonique localement neutre à extensif, tandis que l'ensemble de la chaîne est en raccourcissement. L'équilibre entre les forces tectoniques et la flottabilité de la croûte détermine la dynamique de la marge. Les paramètres physiques qui contrôlent l'évolution de la marge peuvent être déduits de la topographie ; pour les Andes, les contraintes en jeu varient entre 25 MPa et 75 MPa, la force totale impliquée est d'environ 5.1012 N m-1, la viscosité est de l'ordre de 2.1021 Pa s. Un modèle dynamique de déformation des marges est développé, en assimilant la lithosphère à une plaque mince visqueuse. Des différences mineures dans les conditions aux limites permettent de reproduire convenablement l'évolution de marges actives très différentes, compressives ou extensives. La contribution motrice de la racine lithosphérique à la dynamique est également examinée. Les relations génétiques entre dynamique et régime thermique impliquent une très forte variabilité du champ thermique des marges actives. On distingue les sources de chaleur « statiques » qui incluent le flux de chaleur mantellique et la production radiogénique crustale, et les sources « dynamiques » qui dépendent de la cinématique de l'orogenèse, comme la friction à la base de la lithosphère, le magmatisme, l'ablation convective de la lithosphère, l'érosion, la sédimentation, etc. Une étude théorique systématique permet de hiérarchiser les processus thermiques. Un intérêt particulier est accordé aux perturbations induites par les processus superficiels. Ces investigations sont appliquées aux Andes Centrales, où les données thermiques sont abondantes.

La présence d'eau liquide sur Mars est une question primordiale dans la recherche de milieux habitables extraterrestres. La planète nous a montré depuis les années 1970 des traces d'écoulement d'eau liquide. Depuis quelques années, nous cartographions des minéraux hydratés formés en grandes quantités par de l'eau liquide : phyllosilicates, hydroxydes, sulfates... Le travail de ma thèse a consisté à étudier la minéralogie et la géologie de certaines régions, afin d'essayer d'y comprendre les conditions de formation de ces minéraux, et en particulier des phyllosilicates, grâce à l'utilisation des données spectroscopiques, topographiques et d'imagerie visible et infrarouge des sondes martiennes, et notamment d'OMEGA et HRSC sur Mars Express. Les études des régions d'Echus Chasma, de Terby Crater, de Tyrrhena Terra et de Mawrth Vallis ont révélé la corrélation des minéraux hydratés avec des roches parmi les plus anciennes de Mars. Les terrains finement stratifiés de la région de Mawrth Vallis nous montrent sur les données OMEGA la présence de divers phyllosilicates dans une unité épaisse de plusieurs centaines de mètres, et divisée en sous-unités de compositions différentes, marquant la complexité de l'altération de ces terrains. Cette région est un des principaux témoins des environnements propices à la formation de phyllosilicates, qui ont dû être répandus à la surface de la planète au début de son histoire.

Madagascar est situé dans la zone de collision entre Est- et Ouest-Gondwana. Ce travail est consacré à la caractérisation pétrostructurale de la partie centre sud (Pays Betsileo, Province de Fianarantsoa).<br /> La première partie du travail développe les aspects méthodologiques. L'Anisotropie de Susceptibilité Magnétique (ASM) des granites de Madagascar est contrôlée par la magnétite. Des grains de magnétite rapprochés développent des interactions susceptibles de modifier l'ASM (Grégoire et al., 1995). L'étude par traitement d'images des grains de magnétite montre que c'est l'anisotropie de forme de grains allongés qui est principalement responsable de l'ASM (Grégoire et al., 1998). <br /> Les deux autres outils employés sont l'analyse d'image et la thermobarométrie. Deux signatures structurales distinctes sont reconnues dans la région des granites andringitréens. (D1) se caractérise par des foliations moyennement pentées vers l'ouest et des linéations à faible plongement OSO; elle est contemporaine de la mise en place de ces granites de type stratoïde qui s'accompagne d'un métamorphisme HT-BP dans l'encaissant. (D2) se caractérise par des foliations fortement pentées et des linéations NS subhorizontales dans des bandes de cisaillement anastomosées d'échelle kilométrique.<br /> Plus au nord, une série supracrustale schisto-quartzo-carbonatée (SQC) est conservée sur le socle granitique qui présente la structure D1, alors que la SQC montre une structure différente associée à des fabriques d'axes c de quartz indiquant un déversement vers l'est.<br /> La structure D1 est semblable à celle qui a été décrite par Nédélec et al. (1994), au nord d'Antanarivo. Il s'agirait de la phase d'extension post-collision datée à 630 Ma par Paquette & Nédélec (1998). La structure D2 résulterait d'un épisode de convergence tardi-panafricain vers 550 Ma. Seule la SQC aurait gardé les traces d'un épaississement crustal antérieur à 650Ma et qui pourrait correspondre au début de la collision panafricaine.