Nous étudions d'abord l'influence du mode annulaire Sud (SAM) sur la circulation méridienne de retournement Atlantique (AMOC) dans une simulation de contrôle avec IPSLCM4. Une phase positive du SAM, correspondant à une intensification des vents d'Ouest soufflant au Sud de 45° S, entraîne après 8 ans une accélération de l'AMOC, via une téléconnection atmosphérique peu réaliste. Une accélération de l'AMOC suit de 70 ans une phase positive du SAM, due à la propagation d'anomalies de sel du Sud vers le Nord de l'Atlantique. Ensuite, nous étudions dans quelle mesure l'Oscillation Multidécennale Atlantique (AMO) reflète les fluctuations de l'AMOC. Nous utilisons un filtre basé sur un modèle linéaire inverse (LIM) pour décomposer la température de surface de l'océan (SST) Atlantique Nord en une partie liée à la dérive globale, une à El Nino (ENSO), une à la variabilité de basse fréquence du Pacifique, et un résidu. Dans la simulation historique de IPSLCM5, enlever la dérive globale de l'AMO avec LIM induit de meilleures corrélations avec l'AMOC que lorsque ce signal est soustrait par une dérive linéaire. Enlever l'influence de ENSO de l'AMO améliore très légérement ses corrélations avec l'AMOC, tandis qu'enlever la variabilité de basse fréquence du Pacifique les dégrade. La robustesse de ces résultats est vérifiée dans des simulations de contrôle avec 5 modèles. Cette déconstruction de l'AMO est aussi effectuée dans les observations. Enfin, l'impact du forçage volcanique sur les liens AMO-AMOC est étudié dans une simulation du dernier millénaire avec IPSLCM4.

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

Les travaux de cette thèse reposent sur l’étude des processus hétérogènes à la surface desparticules minérales en présence d’irradiation UV-A. Nous savons que les poussièresminérales contiennent des oxydes métalliques pouvant absorber la radiation solaire et ainsiactiver une chimie très différente de celle observée à l’obscurité. Un réacteur à écoulementd’aérosols a été utilisé pour étudier les interactions des gaz (SO2, NO2 et O3) avec devéritables poussières minérales, évitant ainsi les artéfacts de mesure liés à la naturemacroscopique des films comme dans les études précédentes.La mise en suspension des poussières minérales a permis d’observer une formation inattenduede nouvelles particules ultrafines en présence de SO2. Le mécanisme proposé pour expliquerce phénomène de nucléation suggère une désorption de radicaux OH photoproduits à lasurface des minéraux vers la phase gazeuse. Ce mécanisme a pu être corroboré par descampagnes de mesure en atmosphère réelle. Nous avons étudié la chimie des échantillons de réelles cendres volcaniques issus de la dernière éruption du volcan Eyjafjallajökull en Islande (2010). Ceci nous a permis d’élaborerdes cinétiques de capture du SO2 sur des films macroscopiques de cendres aboutissant à descoefficients de capture de l’ordre de 10-7. Ces cinétiques couplées à des analyses chimiquesont permis de proposer un mécanisme réactionnel expliquant la formation de sulfate de fer àla surface des cendres. Finalement, nous avons étudié les interactions photochimiques de O3 et NO2 sur les poussièresminérales dans le réacteur à écoulement mettant en évidence un bon accord avec des étudesantérieures sur des surfaces macroscopiques / The objective of this work is to study the heterogeneous processes of mineral dust surfacesunder UV-A radiation. It is know that mineral dust containing metal oxides which can absorbsolar radiation and therefore activate a different chemistry compared to that observed in thedark. In order to avoid measurement artifacts related to the nature of macroscopic films, anaerosol flow tube was developed during this work and applied to study the interactions ofSO2, NO2 and O3 with real mineral dust.An unexpected formation of new particles in the presence of SO2 was observed. In order toexplain this phenomenon, we suggest the desorption of OH radicals from the mineral dustsurface to the gas phase. This mechanism has also been supported by field campaigns.Using real samples of volcanic ash from the last eruption of Eyjafjallajökull in Iceland (2010)allowed us study capture of SO2 on macroscopic ashes films with uptake coefficient around10-7. Associated kinetic experiments combined with chemical analysis allowed us to propose areaction mechanism explaining the formation of iron sulfate on the surface of ashes.Finally, we investigated the photochemical interactions of O3 and NO2 with minerals dustaerosols in the flow tube reactor showing a good agreement with previous data obtained onmacroscopic surfaces.

Lorsqu'elle est chauffée, la roche peut subir une microfissuration thermique, qui influence ses propriétés physiques, mécaniques, thermiques, et de transport. La surveillance de la microfissuration thermique en laboratoire a été principalement réalisée pendant le chauffage, et rarement lors du refroidissement ou du chauffage cyclique que la roche subit dans les volcans et les réservoirs géothermiques. Un nouvel appareil a été élaboré pour surveiller les émissions acoustiques et mesurer les vitesses des ondes élastiques à haute température. L'état de fissuration a été évalué grâce à un nouvel algorithme d'analyse microstructurale, et l'influence des microfissures sur les propriétés des roches a été mesurée et modélisée. Selon la microstructure, la microfissuration peut avoir lieu pendant le chauffage ou le refroidissement, et les microfissures existantes peuvent s’ouvrir et se fermer de façon réversible avec des changements de température, et influencer les propriétés de la roche. / Rock may undergo thermal microcracking when heated, affecting its physical, mechanical, thermal, and transport properties. Thermal microcrack monitoring in the laboratory has mainly been performed during heating, and rarely during the cyclic heating and cooling relevant for volcanoes and geothermal reservoirs. For this, a new dedicated apparatus for the acoustic emission monitoring and wave velocity measurement at high temperatures was elaborated, building on previous designs. Microcrack damage was assessed with a new algorithm for quantitative microstructural analysis, and the influence of thermal microcracks on rock properties was measured and modelled. Depending on the rock type and initial microcrack content, microcracking occurred during either heating, cooling, or neither, and existing microcracks reversibly opened or closed with increasing temperature. In Earth's crust, the evolution of rock properties with temperature may be significant and is determined by the microstructure.

Des observations macroscopiques et microscopiques sur les plantes actuelles et fossiles ont été effectuées. Sur les plantes actuelles ont été effectué des observations relativement aux effets des gaz volcaniques sur l’ultrastructure des cuticules de Pinus halepensis et de Erica arborea récoltés dans l’aire volcanique des Campi Flegrei, Italie. Les observations conduites au TEM sur les cuticules de P. halepensis, influencé et non influencé par les gaz volcaniques, ont montré que : 1) l'épaisseur totale de la CM (cuticule) + CW (paroi pectocellulosique) ne subit pas de variations significatives d'épaisseur ; 2) la cuticule des aiguilles influencée par les gaz volcaniques montre une accumulation d’oxalate de calcium ainsi que 3) un réarrangement des fibrilles disposées parallèlement à la surface. Les observations conduites sur E. arborea ont permis de 1) constater que les épaisseurs totales des cuticules, influencées ou non par les gaz, sont significativement différentes ; 2) en présence de gaz volcaniques la couche externe A2 subit un accroissement d’épaisseur significatif. Par rapport aux macro-restes végétaux fossiles, les localités du Crétacé de Cusano Mutri et Pietraroja ont été étudiées. Le première site fossilifère a permis 1) d’identifier plusieurs taxa appartenant aux conifères; 2) de décrire une nouvelle espèce de conifère: Frenelopsis cusanensis; 3) de trouver l’angiosperme ancestrale Montsechia vidalii. L’étude taxonomique a permis de décrire des entités typiques de la Province Euro-Sinienne. L’étude sédimentologique et systématique montre un climat plutôt tropical-subtropical, des abondants fusains montrant des incendies naturels. / Macroscopical and microscopical observations on extant and fossil plants have been made. Observations on extant plants led to study the effects of volcanic gases on the cuticle ultrastructure of Pinus halepensis and Erica arborea sampled in the volcanic area of Phlegrean Italy. TEM observations on P. halepensis cuticles fumigated or not by volcanic gases revealed: 1) insignificant thickness variations of the cell wall plus cuticle among current- and first-year-old needles of both fumigated and not fumigated trees; 2) a calcium oxalate accumulation in fumigated leaves; 3) moreover, in respect to the cell surface, fibrils are disposed parallel to the surface of the cuticle. In specimens of E. arborea fumigated or not by volcanic gases, 1) the total thickness of cuticles varies significantly; 2) in plants experiencing chronic fumigation the A2 layer increases its thickness. As for fossil plants, the cuticles of Cretaceous Fossil-Lagertätten of Cusano Mutri and Pietraroja have been studied. In the former: 1) numerous taxa belonging to conifers have been identified; 2) the new species Frenelopsis cusanensis has been described; 3) Montsechia vidalii has been found outside of Spain. Taxonomical studies allowed the description of typical Euro-Sinian fossil plants. Sedimentological and taxonomical studies suggest semi-arid or arid conditions in a subtropical or tropical climate. It is worth noting as for Cusano Mutri locality, evidence of wildfire (fusain) suggests a periodic combination of arid periods, high temperatures and lightning strikes.