Dissertations / Theses: 'Système des carbonates océanique' – Grafiati (2024)

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Abstract:

La mer Méditerranée est souvent considérée comme un océan laboratoire pour comprendre les changements globaux liés à l’augmentation de CO2 atmosphérique. Ce travail, basé sur l’étude de données recueilles dans trois régions méditerranéennes, étudie les variations du CO2 océanique dans ce bassin. À l’échelle de la saison, outre les changements de température, le contenu en alcalinité influe sur le contenu en CO2 en Méditerranée orientale, tandis que les changements en carbone total sont responsables des variations dans le bassin occidental. En zone côtière urbanisée, l’émission de CO2 anthropique conditionne les échanges air-mer de CO2. Cette étude montre que l’augmentation de carbone et l’acidification à l’échelle de plusieurs années ne sont pas seulement dues à l’augmentation du CO2 atmosphérique : le contenu en alcalinité module ces tendances dans le bassin oriental, tandis que, dans le bassin occidental, ces tendances sont vraisemblablement influencées par la dynamique des courants
The Mediterranean Sea is often considered as a laboratory ocean for understanding global changes related to the atmospheric CO2 increase. This work, based on the study of data collected in three Mediterranean regions, investigates the variations of oceanic CO2 in this basin. On a seasonal timescale, in addition to temperature changes, alkalinity content influences the CO2 content in the Eastern Mediterranean, while total carbon changes are responsible for variations in the Western Basin. In urbanised coastal areas, anthropogenic CO2 emission’ influences air-sea CO2 exchanges. This study shows that the carbon increase and the acidification on a multi-year timescale is not only due to the increase in atmospheric CO2: the alkalinity content modulates these trends in the eastern basin, while, in the western basin, these trends are likely influenced by current dynamics

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Abstract:

La mer Méditerranée est caractérisée par une circulation rapide des masses d’eau, des concentrations faibles en nutriments avec un fort gradient d’oligotrophie, et une acidification plus rapide que pour l’océan global. Les Eaux Levantines Intermédiaires (LIW) reliant les deux bassins sont marquées par un minimum d’oxygène (O2). Les variabilités du contenu en O2, des nutriments et du carbone inorganique restent méconnues du fait de leur faible densité d’observation. Le développement et la validation d’une méthode neuronale CANYON-MED, spécifiquement conçue pour la Méditerranée, ont permis de dériver nutriments (nitrates, phosphates, silicates) et variables du système des carbonates (alcalinité totale, carbone total et pH) à partir de variables systématiquement mesurées (pression, température, salinité et O2, position spatio-temporelle). La dynamique du minimum d’O2 dans la LIW face à la variabilité des processus de ventilation des eaux intermédiaires en Méditerranée nord-occidentale a été étudiée sur la période 2012-2020. L’application de CANYON-MED a permis la description des tendances en nutriments et carbonates dans cette zone, face au phénomène intermittent de convection profonde. L’importance de la convection sur la ventilation des masses d’eau, et sur les tendances des nutriments et d’acidification sont mises en évidence, dans un contexte de stratification accrue par le changement climatique. Enfin, la ventilation de la LIW a été explorée dans sa zone de formation (le bassin Levantin) à l’aide de flotteurs Argo sur la période 2018-2019, nuançant l’injection d’O2 dans le patch de mélange
The Mediterranean Sea is characterized by rapid circulation of its water masses, low nutrient concentrations with a strong oligotrophy gradient, and a more rapid acidification than the global ocean. The Levantine Intermediate Waters (LIW) that connect the two basins are marked by a minimum of oxygen (O2). Variability in O2 content, nutrients, and inorganic carbon remain poorly understood given their low density of observation. The development and validation of a neural method CANYON-MED, specifically designed for the Mediterranean Sea, allowed to derive nutrients (nitrates, phosphates, silicates) and carbonate system variables (total alkalinity, total carbon and pH) from systematically measured variables (pressure, temperature, salinity and oxygen, position in time and space). The dynamics of the O2 minimum in the LIW in the face of variability in intermediate water ventilation processes in the northwestern Mediterranean was studied over the period 2012-2020. The application of CANYON-MED allowed the description of nutrients and carbonate trends in this area, in response to the intermittent deep convection phenomenon. The importance of convection on the ventilation of water masses, as well as on nutrient and acidification trends are thus highlighted, in a context of increased stratification by climate change. Finally, the ventilation of the LIW has been explored in its formation area (Levantine basin) using Argo floats over the period 2018-2019, nuancing the injection of O2 in the mixing patch

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Abstract:

Un intense metamorphisme de type hydrothermal oceanique affecte la sequence crustale de l'ophiolite de semail en oman. On etudie les flux chimiques et les gradients geothermiques grace aux inclusions fluides pour caracteriser les episodes majeurs des circulations hydrothermales

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Abstract:

Ce travail présente une étude de géochimie comparative entre les Terres rares (TR) et les éléments Y, Zr, Nb, Hf, Ta et Th dans le système exogène océanique. Il s'appuie sur la cohérence de comportement entre ces éléments dits hygromagmaphiles dans le cadre des processus magmatiques. Les résultats obtenus montrent que ces éléments subissent des fractionnements très importants dans le système exogène, depuis extraction à partir des roches jusqu'à leur incorporation dans les sédiments océaniques. Au cours de l'halmyrolyse, Les Tr peuvent être significativement évacuées tandis que les éléments Zr, Nb, Hf et Ta restent inertes. Les teneurs extrêmement faibles en éléments hygromagmaphiles dans les sédiments hydrothermaux suggèrent que ces éléments sont probablement peu remobilisés par les réactions à haute température dans la croûte océanique. Dans les sédiments terrigènes, la distribution de ces éléments traduit un phénomène d'héritage à partir des grands ensembles géologiques dont ils sont issus. Par rapport aux chondrites, les sédiments pélagiques sont enrichis en Tr relativement aux autres éléments hygromagmaphiles étudiés et des fractionnements peuvent apparaître au sein des paires d'éléments Y-Tb, Zr-Hf ET Nb-Ta. Ces fractionnements apportent des contraintes sur le rôle potentiel de sédiments vis-à-vis du magmatisme orogénique et océanique

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Abstract:

L’objectif de la thèse s’inscrit dans le cadre de contribuer à l’estimation des paramètres du système des carbonates en Mer Méditerranée, en particulier la pression partielle du CO2 dans l’eau (pCO2sw), l’alcalinité totale (AT), le carbone inorganique total (CT) et le pH. En premier lieu, on a calculé à partir des données des campagnes Boum en 2008 et MedSeA en 2013 les coefficients de mélange des masses d’eau dans les bassins Ouest et Est. L’analyse de ces coefficients nous a permis d’étudier l’évolution des masses d’eau en Mer Méditerranée entre les années 2008 et 2013.En deuxième lieu, on a présenté à partir des données de la mission MedSeA en mai 2013, les résultats des mesures récentes de pCO2sw sur une section longitudinale assez étendue allant du détroit de Gibraltar jusqu’au sous-bassin Levantin. Les résultats ont indiqué que les bassins Ouest et Est sont gouvernés par deux régimes différents de pCO2sw. Ces deux régimes ont été influencés par les propriétés physico-chimiques assez distinctes des deux bassins. A partir des mesures directes de pCO2sw on a calculé les flux journaliers de CO2 à travers l’interface air-mer en mai 2013 et cela pour le trajet couvert par la mission MedSeA. Pour aboutir à une analyse plus globale on s’est référé dans une étude ultérieure, aux données des campagnes Thresholds et MedSeA. On a établit ainsi deux équations pour estimer en mai 2007 et 2013, la pCO2sw à partir des données satellites de température de surface, Chlorophylle_a et l’index de la couleur de la matière organique dissoute. Puis, on a calculé et cartographié les flux air-mer de CO2 en mai 2013 à l’échelle de toute la Mer Méditerranée et pour une résolution spatiale de 4 km.Ensuite, on a établi à partir des données de la mission MedSeA, des régressions linéaires pour estimer l’AT et le CT à partir de la salinité, et cela pour chaque sous-bassin de la Mer Méditerranée et pour plusieurs intervalles de profondeur. Ultérieurement, on s’est concentré aux données physico-chimiques dans les eaux de surface, compilées de plusieurs campagnes océanographiques entre 1998 et 2013. Les équations établies pour estimer l’AT et le CT dans les eaux de surface, ont indiqué que le meilleur polynôme inclue la salinité et la température. Ces polynômes ont été appliqués sur les cartes climatologiques de température et de salinité du World Ocean Atlas, pour cartographier les variabilités spatiales et saisonnières de l’AT et du CT sur une moyenne de 7 ans. En outre, à partir des données de la mission MedSeA, on a estimé les concentrations en carbone anthropique (CANT) et la variation de l’acidification (∆pH) en Mer Méditerranée. Les résultats ont indiqué que la Mer Méditerranée est fortement contaminée par le CANT avec des concentrations bien plus élevées que celles enregistrées dans l’océan Pacifique ou Indien. Le calcul du ∆pH a indiqué que la Mer Méditerranée est déjà acidifiée de la surface jusqu’en profondeur. Enfin, on a présenté un modèle pour prédire le ∆pH en fonction de concentrations théoriques de CANT. On a montré que le seuil en CANT pour lequel l’acidification va fortement s’intensifier en Mer Méditerranée est déjà atteint. Aussi, les eaux profondes des bassins Occidental et Oriental, deviendront très probablement sous saturées par rapport à la calcite et à l’aragonite d’ici la fin du siècle prochain
The objective of the thesis is to contribute to the estimation of the carbonate system parameters in the Mediterranean Sea, in particular the partial pressure of CO2 in water (pCO2sw), total alkalinity (AT), total inorganic carbon (CT) and pH.The study was initiated by an adequate calculation of the water masses mixing coefficients in the Western and Eastern basins, using data from the Boum and MedSeA cruises in 2008 and 2013, respectively. The analysis of the mixing coefficients, allowed us to study the evolution of water masses in the Mediterranean Sea between the years 2008 and 2013.Subsequently, using data from the 2013 MedSeA cruise, we presented the results of recent measurements of pCO2sw on a wide longitudinal section from the Strait of Gibraltar to the Levantine sub-basin. The results indicated that the Western and Eastern basins were characterized by two different pCO2sw regimes. These regimes were mainly affected by the distinctive physico-chemical properties of each basin. From the direct measurements of pCO2sw we calculated along the track of the MedSeA cruise, the daily CO2 fluxes across the air-sea interface in May 2013. To achieve a more comprehensive analysis, we referred in a consecutive study to the data of the Thresholds and MedSeA cruises. From these data, we provided two equations to estimate in May 2007 and 2013; pCO2sw from satellite data of sea surface temperature, Chlorophyll_a and the chromophoric dissolved organic matter index. Furthermore, we calculated and mapped the air-sea CO2 fluxes in May 2013 across the whole Mediterranean Sea, with a spatial resolution of 4 km.Successively, we established from the MedSeA cruise data, linear regressions to estimate AT and CT from salinity, in each sub-basin of the Mediterranean Sea and for several depths. Later on, we focused on the physico-chemical data in surface waters, compiled from several oceanographic cruises between 1998 and 2013. The equations developed to estimate the AT and CT in surface waters, indicated that it is best to include in these polynomials both salinity and temperature. These polynomials were applied to the climatological fields of salinity and temperature of the World Ocean Atlas, in order to map the spatial and seasonal variability of AT and CT on a 7 years average.Moreover, we estimated from the MedSeA cruise data, the concentrations of anthropogenic carbon (CANT) and the variation of acidification (ΔpH) in the Mediterranean Sea. The results indicated that the Mediterranean Sea is heavily contaminated by CANT, with higher concentrations than those recorded in the Pacific or Indian Ocean. Also, the calculated ΔpH indicated that the Mediterranean Sea is already acidified from the surface to the deep waters. Finally, we presented a model to predict the ΔpH according to theoretical concentrations of CANT. Consequently, we showed that we already reached the tipping point of CANT, for which the acidification will strongly intensify in the Mediterranean Sea. Moreover, the deep waters of the Western and Eastern basins are very likely to become under saturated in calcite and aragonite by the end of the next century

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Abstract:

Ce travail a pour objectif principal de montrer l'apport des flotteurs de surface pour l'etude de la circulation oceanique. La premiere partie montre que les limites de capacite et de precision de localisation du systeme argos vont au-dela des besoins des oceanographes. En ameliorant les traitements, on peut obtenir des precisions de 50 a 100 m sur une localisation instantanee et de 10 a 20 m (en relatif) pour des points fixes. La circulation moyenne en atlantique nord est ensuite calculee a partir de 135 flotteurs de surface. Une composante ageostrophique - d'amplitude environ 2% celle du vent et a 45 a droite en moyenne de son axe est estimee. Les temps integraux et les diffusivites turbulentes (hors gulf stream) sont respectivement compris entre 2 et 5 jours et 2 et 8 10#7 cm#2s#-#1. Les diffusivites calculees a partir de la variabilite de la topographie de surface semblent sous-estimees. Leurs gradients montrent que les vitesses moyennes des flotteurs lagrangiens peuvent etre legerement biaisees. Dans la troisieme partie, les energies cinetiques tourbillonnaires obtenues par l'altimetrie (geosat) et les flotteurs de surface sont comparees et un tres bon accord est obtenu. L'apport specifique de l'altimetrie est mis en evidence en calculant les spectres en nombre d'onde de la topographie de surface sur l'atlantique nord. Enfin, deux techniques de combinaison des flotteurs de surface a l'hydrologie et aux flotteurs profonds sont presentees. Une analyse objective multivariee pouvant prendre en compte un champ moyen non uniforme est utilisee pour decrire un tourbillon associe au front des acores. Les fonctions de correlation sont obtenues par l'altimetrie. On montre que les flotteurs de surface utilises suivent les courants geostrophiques. Un modele inverse permet d'estimer une circulation stationnaire geostrophique dans l'atlantique nord-ouest satisfaisant des contraintes de non divergence 3d, de conservation de la densite potentielle et de pompage d'ekman. La compatibilite des donnees et l'apport des flotteurs lagrangiens sont montres

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Abstract:

L'île de La Réunion est un système océanique volcanique dont l'essentiel du volume est immergé. Sa structure interne est investiguée par approches géophysiques, gravimétrique, magnétique et électromagnétique, offrant un modèle du système à grande échelle. La couverture gravimétrique du Piton de la Fournaise permet de distinguer les sources superficielles et profondes. Des variations gravimétriques associées à l'effondrement du Dolomieu en 2007 sont étudiées en terme de déplacaments de masse au sein de l'édifice. Le Piton des Neiges apparaît organisé autour d'un système hypovolcanique de grande extension. La corrélation entre sa morphologie et la topographie suggère une relation entre la subsidence du complexe et celle des dépressions sus-jacentes. La couverture de formations récentes, présente des épaisseurs variables et permet de recontruire la morphologie de l'île à la transition Brunhes-Matuyama. A l'échelle du système immergé, la morphologie de deux larges zones de constructions volcaniques anciennes est proposée, à l'E et au SO de l'île remettant en question les interprétations sismiques. La morphologie générale de l'édifice construit est reconstituée. Le plateau côtier est interprété en terme d'accumulations de hyaloclastites et de pillow lavas. Les quatre excroissances sous-marines sont principalement composées d'accumulation de dépôts d'avalanches de débris, dont les contrastes internes de densité peuvent être corrélés avec certaines unités géologiques observées en surface. Une étude comparative entre l'édificice de la Réunion et d'autres îles océaniques met en lumière les analogies et dissemblances morphologiques, structurales et géophysiques entre différents systèmes volcaniques océaniques

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Abstract:

L'Ile de La Réunion est un système océanique volcanique dont l'essentiel du volume est immergé. Sa structure interne est investiguée par approches géophysiques, gravimétrique, magnétique et électromagnétique, offrant un modèle du système à grande échelle. La couverture gravimétrique du Piton de la Fournaise permet de distinguer les sources superficielles et profondes. Des variations gravimétriques associées à l'effondrement du Dolomieu en 2007 sont étudiées en termes de déplacements de masse au sein de l'édifice. Le Piton des Neiges apparaît comme un immense volcan organisé autour d'un système hypovolcanique de grande extension. La corrélation entre sa morphologie et la topographie suggère une relation entre la subsidence du complexe et celle des dépressions sus-jacentes. La couverture de formations récentes, incomplète, présente des épaisseurs variables et permet de reconstruire la morphologie de l'île à la transition Brunhes-Matuyama. A l'échelle du système immergé, la morphologie de deux larges zones de constructions volcaniques anciennes est proposée, à l'E et au SO de l'île, remettant en question les interprétations sismiques. La morphologie générale de l'édifice construit est reconstituée. Le plateau côtier est interprété en termes d'accumulation de hyaloclastites et de pillow lavas. Les quatre excroissances sous-marines sont principalement composées d'accumulation de dépôts d'avalanches de débris, dont les contrastes internes de densité peuvent être corrélés avec certaines unités géologiques observées en surface. Une étude comparative entre l'édifice de La Réunion et d'autres îles océaniques met en lumière les analogies et dissemblances morphologiques, structurales et géophysiques entre différents systèmes volcaniques océaniques.

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Abstract:

La connaissance des aléas hydrologiques extrêmes occupe une place importante dans les recherches actuelles. Les crues sont, en particulier, des phénomènes naturels connus qui se produisent de façon récurrente en France et notamment en Basse-Normandie, provoquant des inondations toujours plus dommageables. Les raisons en sont multiples : une vulnérabilité grandissante des sociétés dans les secteurs à risque mais aussi, une méconnaissance de l'aléa et une simplification de la compréhension des crues par des modèles hydrologiques universels. Or les crues sont des phénomènes intégrateurs, reflet du climat et de sa variabilité mais aussi de toute la géographie du bassin versant (composantes naturelles et humaines). Jusqu'à présent, cette continuelle interaction des facteurs et des processus a rarement été prise en compte par les modèles hydrologiques généraux. Cette recherche propose donc une alternative à la vision purement hydrologique des faits. Elle met en évidence la complexité géographique des phénomènes hydrologiques en relation avec le milieu naturel et humain. La première partie permet de poser les bases théoriques de la recherche et de montrer la diversité géographique de la région étudiée. Un deuxième point décrit et recherche les causes des crues (conditions permanentes ou non du milieu). Enfin la troisième partie analyse la variabilité spatio-temporelle de la réponse des bassins versants bas-normands par l'étude de quelques exemples significatifs de la diversité régionale. L'étude conclut sur la nécessité d'une approche critique des analyses uniquement hydrologiques. Une alternative peut être trouvée dans une approche hydrogéographique des crues, intégrant la notion de terroir hydrologique.

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Abstract:

En Corse alpine, les minéralisations sulfurées associées aux ophiolites apparaissent à différents niveaux de la séquence ophiolitique depuis les péridotites (transformées le plus souvent en serpentinites) jusqu'aux basaltes en passant par les gabbros. Les textures et les paragenèses métalliques montrent que le dépôt de la minéralisation se fait en deux stades. Le premier stade est quantitativement prédominant. Il est caractérisé par une paragenèse primaire de haute température (300 à 400 °C. Cette paragenèse est dominée par les sulfures de fer. Il s'agit soit de la pyrite dans les basaltes et les gabbros ; soit de la pyrrhotite hexagonale dans les serpentinites. Le stade tardif est caractérisé par une paragenèse de basse température, dominée par les sulfures de cuivre (principalement chalcopyrite et cubanite) traduisant l'enrichissem*nt en cuivre des fluides tardifs.
La mise en place des minéralisations sulfurées est liée à un système hydrothermal convectif établi dans la croûte océanique. Les interactions eau de mer - roches ont abouti à des transformations des roches à différents degrés de métamorphisme. L'étude minéralogique et paragénétique de ces transformations montre que le système hydrothermal a évolué en deux stades et avec une baisse de température. En se rapprochant des filons minéralisés, le quartz devient plus abondant et les minéraux secondaires s'enrichissent en fer. La pénétration des fluides jusqu'au dans le manteau supérieur est facilitée par les fissures des roches liées à la déformation intraocéanique.
Le système hydrothermal responsable du dépôt des minéralisations sulfurées est lié au magmatisme tardif de la série de Rospigliani. Cette série montre des caractères magmatiques, tectoniques et sédimentaires particuliers permettant de placer sa genèse au niveau d'une zone transformante. Ce magmatisme est précédé par celui de la série de l'Inzecca qui présente des affinités avec les tholéiites reconnues actuellement à l'aplomb des dorsales océaniques de type normal.
Le modèle génétique des minéralisations sulfurées associées aux ophiolites de Corse est comparable à ceux développés dans les rides océaniques actuelles et dans les ophiolites de Chypre et d'Oman.

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Abstract:

Quels sont les pré-requis pour étudier l'influence du changement climatique simulé par les modèles couplés globaux de la génération actuelle sur le système d'upwelling du Pérou-Chili?" constitue la question centrale de cette thèse de doctorat. Grâce à une approche de downscaling (descente d'échelle) dynamique réalisé avec le modèle ROMS (Regional Oceanic Modelling System) pour une configuration au 1/6° de type eddy-resolving (cad qui permet de représenter les tourbillons mésoéchelle), nous espérons comprendre les processus qui vont contrôler les changements futurs de la circulation océanique dans cette région influencée par ENSO (El Niño-Oscillation Australe). Une étude des mécanismes physiques qui contrôlent la variabilité de type ENSO dans les simulations PI (pré-industrielles) réalisées avec les CGCMs (Modèles Couplés de Circulation Générale) de l'ensemble multi-modèle du WCRP-CMIP3 (les " modèles du GIEC ") permet d'identifier les modèles les plus fiables en termes de variabilité équatoriale. Elle est basée sur l'utilisation d'un modèle couplé intermédiaire du Pacifique tropical avec une stratification moyenne et un forçage de vent prescrits, afin de pouvoir dériver explicitement les termes d'advection du bilan de chaleur de la couche de mélange. Cette analyse permet de classifier les modèles en fonction de leur processus ENSO dominant: zonal advective feedback ou thermocline feedback. Les modèles au feedback hybride comme dans les observations représentent le mieux les processus couplés qui contrôlent la variabilité de la TSM, ce qui nous conduit à faire l'hypothèse que ce sont ceux qui fournissent les indices de confiance les plus élevés en termes de prédiction de l'évolution d'ENSO avec le réchauffement global. Parmi eux, deux CGCMs (IPSL-CM4 et INGV-ECHAM4) reproduisent le mieux l'état moyen ainsi que la variabilité intrasaisonnière à interannuelle de la température et des courants à la frontière Ouest du domaine du Pérou-Chili (100°W) et sont donc retenus pour des expériences de downscaling sur la région du HCS (Système de Courant de Humboldt). .
What do we need to study the influence of climate change simulated by global coupled models of the current generation upon the Peru-Chile upwelling system " is the main question addressed in this PhD thesis. Thanks to a dynamical downscaling approach performed with the ROMS model (Regional Oceanic Modelling System) at an eddy-resolving resolution (1/6°), we aim at understanding the processes that are likely to control possible future changes in the ocean circulation over this region influenced by ENSO (El Niño-Southern Oscillation). A study of the physical mechanisms that control ENSO-like variability in PI (pre-industrial) simulations performed with CGCMs (Coupled General Circulation Models) of the WCRP-CMIP3 multi-model ensemble (the so-called " IPCC-AR4 models ") allows identifying the most reliable models in terms of equatorial variability. It makes use of an intermediate coupled model of the tropical Pacific with prescribed mean stratification and wind forcing in order to derive explicitly the tendency terms of the mixed layer heat budget. Such analysis allows classifying the models according to the dominant ENSO process: zonal advective feedback or thermocline feedback. Models with a hybrid feedback like in the observations best represent the coupled processes that control SST variability, which makes us assume that they provide the highest confidence levels in terms of prediction of ENSO evolution under global warming. Among them, two CGCMs (IPSL-CM4 and INGV-ECHAM4) best reproduce mean temperature and currents as well as their intraseasonal-to-interannual variabilities at the western boundary of the Peru-Chile domain (100°W) and are therefore retained for downscaling experiments over the HCS (Humboldt Current System) region. CGCM outputs from the PI and 4xCO2 (CO2 quadrupling) simulations for the oceanic part are used directly as open boundary conditions for ROMS, whereas a high-resolution (~50km) CGCM-derived wind product obtained from a statistical downscaling procedure is used together with raw CGCM air-sea fluxes for the atmospheric forcing. .

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Abstract:

Cet ouvrage etudie la faisabilite d'un systeme a base de connaissances pour l'aide a la surveillance oceanique a partir d'un reseau de magnetometres. La detection de la signature magnetique au passage d'une cible sous le reseau necessite un savoir faire qui releve de la connaissance experte du systeme de mesure, des proprietes des phenomenes naturels perturbateurs et des methodes de traitement specifiques. L'objectif a terme est de fournir a l'operateur, une assistance informatique lui communiquant les elements utiles pour l'aider a prendre des decisions optimales, en prenant en compte toute l'information a priori disponible, meme imparfaite et en pilotant les codes de calcul. L'etude s'effectue en trois etapes. La premiere repertorie l'ensemble des connaissances: l'environnement des mesures (phenomenes, sources, proprietes) ; les methodes de traitement des signaux (mono et bidimensionnels) pour l'extraction de caracteristiques et leur interpretation (en temps et frequences) ; les strategies pour la detection magnetique sous-marine. La seconde propose une architecture distribuee (blackboard) pour l'integration et la modelisation des connaissances expertes. Une base de donnees orientee objet symbolise l'etat de la resolution et l'organisation de l'environnement des mesures. Un controleur reactif a l'environnement planifie le declenchement de codes de calcul declares par les sources de connaissances. La decision dans le controle est realisee par une methode a base de regles floues. Elle associe les informations numeriques et symboliques. L'operateur communique avec la machine sur une base lexicale de qualificatifs. La troisieme etape presente un demonstrateur. Il fournit des avis directement interpretables par l'operateur en adequation avec le manque d'information. Il prend en compte l'acquisition des informations, l'apprentissage des bruits, la surveillance de la zone, la reduction des bruits et la detection d'une cible mobile

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Abstract:

Les terres rares sont des éléments chimiques au comportement très proche. Elles regroupent deux systèmes radioactifs de longue vie: 138La-138Ce (T1/2 = 292.5 Ga) et 147Sm-143Nd (T1/2= 106 Ga). Le Ce présente la particularité de s’oxyder sous forme 4+ dans les milieux supergènes alors que les autres terres rares sont présentes sous forme trivalente (3+). Ce comportement particulier du cérium induit une forte anomalie négative en Ce dans l’eau de mer et dans les sédiments se formant en équilibre avec l’eau de mer (sédiments biogènes et authigènes). L’étude du rapport 138Ce/142Ce peut apporter des informations concernant la nature des sédiments recyclés au cours des processus de subduction, et plus particulièrement sur la participation de sédiments authigènes et biogènes puisque de nombreuses laves sont caractérisées par des anomalies négatives en cérium. L’étude du système 138La-138Ce a été développée dans les années 80. Le temps de demi-vie du système étant important, et l’abondance du 138La faible, les variations du rapport isotopique 138Ce/142Ce sont toujours faibles. Nous proposons donc de reconsidérer l’étude du système 138La-138Ce avec la nouvelle génération de spectromètre de masse. Les mesures isotopiques du Ce sont réalisées sous forme oxyde sur un spectromètre de masse à thermo-ionisation. La précision analytique obtenue, après correction du fractionnement de masse de l’oxygène et de l’effet de queue de pic du 140Ce, est de 40 ppm sur une même session analytique. Une grande quantité de données ont été obtenues sur les standards de Ce AMES et JMC-304, ainsi que sur les standards de roche BCR-2 et BHVO-2. Deux zones de subduction intra-océaniques présentant des contextes géodynamiques contrastés ont été étudiées: les Petites Antilles et les Mariannes. Nous avons analysé les rapports isotopiques 138Ce/142Ce des laves, des sédiments provenant des piles sédimentaires forées en amont des fosses ainsi que des MORB dans le but de mieux caractériser la nature des sédiments participants à la genèse des laves. Les laves de la Martinique (Petites Antilles) présentent de grandes variabilités isotopiques en Ce et corrèlent avec les isotopes du Nd. L’origine des anomalies en cérium des laves ne peut pas être attribuée uniquement au composant sédimentaire participant à la genèse des laves. Dans le cas des Mariannes, les rapports isotopiques en Ce et Nd sont très hom*ogènes. Des mélanges binaires solide-fluide entre le coin de manteau et les sédiments potentiellement subduits nous permettent de déterminer que les anomalies négatives en Ce des laves proviennent de la participation de fluides issus de la fusion partielle des sédiments biosiliceux (entre 1.5 et 7%)
Elements from the Rare Earth Elements have very close chemical behavior. They include two long-lived isotope systems: 138La-138Ce (T1/2 = 292.5 Ga) and 147Sm-143Nd (T1/2 = 106 Ga). Ce displays a specific behavior in supergene environments. For example in seawater cerium is oxidized in Ce (IV) whereas other rare earth elements are present in a trivalent state (3+). Thus, seawater rare earth element patterns are characterized by strong negative Ce anomalies. The sediments formed in equilibrium with seawater (biogenic and authigenic sediments) present similar chemical characteristics. The study of the 138Ce/142Ce ratio in lavas formed in subduction settings is able to bring additional information regarding the nature of recycled sediments, and more particularly the participation of authigenic materials in the genesis of these lavas since negative Ce anomalies are commonly measured in these samples. 138Ce/142Ce variations are always small given the long half-life of the parent isotope and its small abundance. Although the study of 138La-138Ce systematics has been developed during the 80’s, we propose here to reinvestigate its use as a potential tracer of recycled sediment with the new generation of mass spectrometers. The Ce isotopic compositions are measured in oxide species on a thermal ionization mass spectrometer. The analytical precision defined on the same analytical session is about 40 ppm after correction of oxygen mass fractionation and considering the tailing effect of 140Ce on lower masses. A large amount of data has been obtained on two artificial Ce standards (AMES and JMC-304), and on two rock standards (BCR-2 and BHVO-2). Two intra-oceanic subduction zones with contrasting geodynamic settings have been studied: the Lesser Antilles and the Marianas. We have analyzed the 138Ce/142Ce ratio on lavas, sediments drilled in front of the trenches, and MORB, in order to better characterize the nature of the sediments incorporated in the mantle wedge. A large Ce isotopic variability and correlation with Nd isotopes is observed for the Martinique lavas (Lesser Antilles). The origin of Ce anomalies of lavas cannot only be attributed to the participation of sediments at the source of the lavas. Marianas lavas present very similar Ce and Nd isotopic ratios. Binary solid-fluid mixing between the mantle wedge and sediments potentially subducted permits to assess the origin of the Ce anomalies to the participation of fluids coming from the partial melting of biosiliceous sediments (1.5% to 7%)

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Abstract:

L’analyse de la morphobathymétrie, de la réflectivité acoustique et de la sismique haute et très haute résolution des données acquises lors des campagnes océanographiques Carambar (2010 – 2017) a permis d’obtenir une vue d'ensemble de la morphologie et des processus de transferts sédimentaires, de la pente supérieure à la plaine abyssale d'un système carbonaté moderne : la pente nord-est du Little Bahama Bank (LBB). Ces travaux viennent compléter les résultats de Tournadour (2015), Chabaud (2016), et Fauquembergue (2018), notamment sur l’architecture profonde de ce système. La distribution spatiale des échofaciès et des faciès de réflectivité acoustique montrent une grande variété de structures, témoignant de l’activité de nombreux processus sédimentaires le long de la pente du LBB. Elle montre notamment l’existence d’une subsidence différentielle entre la partie orientale et occidentale du LBB. Les profils sismiques haute-résolution fournissent de nouveaux indices sur l'origine du Great Abaco Canyon, canyon carbonaté d'une profondeur inhabituelle. Des failles de direction N110, apparentées à la Great Abaco Fracture Zone, indiquent un contrôle structural sur l'emplacement du Great Abaco Canyon et sa physiographie actuelle. Ces structures suggèrent une réactivation néogène du réseau de failles pendant la croissance de la plate-forme, contrastant avec le calme tectonique apparent de la région décrit jusqu’alors. Le complexe chenal-lobe, sans expression bathymétrique, à l’embouchure du Great Abaco Canyon, montre qu’une période exceptionnelle d'exports gravitaires a largement contribué à l’activité du canyon au Miocène supérieur. L'architecture sismique du Blake Plateau montre une succession de faciès sismiques bien définis, séparés par des réflexions de grande amplitude interprétées comme des drifts contouritiques. La morphologie de ces drifts souligne l'apparition d'un courant oligo-miocène, s'écoulant vers le nord le long du bord du Blake Bahama Escarpment et à travers le Blake Plateau. Des monts carbonatés d’eaux froides, associés soit aux échappements de fluides, soit aux courants situés dans les paléo-dépressions topographiques, permettent de définir deux origines pour ces monts : les bioherms (type 1 & 2) et les chemoherms (type 3). L'association stratigraphique des monts avec les surfaces d'érosion est révélatrice des changements à grande échelle des courants de fond dans la zone
The large acoustic data set acquired during the Carambar cruises (2010 – 2017) is composed of high resolution bathymetry, backscatter data and very-high resolution seismic lines which allow for an overview of the morphology and sediment transfer processes from the shallow upper slope to the abyssal plain of a modern carbonate system: the north-eastern slope of the Little Bahama Bank. This work completes the results from Tournadour (2015), Chabaud (2016), and Fauquembergue (2018), with a focus on the architecture of this deep system. Surficial distribution of the acoustic facies and echofacies reflects a wide variety of sedimentary processes along and across the slope. It demonstrates the occurrence of a differential subsidence affecting the eastern versus western part of the bank. High resolution seismic profiles give new clues on the origin of a giant carbonate canyon, the Great Abaco Canyon. N110-trending faults have been recognized on the seismic profiles crossing through the Great Abaco Canyon mouth and can be related to the Great Abaco fracture zone. These structures suggest a Neogene fault reactivation during platform growth, contrasting with the quiet tectonic period previously described on the region. The channel – lobe complex at the Great Abaco Canyon mouth has no bathymetric expression. It shows that exceptional mass-flow events largely contributed to an important sediment transfer in the canyon during the Upper Miocene. The seismic architecture of the southern part of the Blake Plateau shows a succession of well-defined seismic facies, separated by high-amplitude reflections, interpreted as stacked contouritic sequences. These contouritic drifts emphasize the occurrence of an Oligo-Miocene current flowing northward along the Blake Bahama Escarpment edges and across the Blake Plateau. Fluid-associated structures and current-associated mounds located in topographic lows allow the definition of two origins for mounds: bioherms (type 1 & 2) and chemoherms (type 3). The stratigraphic association of mounds with erosion surfaces is further indicative of large-scale changes of the activity of bottom currents in the zone

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Abstract:

La découverte récente (2013) d'émissions de méthane microbien en rebord du plateau Aquitain (entre 140 et 220 m de profondeur d'eau) sur une bande s'étendant le long de 80 km du nord au sud entre le Cap Ferret et le Capbreton suscite des interrogations sur les modalités de mise en place et d'évolution spatio-temporelle du système fluide associé. Les indices fluides liés à ce système microbien, tels que les carbonates authigènes et les niveaux chargés en gaz, sont localisés dans la zone externe du plateau et s'étendent jusqu'à la partie haute de la pente continentale. Au regard de la géométrie des horizons régionaux, des indices géochimiques et des voies potentielles de migration du gaz, la source de la matière organique pour la génération de ce méthane microbien serait située dans les derniers clinoformes du Pléistocène supérieur, et permettrait la précipitation des carbonates sur une largeur dépendante de l'épaisseur de ces clinoformes. A l'est de ce système, donc plus proche du continent, la présence d'indices potentiels enfouis (carbonates authigènes ou gaz) permet de penser que d'autres systèmes fluide se sont développés au cours de la progradation de la marge Sud Aquitaine, et ce, possiblement depuis le Pliocène. Le développement du système fluide est ainsi étroitement lié à l'évolution de la marge Sud Aquitaine et dépend des flux sédimentaires qui régissent les apports de matière organique dans les unités progradantes. Le caractère unique de ce système microbien dans le Golfe de Gascogne et sa restriction à la marge Sud Aquitaine s'expliquerait essentiellement par le contrôle des apports sédimentaires continentaux
The recent discovery (2013) of microbial methane emissions along the Aquitaine continental Shelf edge, south west of France (from 140 to 220 m of water depth), extending along 80 km N-S and 8 km E-W, questions about the initiation and temporal evolution of this fluid system. Several fluid evidences related to the microbial system at the edge of the Aquitaine Shelf, such as authigenic carbonates and gas-charged layers extend from the external shelf until the upper part of the continental slope. Based on regional horizon geometry, geochemical evidences and potential migration pathways, the organic source matter for microbial methane is most likely located within the last upper Pleistocene clinoforms of the South Aquitaine margin. Occurrence of potential buried fluid evidence at the east of the fluid system is interpreted as potential evidence for initiation of this fluid system during the Pliocene age. The fluid system initiation and its evolution would be strongly related to the evolution/progradation of the South Aquitaine Margin and thus to the sedimentary regime controlling sediment and organic matter supplies to the shelf and upper continental slope. This relation explains the fact that such fluid system is unique in the Bay of Biscay and is restricted to the South Aquitaine Margin

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Abstract:

L’océan côtier occupe une position clé dans le cycle du carbone et est exposé à l’acidification des océans. Une grande partie de matière organique(MO) marine et continentale est minéralisée dans les sédiments estuariens par des voies aérobies ou anaérobies. Cette minéralisation produit du carbone inorganique dissous (DIC), mais aussi de l’alcalinité totale(TA) pour la partie anoxique, ce qui tamponne les variations de pH du système et augmente la capacitéde l’eau de mer à absorber du CO2. Des mesures dans les sédiments du prodelta du Rhône ont montré que la minéralisation anoxique, surtout la sulfato-réduction, y est dominante et produit des forts flux de TA et de DIC. Proche de l’embouchure, c’est surtout la MO continentale qui est minéralisée et la fraction marine augmente vers le large. Une expérience d’acidification des sédiments de la baie de Villefranche-sur-mer a montré que l’acidification des océans cause la dissolution des carbonates ce qui tamponne le pH dans les sédiments
Continental shelves are key regions for theglobal carbon cycle and particularly exposed to oceanacidification. A large part of organic matter (OM) ofcontinental and marine origin is mineralized in estuarinesediments following oxic and anoxic pathways.This mineralization produces dissolved inorganic carbon(DIC) leading to acidification of the bottom waters.Anoxic mineralization can produce total alkalinity(TA) that can contribute to buffer bottom water pHand increase the CO2 storage capacity of seawater. Measurementsin the sediments of the Rhˆone River prodeltashowed that anoxic mineralization, especially sulfate reduction,are the major pathways of OM mineralizationand create high DIC and TA fluxes. Land derived OMis mineralized close to the river mouth and marine OMtakes over on the shelf. An acidification experiment withsediment cores from the bay of Villefranche evidencedthat acidification causes carbonate dissolution at thesediment surface that buffers porewater pH

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Abstract:

L’océan côtier occupe une position clé dans le cycle du carbone et est exposé à l’acidification des océans. Une grande partie de matière organique(MO) marine et continentale est minéralisée dans les sédiments estuariens par des voies aérobies ou anaérobies. Cette minéralisation produit du carbone inorganique dissous (DIC), mais aussi de l’alcalinité totale(TA) pour la partie anoxique, ce qui tamponne les variations de pH du système et augmente la capacitéde l’eau de mer à absorber du CO2. Des mesures dans les sédiments du prodelta du Rhône ont montré que la minéralisation anoxique, surtout la sulfato-réduction, y est dominante et produit des forts flux de TA et de DIC. Proche de l’embouchure, c’est surtout la MO continentale qui est minéralisée et la fraction marine augmente vers le large. Une expérience d’acidification des sédiments de la baie de Villefranche-sur-mer a montré que l’acidification des océans cause la dissolution des carbonates ce qui tamponne le pH dans les sédiments
Continental shelves are key regions for theglobal carbon cycle and particularly exposed to oceanacidification. A large part of organic matter (OM) ofcontinental and marine origin is mineralized in estuarinesediments following oxic and anoxic pathways.This mineralization produces dissolved inorganic carbon(DIC) leading to acidification of the bottom waters.Anoxic mineralization can produce total alkalinity(TA) that can contribute to buffer bottom water pHand increase the CO2 storage capacity of seawater. Measurementsin the sediments of the Rhˆone River prodeltashowed that anoxic mineralization, especially sulfate reduction,are the major pathways of OM mineralizationand create high DIC and TA fluxes. Land derived OMis mineralized close to the river mouth and marine OMtakes over on the shelf. An acidification experiment withsediment cores from the bay of Villefranche evidencedthat acidification causes carbonate dissolution at thesediment surface that buffers porewater pH

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Abstract:

Dans le cadre de cette thèse, on s’est intéressé aux interactions fleuves-système climatique dans des contextes climatiques plus froid ou plus chaud qu’actuellement. Une première étape a été de modéliser le climat du Dernier Maximum Glaciaire (DMG), en prenant en compte une modification du tracé des fleuves liée à la présence d’énormes calottes de glaces, touchant plus particulièrement les fleuves nordiques atteignant l’Océan Arctique, les Mers Nordiques et l’Océan Atlantique Nord, régions-clefs pour la circulation océanique. La deuxième étape consiste à comprendre et à quantifier les mécanismes qui peuvent influencer le débit des fleuves. En fait, trois éléments majeurs peuvent induire ce changement: le climat, l’effet stomatique, et enfin les variations de la surface foliaire. En forçant le modèle de surface ORCHIDEE par un climat issu simulé par le modèle couplé de l’IPSL et des concentrations de gaz à effet de serre pour les 20e et 21e siècle, on a pu montrer que le ruissellement augmentera 2 fois plus vite au cours du 21 siècle qu’au cours du 20e et que cette augmentation est largement pilotée par le climat. Le rôle des stomates et de surface foliaire est mineur.

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Abstract:

La crevette hydrothermale Rimicaris exoculata est une espèce endémique des sites hydrothermaux de la ride médio-atlantique (MAR). Cette espèce vit en agrégats denses sur les parois des cheminées hydrothermales actives et domine la mégafaune de la plupart de ces sites. Cette crevette abrite deux communautés microbiennes distinctes dont les rôles demeurent partiellement élucidés. Une de ces communautés est associée à la cavité céphalothoracique et aux pièces buccales hypertrophiées. Celles-ci sont recouvertes par une importante communauté épibionte correspondant à des bactéries chimioautotrophes associées à des dépôts minéraux. Afin d’approfondir notre connaissance de cette communauté symbiotique et dans le cadre de la thèse, une approche de métagénomique a été entreprise.Celle-ci a permis de mettre en évidence la diversité microbienne présente, avec un phylum dominant, celui des Protéobactéries. Au sein de ce phylum, deux classes sont dominantes, les Gamma- et les Epsilonproteobacteria, d’autres classes sont également présentes, les Alpha-, Delta- et Beta-proteobacteria.Une nouvelle classe de Protéobactéries, les Zetaproteobacteria, très récemment décrite comme bactéries libres dans l'environnement hydrothermal, a été mise en évidence. Les types métaboliques bactériens ont également pu être étudiés de façon plus approfondie permettant d’avancer encore davantage dans la compréhension de la symbiose entre la crevette et les microorganismes s’y développant. Il a notamment été possible de reconstituer des voies métaboliques entières pour chaque épibionte principal (à savoir Epsilon-et Gammaproteobacteria) ainsi que d'étudier des gènes impliqués notamment dans la réponse aux fluctuations environnementales, dans la communication cellulaire et le quorum-sensing. Le groupe des Zetaproteobacteria a également été étudié, tout d'abord dans le cadre de l'analyse métagénomique, mais également par des approches moléculaires sur des spécimens provenant de plusieurs sites hydrothermaux de la MAR, et ce, afin de mieux définir l'association possible entre ces bactéries ferro-oxydantes et R. exoculata. La seconde communauté associée à R. exoculata réside dans le tractus digestif. Des analyses complémentaires aux précédentes études ont été menées lors de ce travail de thèse combinant notamment approche métagénomique et culturale
The hydrothermal shrimp Rimicaris exoculata is an endemic species of the Mid-Atlantic Ridge (MAR).This species lives in dense aggregates on the walls of active chimneys and dominates the megafauna of most of these sites. This shrimp has two distinct microbial communities whose roles remain almost unknown. One of these communities is associated with the cephalothorax and hypertrophied mouthparts.These are covered by a dense community of bacteria affiliated to chemoautotrophic epibionts associated with mineral deposits. To deepen our knowledge on the symbiotic community in the context of the thesis, a metagenomic approach was undertaken. This helped highlighting the microbial diversity present with a dominant phylum, the Proteobacteria. Two classes are dominant, Gamma-and Epsilonproteobacteria, other classes are also present. A new class of Proteobacteria, the Zetaproteobacteria very recently described as free living in hydrothermal environments, was identified. Bacterial metabolic types have also been studied in more detail via the metagenome to advance further in the understanding of the symbiosis. It has been possible to reconstruct metabolic pathways for each main epibiont (i.e. Epsilon- and Gammaproteobacteria), and to study genes in response to environmental fluctuations, in cell communication and quorum-sensing. The Zetaproteobacteria group has also been studied, first in the context of metagenomic analysis, but also using molecular approaches on several specimens from the MAR hydrothermal sites, to better define the possible association between R. exoculata and iron-oxidizing bacteria. The second community associated with R. exoculata is located in the digestive tract. Additional analyzes to previous studies have been conducted in this thesis including a metagenomic approach and cultures

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est l'étude de l'impact de Jets côtiers atmosphériques sur l'upwelling du Système de Courants de Humboldt. Une double approche est utilisée: la première consiste à étudier les circulations Atmosphérique et Océanique ainsi que les interactions Océan-Atmosphère à partir des observations, tandis que la seconde a pour but de modéliser ces circulations de manière réaliste à l'aide de modèles régionaux numériques (ROMS pour l'ocean et WRF pour l'atmosphere). Les résultats obtenus suggèrent qu'il existe différents Jets Atmosphériques côtiers le long de la côte Chilienne et Péruvienne. Pour certaines gammes de fréquences, ils contrôlent la variabilité des upwellings du Chili et du Pérou. Un bilan de chaleur de la couche de mélange au niveau du Chili Central permet d'identifier les principaux mécanismes qui contrôlent la réponse océanique. Nous montrons aussi, que la côte Péruvienne est sous l'influence à la fois du forçage atmosphérique local, mais aussi de la variabilité équatoriale via les ondes de Kelvin piégées à la côte Sud-Americaine. Le modèle régional atmosphérique reproduit avec réalisme les Jets Côtiers au niveau du Chili tandis qu'il peine à simuler la circulation atmosphérique au niveau du Pérou. Les simulations océaniques, elles, reproduisent la réponse océanique aux Jets Côtiers du Chili Central. Un bilan de chaleur de la couche de mélange permet d'étudier quels sont les mécanismes qui la contrôlent dans le modèle. Enfin, nous montrons que les modèles régionaux présentent une sensibilité à la résolution spatiale des modèles atmosphérique et océanique. En particulier, au niveau de la côte, le comportement des vents dans le modèle atmosphérique dépend de la résolution spatiale du modèle. . .
The objective of this thesis is to study the impact of atmospheric Coastal Jets on the upwellings of the Humboldt Currents System. A double approach is used: the first one consists in studying the Atmospheric and Oceanic Circulation as well as the Ocean/Atmosphere interactions from the observations, whereas the second aims at modeling these Circulations in a realistic way by means of numerical regional models (ROMS for the ocean modeling and WRF for the atmosphere modeling. The obtained results suggest that there are various Atmospheric Coastal Jets along the Chilean and Peruvian Coasts. For certain ranges of frequencies, they control the upwelling variability of Chile and Peru. A heat flux balance of the Ocean Mixing Layer allows to identify the main mechanisms which control the oceanic answer off Central Chile. Moreover, we show that the Peruvian coast is under the influence of the both local atmospheric forcing and remote forcing. At some frequencies, the Kelvin wave trapped to the Peruvian Coasts induce a control of the coastal ocean variability by the Equatorial variability. The atmospheric regional model reproduces with realism the Chilean Coastal Jets whereas it has difficulty in simulating the atmospheric circulation at the level of Peru. The oceanic simulations reproduce the oceanic answer to the Coastal Jets off Central Chile. A heat flux balance of the Mixing Layer allows us to study what are the main mechanisms which control the oceanic answer in the model. Finally, we show that the regional models present a sensibility to the spatial resolution of the atmospheric and oceanic models. In particular, close to the coast, the wind characteristics in the atmospheric model depends on the spatial resolution of the model. This sensibility induce that the oceanic answer depends on the forcing field spatial resolution. .

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Abstract:

La découverte récente (2013) d'émissions de méthane microbien en rebord du plateau Aquitain (entre 140 et 220 m de profondeur d'eau) sur une bande s'étendant le long de 80 km du nord au sud entre le Cap Ferret et le Capbreton suscite des interrogations sur les modalités de mise en place et d'évolution spatio-temporelle du système fluide associé. Les indices fluides liés à ce système microbien, tels que les carbonates authigènes et les niveaux chargés en gaz, sont localisés dans la zone externe du plateau et s'étendent jusqu'à la partie haute de la pente continentale. Au regard de la géométrie des horizons régionaux, des indices géochimiques et des voies potentielles de migration du gaz, la source de la matière organique pour la génération de ce méthane microbien serait située dans les derniers clinoformes du Pléistocène supérieur, et permettrait la précipitation des carbonates sur une largeur dépendante de l'épaisseur de ces clinoformes. A l'est de ce système, donc plus proche du continent, la présence d'indices potentiels enfouis (carbonates authigènes ou gaz) permet de penser que d'autres systèmes fluide se sont développés au cours de la progradation de la marge Sud Aquitaine, et ce, possiblement depuis le Pliocène. Le développement du système fluide est ainsi étroitement lié à l'évolution de la marge Sud Aquitaine et dépend des flux sédimentaires qui régissent les apports de matière organique dans les unités progradantes. Le caractère unique de ce système microbien dans le Golfe de Gascogne et sa restriction à la marge Sud Aquitaine s'expliquerait essentiellement par le contrôle des apports sédimentaires continentaux
The recent discovery (2013) of microbial methane emissions along the Aquitaine continental Shelf edge, south west of France (from 140 to 220 m of water depth), extending along 80 km N-S and 8 km E-W, questions about the initiation and temporal evolution of this fluid system. Several fluid evidences related to the microbial system at the edge of the Aquitaine Shelf, such as authigenic carbonates and gas-charged layers extend from the external shelf until the upper part of the continental slope. Based on regional horizon geometry, geochemical evidences and potential migration pathways, the organic source matter for microbial methane is most likely located within the last upper Pleistocene clinoforms of the South Aquitaine margin. Occurrence of potential buried fluid evidence at the east of the fluid system is interpreted as potential evidence for initiation of this fluid system during the Pliocene age. The fluid system initiation and its evolution would be strongly related to the evolution/progradation of the South Aquitaine Margin and thus to the sedimentary regime controlling sediment and organic matter supplies to the shelf and upper continental slope. This relation explains the fact that such fluid system is unique in the Bay of Biscay and is restricted to the South Aquitaine Margin

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Abstract:

La mesure des champs électromagnétiques de très basses fréquences en milieu océanique intéresse de nombreuses disciplines scientifiques, de l'océanographie a la géophysique en passant par la détection sous-marine. L’étude du champ électrique, complémentaire de celle du champ magnétique, n'a cependant pas suscite jusqu'a présent un intérêt aussi important que son hom*ologue. Cette thèse propose une contribution à l'étude des champs électriques très basses fréquences en milieu océanique. Dans un premier temps, afin de montrer l'intérêt de la mesure du champ électrique, nous présentons les phénomènes électromagnétiques très basses fréquences observables en mer. Une revue de l'état de l'art de l'électrométrie en milieu océanique met en évidence les difficultés et les limitations au niveau de l'instrumentation haute sensibilité. Nous décrivons ensuite la conception et la mise au point d'une maquette expérimentale d'électromètre utilisant un principe physique original. Le système, calibre en laboratoire, affiche une sensibilité de l'ordre du nV/m dans une bande de fréquence descendant jusqu'a 0,01 Hz, ce qui le situe parmi les meilleurs appareils existants. Quelques expériences de mesure sont présentées, visant a la mise en évidence de champs électriques très faibles d'origine physique (électrodynamique) ou électrochimique (corrosion). En marge de l'électrométrie, nous nous intéressons également de façon générale, théorique et expérimentale, aux champs électromagnétiques engendrés par les phénomènes de corrosion. Nous présentons enfin une modélisation tridimensionnelle de notre électromètre par la méthode des éléments finis, validée par comparaison avec une méthode intégrales de frontière. Des développements théoriques se sont avérés nécessaires pour permettre à la méthode de prendre en compte des discontinuités d'interfaces. Ces développements dépassent le cadre de l'application pour aboutir à une méthode générale et une nouvelle classe d'éléments finis interfaciaux

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Abstract:

L'étude des perturbations géologiques du cycle du carbone permet d'améliorer la compréhension du cycle moderne du carbone et de mieux appréhender les effets des perturbations de la teneur en CO2 atmosphérique. En particulier, les crises géologiques fournissent un objet d'étude permettant de mieux connaître les capacités de réactions de l'environnement en situation de stress. Nous avons étudié la crise de la limite Trias‐Jurassique (TJ) selon une approche combinée entre modélisation et étude multi‐traceur centrée sur les isotopes du carbone de la matière organique et des carbonates. La limite TJ est caractérisée dans les coupes téthysiennes par la succession de deux excursions négatives de la composition isotopique du carbone organique. La première est associée à une extinction de masse et une crise de la production carbonatée. Nous montrons grâce au modèle GEOCLIM que la mise en place de la Province Magmatique de l'Atlantique Central (CAMP) a pu engendrer la crise de la production carbonatée en prenant en compte les observations selon lesquelles cette mise en place s'est faite sous forme de pulses intenses (<400 ans). L'émission de carbone mantellique léger (<‐20‰), si son existence est confirmée, permet d'expliquer cette première excursion isotopique. L'analyse des isotopes du carbone et de l'azote de coupes anglaises et autrichiennes a permis de caractériser les conséquences locales des perturbations globales de la transition du Trias vers le Jurassique (mise en place de la CAMP et variations du niveau marin) et les difficultés de récupération de la pompe biologique dans des bassins perturbés par une forte production primaire procaryote. La composition isotopique du bore (δ11B) des carbonates fournit un outil supplémentaire pour de telles études car elle permet de reconstituer le pH océanique. Cependant, les disparités analytiques entre laboratoire induisent une grande confusion dans l'utilisation de cet outil. Nous proposons ici une méthode d'injection facilitant l'analyse de ces isotopes sur MC‐ICP‐MS et l'appliquons à l'étude de carbonates du Jurassique moyen pour mieux comprendre les causes et conséquence de la crise de la sédimentation carbonatée qui a alors lieu. Nous restons cependant limités dans nos conclusions car le pH déduit des valeurs du δ11B des carbonates dépend également des valeurs du δ11B océanique. Nous avons initié la reconstruction de cette courbe en mesurant les valeurs du δ11B de halites ayant enregistré les valeurs de l'eau de mer. Nous montrons que des variations notables existent, cohérentes avec les paramètres de la géodynamique. Les différentes approches que nous proposons dans ce travail mettent en évidence l'intérêt des approches multi‐traceurs et multidisciplinaires et ouvrent la voie à de nouvelles considérations sur les contrôles de la pCO2 atmosphérique et de la chimie océanique
Studying geological carbon cycle disruption helps to further understand modern carbon cycle and to better apprehend the consequences of the current increase in atmospheric CO2. Specifically, geological crisis highlight the reaction ability of the environment to stressful situation. We used a multi‐proxy approach to study the Triassic‐Jurassic (TJ) boundary events. This transition period is characterized by a succession of two carbon isotopes negative excursions (CINEs) in sections from Tethyan realm. Through GEOCLIM modeling, we show that the Central Atlantic Magmatic Province (CAMP) likely generated the carbonate production crisis observed during the first CINE provided that emplacement is modeled as a succession of intense short‐lived pulses (<400y) as suggested by recent studies. If emitted mantellic carbon is isotopically light (<‐20‰), CAMP emplacement also generated the first CINE. We investigated British and Austrian sections through carbon and nitrogen isotopes for local consequences of global TJ transition events (CAMP emplacement and sea level variations). We showed that the biological pump is perturbated by eutrophication and blooms of prokaryotic organisms. A supplementary tool is provided by boron isotopic composition (δ11B) of carbonates that record seawater pH. However, inter‐laboratory discrepancies prevent this tool from being broadly used. Here, we present a recently developed injection device for boron isotopes analysis on MC‐ICP‐ MS and use it for studying boron isotopes on Middle Jurassic limestones during a time of carbonate production perturbation. Nevertheless, we remain speculative in our interpretation for carbonate δ11B values record both seawater pH and δ11B values. As a consequence, we initiated the reconstruction of Phanerozoic seawater δ11B values by measuring δ11B values in marine halites. The reconstructed values exhibit clear variations through time that are related to geodynamic parameters. This study underlines the necessity for multi‐proxy approach to bring new light on atmospheric pCO2 and seawater chemical composition

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Abstract:

Le système Zambèze localisé sur le versant est de l'Afrique est caractérisé par un système turbiditique de très grande dimension (x 100 km) et est associé à terre au troisième plus grand bassin versant d'Afrique (1 320 000 km2) après ceux du Nil et du Congo. A ce jour, peu d'études ont porté sur l'évolution du système terre - mer depuis le bassin versant en érosion jusqu'au bassin en sédimentation. Ce travail s'attachera à : [1] caractériser et à discuter l'origine des déformations enregistrées dans le système sédimentaire Zambèze depuis 155 Ma, [2] quantifier les bilans érosion - sédimentation du système du Zambèze, pour une meilleure compréhension du routage sédimentaire
The Zambezi system located on the eastern slope of Africa is characterized by a turbiditic system of very large size (x 100 km) and is associated onshore to the third largest watershed in Africa (1,320,000 km2) after those of the Nile and Congo. Few studies have examined the evolution of the land - sea system from the eroding catchment to the sedimentation basin. This work will focus on: [1] characterize and discuss the origin of the deformations recorded in the Zambezi sedimentary system since 155 Ma, [2] quantify the erosion-sedimentation balances of the Zambezi system, for a better understanding of the sedimentary routing

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Abstract:

Le travail mené dans cette thèse porte sur l'étude "à posteriori" de l'assimilation variationnelle de données. Il s'agit d'une démarche de faisabilité pour la mise au point des outils permettant de faire une analyse diagnostique (qualitative et quantitative) du processus d'assimilation variationnelle, notamment en ce qui concerne l'influence du bruit des observations sur le processus d'assimilation ainsi que sa propagation sur les champs reconstitués (nous sommes alors amenés à faire une étude de sensibilité), et l'influence de la configuration spatio-temporelle des observations sur le processus d'assimilation. L'application usuelle des équations adjointes pour l'analyse de sensibilité est revisée, car dans le contexte de l'assimilation variationnelle, nous avons montré par un exemple simple qu'il faut s'y prendre différemment. Nous proposons alors une méthode pour mener correctement cette analyse de sensibilité. Cette méthode est basée sur l'utilisation des équations adjointes au second ordre, obtenues en prenant l'adjoint du système d'optimalité. La sensibilité en est déduite par inversion du Hessien de la fonction coût via la minimisation d'une fonctionnelle quadratique. L'application est faite sur un modèle de circulation générale océanique de type quasi-géostrophique, et nous faisons aussi l'étude de l'existence et l'unicité de la solution de l'équation adjointe au second ordre du modèle considéré, pour justifier l'utilisation du Hessien et l'applicabilité de notre méthode. Nous étudions aussi l'influence de la configuration spatio-temporelle des observations sur le processus d'assimilation au travers du Hessien (à l'optimum) dont les éléments propres varient lorsqu'on fait varier la configuration. Enfin, nous étudions la prédicibilité du système d'optimalité.

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Abstract:

Du Berriasien au Barrémien inférieur, le système carbonaté correspondant aux formations Lekhwair, Habshan et Salil (système LHS) prograde vers le NNE sur plusieurs centaines de kilomètres sur la partie nord-est de la plate-forme arabe. Ce système correspond à trois unités lithostratigraphiques aux limites diachrones qui sont respectivement associées à des dépôts de plate-forme interne (Fm. Lekhwair), de bordure de plate-forme (Fm. Habshan) et de bassin hémipélagique et turbiditique (Fm. Salil). Dans l’Intérieur Oman, le système LHS correspond à un grand système de clinoformes pregradants du Berriasien au Valanginien reconnu sur les profils sismiques. Vers le nord, les unités progradantes plus récentes (Valanginien supérieur à Barrémien inférieur) affleurent dans les Montagnes d’Oman. Ce travail a pour but de préciser l’organisation stratigraphique et géométrique du système LHS à l’échelle régionale et de caractériser les facteurs contrôlant la mise en place et l’évolution du système à l’échelle du bassin et des séquences de dépôts. Cette étude à également pour objectif d’améliorer la compréhension et la prédiction des réservoirs carbonates au sein de ces systèmes progradants. Cette étude intègre une interprétation des géométries du système LHS sur les profils sismiques de l’Intérieur Oman et une analyse sédimentologique et stratigraphique des affleurements du Jebel Akhdar dans les Montagnes d’Oman. Cette analyse de l’ensemble du système du Berriasien au Barrémien inférieur aboutit à une interprétation des variations relatives du niveau marin au Crétacé inférieur et des déformations ayant affecté la plaque arabe au cours de cette période
The Lekhwair/Habshan/Salil (or LHS) system is a carbonate succession that prograded across the eastern part of the Arabian plate from Berriasian to early Bareremian. The three ormations that compose this system respectively correspond to the inner platform (Lekhwair Fm. ) platform margin (Habshan Fm. ) and slope to basin facies associations (Salil Fm. ). In Interior Oman, this system shows a conspicuous prograding character with well-expressed clinoforms (Berriasian to Valanginian). The formations imaged on seismic crop out toward the North in the Oman Mountains (upper Valanginian to lower Barremian). This aim of this study is to precise the stratigraphic and geometric organisation of the LHS system at the scale of the sedimentary basin and the depositional sequences, but also to improve the understanding and the prediction of the carbonate reservoir into these prograding systems. The study went through a combination of an interpretation of prograding geometries by seismic stratigraphy and a sedimentologic and stratigraphic outcrop analysis in the Jebel Akhdar (Oman Mountains). This analysis of this system from the Berriasian to the early Barremian allows the interpretation of the relative sea level variations of the Cretaceous and the tectonic episodes that affected the arab plate in this time

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Abstract:

" Quels sont les pré-requis pour étudier l'influence du changement climatique simulé par les modèles couplés globaux de la génération actuelle sur le système d'upwelling du Pérou-Chili?" constitue la question centrale de cette thèse de doctorat. Grâce à une approche de downscaling (descente d'échelle) dynamique réalisé avec le modèle ROMS (Regional Oceanic Modelling System) pour une configuration au 1/6° de type eddy-resolving (cad qui permet de représenter les tourbillons mésoéchelle), nous espérons comprendre les processus qui vont contrôler les changements futurs de la circulation océanique dans cette région influencée par ENSO (El Niño-Oscillation Australe). Une étude des mécanismes physiques qui contrôlent la variabilité de type ENSO dans les simulations PI (pré-industrielles) réalisées avec les CGCMs (Modèles Couplés de Circulation Générale) de l'ensemble multi-modèle du WCRP-CMIP3 (les " modèles du GIEC ") permet d'identifier les modèles les plus fiables en termes de variabilité équatoriale. Elle est basée sur l'utilisation d'un modèle couplé intermédiaire du Pacifique tropical avec une stratification moyenne et un forçage de vent prescrits, afin de pouvoir dériver explicitement les termes d'advection du bilan de chaleur de la couche de mélange. Cette analyse permet de classifier les modèles en fonction de leur processus ENSO dominant: zonal advective feedback ou thermocline feedback. Les modèles au feedback hybride comme dans les observations représentent le mieux les processus couplés qui contrôlent la variabilité de la TSM, ce qui nous conduit à faire l'hypothèse que ce sont ceux qui fournissent les indices de confiance les plus élevés en termes de prédiction de l'évolution d'ENSO avec le réchauffement global. Parmi eux, deux CGCMs (IPSL-CM4 et INGV-ECHAM4) reproduisent le mieux l'état moyen ainsi que la variabilité intrasaisonnière à interannuelle de la température et des courants à la frontière Ouest du domaine du Pérou-Chili (100°W) et sont donc retenus pour des expériences de downscaling sur la région du HCS (Système de Courant de Humboldt). Les sorties océaniques des simulations PI et 4xCO2 (quadruplement de CO2) réalisées avec ces CGCMs sont utilisées directement comme conditions aux frontières ouvertes du modèle ROMS, tandis qu'un produit de vent haute-résolution (~50km) dérivé des CGCMs au moyen d'une méthode de downscaling statistique ainsi que les flux air-mer issus des CGCMs sont utilisés pour fournir le forçage atmosphérique. Par ailleurs, une simulation régionale de contrôle est réalisée à l'aide de ROMS avec des conditions aux frontières (réanalyse globale ORCA05 ½°) et un forçage atmosphérique (vents du satellite ERS et flux de la réanalyse atmosphérique globale ERA-40) réalistes sur la période 1992-2000. Cette simulation sert de référence pour les simulations de changement climatique régional. Elle permet notamment de documenter l'impact des ondes de Kelvin équatoriales intrasaisonnières sur la variabilité près de la côte, et illustrer ainsi l'importance du forçage à distance d'origine équatoriale pour la dynamique régionale du HCS. Nos résultats montrent en particulier que la latitude critique du modèle est située 5 à 15 degrés plus au sud que celle prédite par la théorie linéaire des ondes libres baroclines, surtout pour les oscillations autour de 120 jours. Le modèle régional présente une variabilité du large significative au sud de la latitude critique théorique, ce qui est également le cas dans les données satellite, soulignant ainsi les limites de la théorie linéaire dans le Pacifique Sud Est. De manière plus générale, ce travail propose une méthodologie pour effectuer des expériences de downscaling du changement climatique, qui constituent le lien nécessaire entre simulations du réchauffement global à l'échelle planétaire et études d'impact sur les écosystèmes, la pêche, l'agriculture et la société à l'échelle locale. Le travail contribue également à améliorer notre compréhension de certains mécanismes d'intérêt pour de telles études du changement climatique à l'échelle régionale.

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Abstract:

La formation des planètes a laissé derrière elle des matériaux dont la nature primordiale a été préservée. Ces astéroïdes primitifs de la ceinture principale sont aujourd'hui échantillonnés par la diversité de météorites chondritiques dans nos collections qui nous permettent d'étudier les premiers instants du Système Solaire. Cependant, beaucoup d'entre elles présentent des traces d'altération hydrothermale qui ont modifié leur minéralogie, et ainsi occulté ces informations primordiales. Ce processus de modification de la roche via l'interaction avec un fluide a été grandement étudié au cours des dernières décennies, notamment dans les chondrites carbonées de type CM, dont la minéralogie témoigne de plusieurs épisodes d'altération dans différents degrés d'intensité. Comprendre l'évolution de l'eau ainsi que l'influence de ce processus sur la matière organique dans ces astéroïdes est essentiel du fait de leur éventuelle contribution à l'origine de la vie sur Terre. Afin de mieux contraindre les conditions géochimique et chronologique dans lesquelles est survenu ce processus, les travaux de cette thèse ont été focalisés sur les chondrites de type CM et les phases secondaires qu'ils contiennent. Des mesures in situ des isotopes de l'oxygène dans les carbonates des CM nous ont permis de développer une méthode d'estimation de leurs températures de précipitation. Nos résultats indiquent une gamme de températures bien plus étendue que celles estimées auparavant, s'étalant de -50 à environ 300 °C avec une température moyenne de 113 +/- 54°C (2σ). Afin d'approfondir notre étude des conditions géochimiques de l'altération nous avons conduit une étude détaillée de la chondrite de Boriskino. La texture atypique de cette chondrite, due à ses nombreux clastes aux frontières nettes et aux degrés d'altération variables, nous a permis d'explorer l'hypothèse d'un lien entre les processus à l'origine de la formation des brèches et l'altération hydrothermale. L'utilisation de notre nouvelle méthode sur les carbonates de cette chondrite a mis en évidence un rôle secondaire de la température dans l'intensité du processus d'altération. De plus, nos travaux suggèrent que les épisodes d'altération sont antérieurs à la formation du corps-parent final et que la quantité de glace initialement accrétée peut être le facteur dominant de l'efficacité du processus d'altération. Néanmoins cette hypothèse ne prend pas en compte l'influence que peut avoir la durée d'exposition de la roche au fluide. Afin de tester cette dernière hypothèse, notre dernier projet devait permettre d'estimer l'âge des carbonates dans des CM présentant différents degrés d'altération. La datation de ces objets repose sur la décroissance radioactive du radioisotope 53Mn en 53Cr. Cependant, l'absence de standards de carbonates adéquats pour ces mesures nous a conduit dans un premier temps à les synthétiser. Pour ce faire nous avons abordé le problème en nous éloignant des méthodes traditionnelles de précipitation de carbonates sur substrat ayant conduit à des minéraux très hétérogènes, et nous avons effectué nos synthèses à haute pression et haute température grâce à une presse piston-cylindre
Chondrites are leftover solids from the evolution of the solar protoplanetary disk that enable for its primordial conditions to be studied. However, many chondrites have seen their mineralogy modified by the circulation of fluids during hydrothermal alteration events, thereby blurring the primordial informations retained in it. CM carbonaceous chondrites have been extensively studied, mainly because of the various episodes and extent of hydrothermal alteration they exhibit. The understanding of the evolution of water and the influence of alteration on organic matter in those asteroids is essential as they might be the source of life on Earth. In order to better understand the geochemical conditions and the chronology of this process in carbonaceous asteroids, we focused this project on CM chondrites and the secondary phases they contain. We developped a methodology to estimate the precipitation temperatures of carbonates in CM chondrites relying only on in situ measurements of their O-isotopic composition. Our results yield precipitation temperatures in a larger range than what has previsouly been estimated, i.e. from -50 to approximatively 300°C with an average temperature of 113 +/- 54°C (2σ). To further our study of the geochemical conditions of hydrothermal alteration we extensively studied the CM of Boriskino. The peculiar texture of this meteorite, due to its numerous clasts with sharp boundaries and their various degrees of aqueous alteration, enable to investigate the reccurent question of a genetic link between brecciation and aqueous alteration. Using the same methodology as in our first project we concluded that temperatures in which the process took place could not account for the various extent of aqueous alteration that we observe. In addition, Our work suggest that aqueous alteration in this chondrite was discontinuous and preceeded brecciationand that instead the initial quantity of accreted ice could be the controlling parameter of aqueous alteration. However, this study neglect the contribution of the duration of exposure of the rock to the fluid to the extent of aqueous alteration. Therefore, our last project was to determine the age of carbonates in several CM chondrites of various degrees of aqueous alteration. The datation of these minerals in chondrites relies on the radiochronometer 53Mn-53Cr. However, the lack of a suitable carbonate standard for these SIMS analyses pushed us to synthetize carbonates with the adequat cristallinity and chemical composition first. To do so, we experimentated at high pressure and high temperature using a piston-cylinder apparatus

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Abstract:

La Méditerranée Nord-Occidentale, ou bassin Liguro-Provençal, est l'un des rares sièges de la convection océanique profonde. Ce phénomène localisé et intermittent est l'un des principaux modes d'interaction de l'océan profond avec le système climatique. Il est d'une importance primordiale pour la redistribution verticale de chaleur, de dioxyde de carbone et d'éléments biogéochimiques par l'océan, et donc pour le climat et la biologie marine. Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du programme HyMeX, il vise à caractériser le phénomène de convection dans le bassin Liguro-Provençal à partir du cas d'étude de l'année 2012-2013 et à comprendre le rôle de la dynamique de méso-échelle et de la variabilité intrinsèque océanique qui en résulte sur la convection. Le travail de thèse a tout d'abord porté sur la caractérisation du phénomène de convection océanique profonde à partir des observations du cas d'étude 2012-2013. On a estimé le taux de convection hivernale et de restratification printanière et une Expérience de Simulation d'un Système d'Observations (OSSE) a été développée pour estimer l'erreur d'observation associée. On conclut à la validité des observations du réseau MOOSE pour estimer les taux de convection et de restratification sur la période 2012-2013. On caractérise la période comme exceptionnellement convective avec un taux de convection hivernal de 2.3±0.5Sv (1Sv=106m³/s) et on estime pour la première fois un taux de restratification printanière de 0.8±0.4Sv. Deux approches numériques novatrices ont été développées au cours de la thèse pour caractériser le rôle de la méso-échelle et de la variabilité intrinsèque océanique sur le phénomène de convection. On a implémenté l'outil de raffinement de maille AGRIF en Méditerranée Nord-Occidentale dans le modèle régional NEMOMED12 pour documenter l'impact de la méso-échelle sur la convection océanique profonde et sur la circulation thermohaline Méditerranéenne. On a de plus réalisé des simulations d'ensemble à état initial perturbé pour documenter l'impact de la variabilité intrinsèque océanique sur la convection. Après avoir extensivement évalué le réalisme de la convection dans le modèle numérique NEMOMED12 grâce aux données de 2012-2013, on étudie avec ce modèle l'impact de la variabilité intrinsèque océanique sur ce phénomène. Sur le cas d'étude comme sur la période historique 1979-2013, la variabilité intrinsèque océanique module largement la géographie du patch convectif, en particulier dans le domaine hauturier. Aux échelles climatiques, la variabilité intrinsèque module largement la variabilité interannuelle du taux de convection. En moyenne climatologique, elle module aussi la géographie de la convection, mais elle impacte marginalement son intensité et les propriétés climatiques des eaux profondes. Enfin, on étudie avec l'outil AGRIF l'impact de la dynamique de méso-échelle sur la convection profonde et sur la circulation thermohaline. Sur le cas d'étude de 2012-2013, la méso-échelle augmente le réalisme de la convection. On montre qu'elle augmente la variabilité intrinsèque de la convection. Sur cette période comme sur la période historique, elle diminue l'intensité moyenne de la convection et réduit les transformations des eaux profondes. On relie principalement son impact sur la convection à une modification de la circulation stationnaire marquée par un repositionnement et une intensification des courants de bord, et la présence d'un méandre stationnaire du Front Baléare. Par ailleurs, sur la période historique, les échanges avec le bassin Algérien sont intensifiés par la méso-échelle, ce qui modifie les propriétés climatiques des masses d'eau. On montre enfin que la signature de la méso-échelle en surface est susceptible d'impacter les échanges air-mer et donc le climat côtier voire régional Méditerranéen
The northwestern Mediterranean sea, also named the Liguro-Provençal basin, is one of the few places where ocean deep convection occurs. This localized and intermittent phenomenon is one of the main modes of interaction between the deep ocean and the climate system. It is of paramount importance for the vertical redistribution of heat, carbon dioxyde and biogeochemical elements, and therefore for climate and marine biology. The PhD has been carried out in the framework of HyMeX programme, it aims at characterizing the ocean deep convection phenomenon in the Liguro-Provençal basin from the year 2012-2013 case study and at understanding the role of mesoscale dynamics and of the resulting intrinsic ocean variability on deep convection. The PhD work has first focused on characterizing the ocean deep convection phenomenon from observations collected during the 2012-2013 case study. We estimated the winter deep convection and spring restratification rates and an Observing System Simulation Experiment (OSSE) was developed to estimate the associated observation error. We conclude on the validity of MOOSE network observations to estimate the deep convection and restratification rates in the period 2012-2013. We characterize the period as exceptionally convective with a winter deep water formation rate of 2.3±0.5Sv (1Sv=106m³/s) and we estimate for the first time a spring deep water restratification rate of 0.8±0.4Sv. Two novel numerical approaches were developped during the PhD to characterize the roles of mesoscale dynamics and of intrinsic variability in the deep convection phenomenon. We implemented AGRIF grid refinement tool in the northwestern Mediterranean Sea within NEMOMED12 regional model to document the impact of mesoscale on deep convection and on the Mediterranean thermohaline circulation. In addition, we carried out perturbed initial state ensemble simulations to characterize the impact of ocean intrinsic variability on convection. After extensively evaluating the realism of deep convection in NEMOMED12 numerical model thanks to the 2012-2013 observations, we study with this model the impact of intrinsic variability on deep convection. During the case study as well as in the 1979-2013 historical period, intrinsic ocean variability largely modulates the mixed patch geography, particularly in the open-sea domain. At climatic timescales, intrinsic variability modulates largely the deep convection rate interannual variability. On average over the historical period, it also modulates the mixed patch geography, but it impacts marginally its magnitude and the properties of the deep water formed. Finally, we study with AGRIF tool the impact of mesoscale dynamics on deep convection and on the thermohaline circulation. In the 2012-2013 case study, mesoscale improves the realism of the simulated convection. We show that it increases the deep convection intrinsic variability. In this period as well as during the 1979-2013 historical period, it decreases the mean deep convection rate and it reduces deep water transformations. We mainly relate its impact on convection to the modifincation of the stationary circulation characterized by a relocation and an intensification of boundary currents and the presence of a stationary Balearic Front meander. Also, in the historical period, exchanges with the Algerian basin are increased, which modifies water mass climatological properties. Finally, the surface signature of mesoscale is likely to alter air-sea interactions and the coastal to regional Mediterranean climate

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Abstract:

On admet que l'océan absorbe environ 30% de l'excès de dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique d'origine anthropique. Une évaluation plus précise de ce pourcentage est actuellement très difficile. Des prévisions sont tentées à travers des modèles, mais la modélisation des échanges air-mer se heurte encore à de nombreuses inconnues: répartition des pressions partielles de CO2 dans les océans, vitesse d'échange, rôle de la production biologique...Il y a un besoin urgent de données pour valider les modèles et pour résoudre les différentes échelles spatio-temporelles des variabilités de CO2 liées à des processus physiques et biologiques. L'exemple de la Méditerranée offre un cadre favorable pour une telle démarche, car elle réunit sur une zone relativement peu étendue un échantillonnage assez complet de la diversité des processus qui interviennent dans le cycle du carbone à l'échelle globale. Nous avons abordé cette étude en un point fixe du bassin Liguro-Provençal dans le cadre du programme JGOFS "Dyfamed". Les mesures mensuelles de pCO2 faites en surface pendant deux années, mettent en évidence la très grande variabilité spatio-temporelle de pCO2 aussi bien à l'échelle d'une heure qu'à l'échelle de quelques jours. Malgré cette variabilité, les mesures mensuelles ont permis d'observer un cycle bien défini de pCO2 dans les eaux de surface, d'une amplitude de l'ordre de 120 µatm. L'analyse des processus responsables des variations saisonnières du cycle de pCO2 au site Dyfamed permet de mettre en place des relations saisonnières empiriques entre la distribution de pCO2 et celles d'autres paramètres, dans le but d'extrapoler à une autre région les résultats obtenus au site Dyfamed à l'aide de paramètres plus couramment mesurés ou que l'on peut obtenir à partir de mesures satellitales. A partir de l'analyse de la distribution superficielle de pCO2 à une plus large étendue de la Méditerranée, il est apparu impossible d'établir une relation unique traduisant les variations spatio-temporelles de pCO2, et qui permettrait ainsi de prédire la répartition de pCO2 à l'échelle de la Méditerranée. La principale limite actuelle réside dans le fait qu'il faudrait avoir des mesures de pCO2 à plusieurs saisons et si possible dans tous les bassins.

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Abstract:

L'évolution géodynamique des bassins exerce un contrôle majeur sur l'évolution des chemins de circulation, de la température, de la pression et de la chimie des fluides diagénétiques. Ceci influence la diagenèse et les propriétés pétrophysiques des réservoirs. Récemment, les modèles géodynamiques des Pyrénées et du bassin sud aquitain ont été revus et mis à jour pour inclure la participation d'une phase de rifting au Crétacé inférieur qui a évolué vers un amincissem*nt crustal extrême couplé à une exhumation du manteau et suivi d'une inversion pendant le Crétacé supérieur et le paléogène. Ce modèle révisé met en évidence l'impact possible des fluides hydrothermaux sur la diagenèse des réservoirs pétroliers dans le sud du bassin aquitain. Ce travail est basé sur l’étude de trois carottes de forage pénétrant dans les réservoirs du Crétacé supérieur (Lacq supérieur) et du Jurassique supérieur au Crétacé inférieur (Lacq inférieur). À l'aide d'une multitude d'outils pétrographiques et géochimiques et d’une modélisation de bassin, nous documentons comment l'hyperextension aptienne a été couplée à la circulation de fluides riches en Mg qui ont partiellement dolomitisé Lacq profond. Le Mg a été fourni à partir des formations riches en argiles présentes en profondeur, tandis que les fortes salinités sont dues à une interaction avec les évaporites du Trias. Différents épisodes de fracturation au cours de la période post-rift, pendant la convergence N-S, ont permis la connexion entre Lacq inférieur et un réservoir de fluides sursaturés vis-à-vis de la calcite. Une troisième phase de circulation de fluides qui s’est terminée pendant la compression Eocène, a précipité des anhydrites massives dans Lacq profond. Dans le même temps, la diagenèse a été marquée par une circulation de fluides hydrothermaux le long des principales failles et fractures au niveau de la crête de l'anticlinal de Lacq. Des dolomies hydrothermales ont été documentées avec des températures environ 40°C plus élevées que celles des roches hôtes environnantes. Différents épisodes de fracturation liés à l'orogenèse pyrénéenne, ont ensuite été responsables de la précipitation de calcite et d'anhydrite. Il apparait que le chargement en pétrole et en gaz dans Lacq supérieur et Lacq inférieur respectivement, se situe pendant la phase post-orogénique. Par conséquent, il est évident que le cadre géodynamique global et l'évolution géologique des foothills pyrénéens, régis principalement par l'hyperextension Aptienne et la convergence Eocène, ont eu un contrôle significatif sur les types, sources et voies de circulation des fluides diagénétiques, pétroliers et gaziers
The geodynamic evolution of basins exerts a major control on the evolution of the pathways, temperature, pressure and chemistry of circulating fluids. This in turn influences the diagenesis and petrophysical properties of petroleum reservoirs. Recently, geodynamic models of the Pyrenees and the south Aquitaine basin were revisited and updated to include the involvement of an Early Cretaceous rifting phase that evolved to extreme crustal thinning coupled with mantle exhumation, followed by an inversion and convergence during the Late Cretaceous and the Paleogene. This revised model highlights the possible impact of hydrothermal fluids on the diagenesis of petroleum reservoirs in the southern Aquitaine Basin. This work is based on the study of three drill cores penetrating the Upper Cretaceous (Upper Lacq) reservoirs and the Upper Jurassic to Early Cretaceous (Deep Lacq) reservoirs. Using a multitude of petrographic, geochemical and modeling tools, we document how the Aptian hyperextension was coupled with the circulation of Mg-rich fluids that partially dolomitized Deep Lacq. Mg was provided from the clay-rich formations at depths while salinities were the result of fluid interaction with the Triassic evaporites. Different fracturing episodes during the post-rift stage, when the N-S convergence started, connected Deep Lacq with a pool of fluids oversaturated with respect to calcites. A third fluid pulse, linked to the Eocene compression, precipitated massive anhydrites in Deep Lacq. At the same time in Upper Lacq, diagenesis was marked by orogeny-driven hydrothermal fluid circulations along the major faults and fractures on the crest of Lacq anticline. Hydrothermal dolomites were documented with temperatures nearly 40°C higher than the surrounding host rocks. Different fracturing episodes, related to the Pyrenean orogeny, were later responsible for calcite and anhydrite cementation. The oil and gas infilling of Upper and Deep Lacq respectively are assumed to be post-orogenic. Therefore, it is evident that the overall geodynamic setting and the geologic evolution of the Pyrenean foothills, governed mainly by the Aptian hyperextension and the Eocene convergence, had a significant control on the types, sources and circulation pathways of the diagenetic fluids

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Abstract:

Le principal objectif de cette thèse est d'étudier les interactions entre l'océan côtier et l'océan ouvert dans la zone de l'upwelling du Benguela, située au large des côtes d'Afrique du Sud et de Namibie, à l'aide d'un outil numérique et de données satellites et in-situ. Un modèle biogéochimique adapté à la zone d'étude (BioBUS ; Biogeochemical model for the Benguela Upwelling System), prenant en compte les processus caractéristiques des systèmes d'upwelling de bord Est et des zones de minimum d'oxygène associées a été développé, puis couplé au modèle hydrodynamique ROMS, afin de mettre au point une configuration réaliste centrée sur le système de l'upwelling de Namibie (sous-système Nord du Benguela), zone d'étude de cette thèse. Ces travaux de thèse ont permis d'améliorer notre compréhension des systèmes d'upwelling de bord Est (EBUS), notamment leurs impacts locaux et régionaux, ainsi que les couplages physiques/biogéochimiques dans ces systèmes. A l'issue de ces travaux de thèse, les apports d'azote depuis la zone de l'upwelling vers le gyre oligotrophe de l'océan Atlantique Sud ont été estimés (0. 38 molN. M-2. Yr-1) et sont comparables aux autres sources d'azote (dépôts atmosphériques, fixation biologique,. . . ) possibles de soutenir la production primaire dans le gyre subtropical (de 0. 01 à 0. 24 molN. M-2. Yr-1). Les pertes d'azote par dénitrification et anammox liées à la zone de minimum d'oxygène (2. 2 108 molN. Yr-1) sont du même ordre de grandeur que les pertes par émission de N2O vers l'atmosphère (5. 5 108 molN. Yr-1), mais sont sous-estimées par rapport aux quelques estimations in-situ dont nous disposons. Les flux de N2O à l'interface océan-atmosphère dans cette région sont clairement significatifs pour le budget atmosphérique de N2O. En effet, même si la surface de la zone ne représente pas plus de 1. 2% des EBUS, ces émissions de N2O contribuent à 4% des émissions de N2O dans les EBUS. Enfin, ces travaux de thèse montrent l'importance des processus à mésoéchelle dans le transport total d'azote au large du plateau continental Namibien
The main objective of this PhD thesis is the study of the shelf/offshore interactions in the Benguela upwelling system, off South African and Namibian coasts, using a numerical model as well as satellite and in-situ data. A Biogeochemical model adapted for the Benguela Upwelling System (BioBUS), taking into account the main processes linked with eastern boundary upwelling systems and associated oxygen minimum zones, has been developed and coupled with the ROMS hydrodynamical model, in order to implement a realistic configuration in the Namibian upwelling system (Northern Benguela), the studied area of this PhD thesis. This PhD thesis contributes to the improvement of the physical/biogeochemical couplings as well as the understanding of the Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS) and their local and regional impact. Nitrogen inputs from the upwelling area to the South Atlantic oligotrophic gyre were estimated (0. 38 molN. M-2. Yr-1) and are of the same order as other possible N sources (such as atmospheric deposition, biological fixation,. . . ) sustaining primary production in the subtropical gyre (from 0. 01 to 0. 24 molN. M-2. Yr-1). Nitrogen losses by denitrification and anammox processes linked with the oxygen minimum zone (2. 2 108 molN. Yr-1) have the same order of magnitude than N2O outgasing to the atmosphere (5. 5 108 molN. Yr-1), however they are underestimated when compared with in-situ estimations. Air-sea N2O fluxes are clearly significant in this area for the atmospheric N2O budget. Indeed, even if this area represents 1. 2% of the EBUS, its estimated N2O emission contributes to 4% of the EBUS emissions. Furthermore, this PhD thesis shows the important role of mesoscale processes in the nitrogen total transport off the Namibian continental shelf

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Abstract:

L'étude des perturbations géologiques du cycle du carbone permet d'améliorer la compréhension du cycle moderne du carbone et de mieux appréhender les effets des perturbations de la teneur en CO2 atmosphérique. En particulier, les crises géologiques fournissent un objet d'étude permettant de mieux connaître les capacités de réactions de l'environnement en situation de stress. Nous avons étudié la crise de la limite Trias‐Jurassique (TJ) selon une approche combinée entre modélisation et étude multi‐traceur centrée sur les isotopes du carbone de la matière organique et des carbonates. La limite TJ est caractérisée dans les coupes téthysiennes par la succession de deux excursions négatives de la composition isotopique du carbone organique. La première est associée à une extinction de masse et une crise de la production carbonatée. Nous montrons grâce au modèle GEOCLIM que la mise en place de la Province Magmatique de l'Atlantique Central (CAMP) a pu engendrer la crise de la production carbonatée en prenant en compte les observations selon lesquelles cette mise en place s'est faite sous forme de pulses intenses (<400 ans). L'émission de carbone mantellique léger (<‐20‰), si son existence est confirmée, permet d'expliquer cette première excursion isotopique. L'analyse des isotopes du carbone et de l'azote de coupes anglaises et autrichiennes a permis de caractériser les conséquences locales des perturbations globales de la transition du Trias vers le Jurassique (mise en place de la CAMP et variations du niveau marin) et les difficultés de récupération de la pompe biologique dans des bassins perturbés par une forte production primaire procaryote. La composition isotopique du bore (δ11B) des carbonates fournit un outil supplémentaire pour de telles études car elle permet de reconstituer le pH océanique. Cependant, les disparités analytiques entre laboratoire induisent une grande confusion dans l'utilisation de cet outil. Nous proposons ici une méthode d'injection facilitant l'analyse de ces isotopes sur MC‐ICP‐MS et l'appliquons à l'étude de carbonates du Jurassique moyen pour mieux comprendre les causes et conséquence de la crise de la sédimentation carbonatée qui a alors lieu. Nous restons cependant limités dans nos conclusions car le pH déduit des valeurs du δ11B des carbonates dépend également des valeurs du δ11B océanique. Nous avons initié la reconstruction de cette courbe en mesurant les valeurs du δ11B de halites ayant enregistré les valeurs de l'eau de mer. Nous montrons que des variations notables existent, cohérentes avec les paramètres de la géodynamique. Les différentes approches que nous proposons dans ce travail mettent en évidence l'intérêt des approches multi‐traceurs et multidisciplinaires et ouvrent la voie à de nouvelles considérations sur les contrôles de la pCO2 atmosphérique et de la chimie océanique.

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Certaines espèces macro-phytobenthiques calcifiées forment des bioconcrétionnements caractéristiques des écosytèmes méditerranéens côtiers (trottoirs, coralligène, bourrelets), d'autres définissent des communautés par leur abondance (ex. Communauté à Corallina elongata). Cependant, à la différence des récifs coralliens, peu de choses sont connues sur leur écophysiologie, sur leurs taux de productions organique (photosynthèse-respiration) et inorganique (calcification-décalcification) et sur le rôle de celles-ci dans la variabilité circadienne des paramètres physico-chimiques de l'eau environnante dans ces écosystèmes. Pour contribuer à combler ce manque, nous avons mesuré l'activité photosynthétique et calcifiante chez huit espèces de macrophytes dont la plupart sont calcifiées (Amphiroa rubra, Carollina elongata, Jania corniculata, Lithophyllum lichenoides, Mesophyllum alternans, Peyssonnelia sp. 1, Peyssonellia sp. 2) et chez une espèce non-calcifiée (Ulva rigida). La mesure de ces activités s'est faire au moyen de paramètres (oxygène dissous-O2, pH et alcalinité totale-AT) mesurés lors d'expérimentations, soit par mesures discrètes en début et en fin d'incubations classiques, soit en semi continu toutes les 30 min et sur des cycles de 24h, dans un incubateur automatique (MIA) muni de deux électrodes (O2 et pH). Ces expériences d'incubations ont été menées dans le site de l'anse des Cuivres où une série continue de mesures semi-horaires, conduite depuis 1995 dans l'eau de mer montrait des cycles très amples de variations du pH et de l'O2, sans doute sous l'influence de l'activité des macrophytes.

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Abstract:

Le Kr85 est un isotope radioactif produit par l'industrie nucléaire. Sa qualité de gaz rare, sa période de 10. 76 ans, son histoire atmosphérique bien documentée et sa fonction d'entrée dans l'océan raisonnablement connue en font un traceur océanographique intéressant pour l'étude de la dynamique océanique à des échelles de temps de quelques années à quelques décennies (formation des eaux profondes, ventilation de la thermocline). Du fait de la faible activité spécifique du Kr85 (quelques dpm/m3 d'eau) la mesure de cet isotope exige des moyens de prélèvement lourds (200 l d'eau par échantillon) et une procédure analytique en plusieurs étapes : le dégazage "in situ" de grandes quantités d'eau de mer. De 3 à 4 l d'air dissous, dont 15 mu de Kr, sont récupérables à partir d'échantillons de 200 l d'eau de mer; la séparation quantitative du krypton total (15 mu l pour 4 l d'air) de l'échantillon gazeux conditionné en mer; le comptage du programme indigo (indian gas ocean) (1983) avec 3 campagnes dans l'océan indien de 1985 à 1987, notre laboratoire s'est doté de moyens de prélèvements lourds et a décidé de développer sa propre technologie de mesure du Kr85 océanique. Le travail que nous présentons concerne les deux premières étapes, désormais acquises de l'analyse du Kr85 océanique : nous avons étudié et réalisé une installation embarquable et fiable de dégazage sous vide capable d'extraire, sous un débit de 8 l/mn, les gaz dissous dans des échantillons de 200 l d'eau de mer. Cette unité d'extraction a permis le dégazage de 160 échantillons d'eau de mer (campagne indigo 1 et 2), avec un rendement > 91% (comparable aux résultats de Smethie, et un taux de contamination par du Kr atmosphérique de l'ordre de 0,05%. Parallèlement à la préparation logistique de ces campagnes, nous avons conçu et réalisé une installation de séparation qui permet de récupérer quantitativement le Kr total de l'échantillon océanique par une série d'élutions fractionnées sur charbon actif, suivie de la purification définitive et de la mesure du Kr par chromatographie en phase gazeuse. Seuls 4% des 15 mu l de Kr attendus (pour 4 l d'air) sont perdus.

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Abstract:

Les parties distales des marges passives pauvres en magma représentent la transition complexe entre les domaines continentaux et océaniques. Ces zones encore peu étudiées sont pourtant des endroits clefs pour comprendre les processus impliqués durant les premiers stades de l’accrétion océanique, et plus particulièrement ceux du magmatisme et du métasomatisme. Durant ces premiers stades, ces deux processus sont gouvernés par l’exhumation mantellique. L’interaction entre les liquides magmatiques, les roches du manteau et les fluides marins vont affecter le régime thermique de la marge. De par le monde, seulement deux Transitions Océan-Continent (TOC) ont pu bénéficier d’investigations scientifiques poussées et constituent naturellement les deux sites d’études de cette thèse, à savoir, les marges actuelles conjuguées d’Ibérie-Terre Neuve du sud de l’Atlantique Nord ainsi que les marges fossiles de la Platta et de Tasna, fragments de TOCs de la Téthys Alpine Jurassique. En combinant les études de terrain ainsi que les investigations minéralogiques, pétrologiques et géochimiques, nous avons pu contraindre trois processus clefs se déroulant dans les TOCs. (i) La percolation de liquide magmatique imprégnant le manteau sous-continental hérité dans les marges Ibérie-Terre Neuve permet une refertilisation de ces marges distales. (ii) La transition géochimique visible entre les basaltes des TOCs et les basaltes de dorsales océaniques peut s’appréhender par la fusion partielle du manteau sous-continental refertilisé. (iii) Le rôle des fluides hydrothermaux, ayant des températures comprises entre 60°C et 190°C, joue un rôle sur le métasomatisme de la lithosphère en produisant une intense serpentinisation et rodingitisation, respectivement du manteau sous-continental en exhumation et des dykes basaltiques. Ces températures étant cohérentes avec une exhumation mantellique au niveau du plancher océanique
Distal parts of magma-poor rifted margins represent a complex transition between continental and oceanic domains. These areas remain poorly understood while being a key-place to unravel magmatic and metasomatic processes involved during the first stages of oceanization. At this time, these processes are enhanced by mantle exhumation, and the interaction between melts, mantle rocks and fluids affect the thermal regime of the margin. So far, only two Ocean-Continent Transitions (OCT) have been particularly investigated, namely the present-day Iberia Newfoundland conjugate margins and the fossil analog Platta-Tasna nappes, remnants of the Jurassic Alpine-Tethys OCTs. Studies presented in this Ph.D. thesis have been focused on these two margins. Here, by combining field-works, petrological, mineralogical and geochemical investigations, we have unraveled in OCTs three key-points: (i) The deep porous-flow melt percolation impregnating the long-lived inherited subcontinental mantle in Iberia-Newfoundland margins allow the refertilization of these distal domains; (ii) The geochemical transition depicted from OCT-basalts towards MOR-basalts can be explained by the partial melting of the refertilized subcontinental mantle; (iii) The role of active hydrothermal fluids, on both the exhumed mantle and basalt dikes, lead to the serpentinisation and the rodingitization respectively, at temperature ranging between 60°C and 190°C. These temperatures being consistent with the ongoing mantle exhumation towards near-seafloor conditions

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Abstract:

Même si l'océan ne représente que moins de 1% de la biomasse liée aux plantes sur la terre, il est responsable de près de la moitié de la photosynthèse nette de la biosphère. Cette biomasse est par conséquent un élément essentiel dans la régulation du climat à travers par exemple le cycle océanique du carbone. Il est donc nécessaire d'estimer correctement cette biomasse ainsi que les processus qui l'affectent. A l'aide de données satellites altimétriques et couleur de l'eau et d'un modèle couplé physique/biogéochimie (MERCATOR-OPA / NPZDDON), les ondes de Rossby et leur influence sur cette biomasse sont spécifiquement étudiées dans l'océan Atlantique Nord. Leurs propriétés et leur influence sur les concentrations en chlorophylle de surface sont analysées. Au travers des mécanismes mis en jeu identifiés, nous estimons que ces ondes peuvent entraîner une augmentation locale comprise entre 60% et 150% de la production primaire estimée
The marine phytoplankton in the ocean represents only less than 1% of global biomass. Phytoplankton performs half of all photosynthesis. This autotrophic biomass in ocean is then an essential element in the climate regulation through processes as carbon dioxide absorption during the photosynthesis. Therefore, we need to estimate precisely this biomass as well as the processes which affect it. Using remotely sensed data (altimetry and ocean colour) and a coupled physical/biogeochemical model (MERCATOR-OPA/NPZDDON), Rossby waves and their influence on phytoplankton biomass are specifically studied in the North Atlantic Ocean. Their features and their influences on surface chlorophyll concentrations were analysed. Through the different mechanisms identified, we estimated that these waves can induce local increases from 60% to 150% of the estimated primary production

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Abstract:

Le volcan Piton des Neiges (La Réunion) présente une activité hydrothermale qui pourrait potentiellement être utilisée pour générer de l'énergie géothermique. Les caractéristiques de ce système hydrothermal (température des fluides, source de chaleur, origine de la recharge, etc.) sont cependant trop mal connues pour en envisager l'exploitation à ce jour. Afin d’évaluer ce potentiel, nous avons réalisé une prospection étendue des indicateurs d'hydrothermalisme, effectué des analyses géochimiques (majeurs, traces, δ18O, δD, δ13C, 87Sr/86Sr, δ7Li, δ37Cl) sur 38 sources thermales (dont 21 nouvelles) et un suivi qualitatif de la ressource dans le temps. Nos résultats montrent que l’activité hydrothermale se concentre dans les cirques de Cilaos et de Salazie, le long de la rift zone N30° et à l'intérieur d'une caldera supposée. La recharge est météorique, locale, pluriannuelle et provient majoritairement de cyclones. Les deux cirques ne sont pas en connexion hydraulique entre eux, et quasiment pas avec l’océan. Les eaux thermales interagissent avec du CO2 d'origine mantellique, des gaz magmatiques plus superficiels (dans l'édifice ou à sa base) et avec les roches différenciées. Les géothermomètres chimiques indiquent une interaction eau-roche à plus de 210°C. Le système hydrothermal du Piton des Neiges atteint donc des températures calculées suffisantes pour la géothermie haute température. Nos travaux orientent les prochaines phases d'exploration vers les structures géologiques associées à la caldera supposée et à la rift zone. Leur géométrie, leurs propriétés hydrodynamiques et leur relation avec la source de chaleur seront déterminantes pour le choix d’un site de forage
Piton des Neiges volcano (Reunion Island) shows evidence of a hydrothermal activity that could potentially be used for geothermal energy generation. However, so far, the characteristics of this hydrothermal system (fluid temperature, heat source, recharge, etc.) remain too uncertain to consider exploiting it. To evaluate its geothermal potential, we carried out a vast prospecting campaign for markers of hydrothermal activity, performed geochemical analysis (major, trace elements, δ18O, δD, δ13C, 87Sr/86Sr, δ7Li, δ37Cl) on 38 thermal springs (including 21 new ones) and monitored the resource over time. Our results show that the hydrothermal activity is concentrated in the cirques of Cilaos and Salazie, along the N30 rift zone and inside a supposed caldera. Recharge is meteoric, local, plurennial and mainly comes from cyclones. There is no hydraulic connection between the two cirques, and barely with the ocean. Thermal waters interact with mantellic CO2, other more superficial magmatic gases (inside the edifice or at its base) and differentiated rocks. Geochemical geothermometers indicate a water-rock interaction temperature of above 210°C. The hydrothermal system of Piton des Neiges thus reaches computed temperatures compatible with high temperature geothermal use. Our work steers the next exploratory steps toward the geologic structures associated with the supposed caldera and the rift zone. Their geometry, their hydrodynamic property and their relation with the heat source will be decisive in the choice of a drilling site

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Abstract:

L'intensification de l'effet de serre due à l'augmentation des concentrations de CO 2 dans l'atmosphère pourrait être plus élevée si ce n'est du rôle important de l'océan en tant que puits pour le CO 2 atmosphérique. Malheureusem*nt, une conséquence de la capacité de l'océan à tamponner le CO 2 est l'acidification des eaux de surface des océans. L'océan Austral est particulièrement vulnérable à ces conséquences en raison de ses basses températures et de sa productivité primaire saisonnière élevée. La présente thèse de doctorat a comme objectif d’analyser le système des carbonates, en particulier l'état de l’acidification des océans, dans le détroit de Gerlache et dans la zone polaire de la région de la Terre Adélie. Ces deux régions présentent des hydrodynamiques différents et, par conséquent, devraient présenter des différences dans la variabilité de leur système carbonaté. À partir des données du programme brésilien NAUTILUS et du programme français MINERVE, la dynamique du système des carbonates a été évaluée dans ces régions de 2015 à 2017. Les résultats sont présentés sous la forme d'articles scientifiques qui ont été assemblés pour structurer cette thèse. Le détroit de Gerlache présentait les plus grandes variations spatiales des propriétés du système des carbonates avec des conditions potentiellement acides durant l'été austral. En comparaison, la zone polaire de Terre Adélie présente des variations interannuelles et spatiales plus importantes associées aux zones frontales. En raison de ses conditions géographiques et hydrodynamiques, le détroit de Gerlache est actuellement plus vulnérable à l'acidification des océans que la région de la Terre Adélie
The intensification of the greenhouse effect due to increasing atmospheric CO 2 concentrations could be higher if not for the ocean’s important role as a sink for atmospheric CO 2 . A consequence of the ocean’s capacity for buffering CO 2 is the ocean acidification of sea surface waters. The Southern Ocean is particularly vulnerable to these consequences due to its low temperatures and high seasonal primary productivity. The present Ph.D. thesis focus on the analysis of the carbonate system, particularly the ocean acidification state, in the Gerlache Strait and the polar zone off the Adelie Land region. These two regions present different hydrodynamics and, consequently, are expected to present differences in their carbonate system variability. Using data sets from the Brazilian NAUTILUS programme and the French MINERVE programme, the carbonate system dynamic was assessed in these regions from 2015 to 2017. The results are presented as scientific articles, which were assembled to structure this thesis. The Gerlache Strait showed the largest spatial variations of carbonate system properties with potentially acidic conditions during austral summer. In comparison, the polar zone off Adelie Land larger inter-annual and spatial variations associated with frontal zones. Due to its geographical and hydrodynamic conditions, the Gerlache Strait is currently more vulnerable to ocean acidification than the off Adelie Landregion