Géologie des réservoirs karstiques : développement d’un outil méthodologique type SIG en 3D, exemple du Larzac sud (France)

Les réservoirs karstiques résultent de la dissolution d’un volume de roche carbonatée sous l’effet de circulations de fluides acides et constituent des espaces de stockage considérables pour les ressources souterraines. Les hétérogénéités des systèmes karstiques et de leur structure interne constituent un obstacle à l’élaboration de modèles hydrologiques fiables.

L’objectif de cette thèse CIFRE est double :

1 – Créer un outil d’analyse des réservoirs karstiques. L’outil numérique développé permet l’acquisition, la centralisation, la visualisation et l’archivage de données pertinentes pour l’analyse des karsts. Ce véritable SIG en 3D constitue une solution d’analyse, d’interprétation et de communication sur les réservoirs karstiques.

2 – Contribuer à la compréhension de la nature, la géométrie et l’organisation des réservoirs karstiques dans un massif carbonaté, à partir de l’exemple du Larzac sud. La construction d’un modèle géologique 3D de l’intervalle du Jurassique permet de définir l’enveloppe dans laquelle se développe le réservoir karstique. Le squelette du réservoir karstique est constitué par des couloirs d’altération qui résultent d’un processus de « fantômisation ». Leur identification et cartographie, en surface et en profondeur permet de caractériser la structure et la texture du réservoir géologique. Trois étapes successives de débourrage des couloirs d’altération sont mises en évidence, en lien avec les modifications connues des conditions hydrodynamiques, contrôlées par l’évolution tectonique et morphologique du Larzac sud. La compréhension de ces étapes d’organisation des réseaux de couloirs d’altération permet d’apporter des éléments de réponses à l’organisation des chemins de drainages d’eaux souterraines actuels.

Cette thèse apporte i) une nouvelle compréhension de la structure et de la texture d’un réservoir karstique, et ii) un outil, adapté à l’étude du karst, qui permettent de répondre de manière pratique et cohérente aux questions posées par les collectivités, les décideurs et les industriels, quant à la nature du sous-sol en domaine karstique.

Jury :

Laurent BRUXELLES, Directeur de recherche, CNRS – TRACES, Toulouse. Rapporteur
Pauline COLLON, Professeure des universités, Université de Lorraine. Rapportrice
Philippe AUDRA, Professeur des universités, Université Côte d’Azur. Examinateur
Églantine HUSSON, Ingénieure chercheuse, BRGM, Orléans. Examinatrice
Hubert CAMUS, Docteur, Responsable scientifique Cenote. Co-encadrant
Michel SÉRANNE, Directeur de recherche, CNRS – Géosciences Montpellier. Directeur (invité)
Séverin PISTRE, Professeur des universités, Université de Montpellier. Invité

Résilience hydrodynamique des systèmes récifs-lagon

La compréhension de l’hydrodynamique des récifs coralliens d’eau chaude et de leurs lagons est cruciale pour les écosystèmes et les populations côtières dans le contexte du changement global. Cependant, établir les trajectoires long terme de l’hydrodynamique de ces systèmes (courants, vagues, niveaux moyens, etc.) reste difficile.
En outre, l’existence de perturbations brutales des trajectoires hydrodynamiques (cyclones, épisodes de blanchiment des coraux) remet en question la légitimité des études basées sur des scénarios excluant tout accident. Alternativement, depuis les années 1970, la résilience est définie par Holling (1973) comme la capacité d’un système à absorber les perturbations sans changer définitivement de régime de fonctionnement. Si ce concept est devenu une clé de lecture importante pour représenter les futurs possibles de systèmes naturels perturbés, il n’a jamais été mis en œuvre en hydrodynamique côtière, en particulier pour traiter la question des trajectoires hydrodynamiques des systèmes récifs-lagon (dont les atolls).

Cette thèse se pose donc la question suivante : « Dans quelle mesure la notion de résilience est-elle exploitable en hydrodynamique pour discuter l’avenir des atolls ? »

Pour répondre, ce travail se concentre sur un type de système récifal encore peu étudié, représentatif de petits systèmes récifs-lagon quasi-circulaires et microtidaux, observables aux Fidji, à l’intérieur de la Grande Barrière de Corail ou dans l’archipel des Tuamotu.

Un atoll simplifié type est défini à la manière d’un banc de test en canal en utilisant une quinzaine de paramètres descriptifs. Le comportement hydrodynamique de ce système simplifié est ensuite étudié via un grand nombre de simulations réalisées avec un modèle couplé vagues-courants. L’analyse des simulations hydrodynamiques permet de discuter les comportements hydrodynamiques de ces atolls, notamment des régimes d’ouverture aux échanges avec les eaux océaniques. Une liste de paramètres responsables des changements hydrodynamiques majeurs est ensuite isolée.

L’utilisation de ces paramètres dans la définition de trajectoires long terme d’atolls existants met en évidence des changements hydrodynamiques importants qui peuvent perturber les écosystèmes ou les populations locales.

Enfin, l’exploration massive de cet espace de paramètres met en évidence un premier lien entre l’hydrodynamique récifale et la notion de « paysage de la résilience », au cœur de la définition originale du concept.

 

Jury :

Xavier CAPET, Directeur de recherche, CNRS, Sorbonne Université, LOCEAN-IPSL – Rapporteur
Christophe MENKES, Directeur de recherche, IRD, UMR ENTROPIE – Rapporteur
Swen JULLIEN, Chargée de recherche, IFREMER, LOPS – Examinatrice
Héloïse MICHAUD, Chargée de recherche, SHOM – Examinatrice
Frédéric BOUCHETTE, Professeur, Université de Montpellier, GM – Directeur de thèse
Damien SOUS, Maître de conférence, HDR, UPPA, SIAME – Directeur de thèse

Par Kristel CHANARD (IGN, IPG, Paris)

à 14h amphi 23.01

campus Triolet, Université de Montpellier

Participer à la conférence en ligne (ID de réunion : 975 3830 3154)

Freshwater scarcity, a pressing consequence of climate change, threatens human populations and ecosystems. With glaciers melting at alarming rates, rainfall becoming erratic and water evaporating faster, the stress on water resources reaches critical levels. As water demand intensifies, it becomes crucial to harness multiple observations of the rapidly changing water resources and enable evidence-based decision making to ensure sustainable water management. Modern geodesy, the study of the evolving shape of our planet, emerges as a new tool to monitor dynamic hydrological processes from space, at unprecedented spatio-temporal scales, guiding the development of theories and models to predict their course. Recent developments in hydrogeodesy now reveal variations in the gravity field and surface deformation of the Earth caused by the redistribution of water masses over timescales ranging from seasons to several decades. These signals are key to exploring the complex mechanical interactions between hydrology and the solid Earth.

 

 

 

Kristel CHANARD received a PhD in Geophysics from ENS in 2015, followed by a postdoc at the University of Lausanne. She has been a research scientist at IPGP and IGN since 2017. She studies Earth’s deformation driven by climate processes using satellite geodesy and physics-based modeling.

 

 

 

 

Cadre structural et cinématique de la terminaison Nord-Est du faisceau de failles des Cévennes et analyse paléosismologique des failles de Marsanne et de Grangette

À la suite du séisme du Teil (Mw 4,9) survenu le 11 novembre 2019 en Ardèche, de nombreuses questions demeurent sans réponse : le système de faille Nord-Cévenol, à l’origine de cet événement, a-t-il déjà généré des séismes par le passé ? Quelle est sa géométrie et quelle est sa cinématique actuelle ?

Cette thèse vise à répondre à certaines de ces interrogations en fournissant de nouvelles données sur ce système de faille, notamment sur les failles de Marsanne et de Grangette. Grâce à l’analyse de profils sismiques profonds et de subsurface, nous avons démontré que les principales structures correspondent à des failles normales listriques, actives principalement entre le Crétacé inférieur (135 Ma) et l’Oligocène (30 Ma), dans un contexte extensif et décrochant sénestre. Le modèle de faille, issu de l’interprétation de ces profils, a permis de mieux contraindre la morphologie des zones de failles étudiées ainsi que celle des dépôts quaternaires qui les jalonnent. En adoptant une approche de paléosismologie, nous avons identifié au moins un paléoséisme sur la faille de Marsanne, avec un mouvement inverse daté entre 320 ± 24 ka et 271 ± 39 ka, et une magnitude minimale estimée à Mw 5,9. Un second indice de rupture de surface a été relevé sur la faille de Grangette, sous la forme de fissures dans des alluvions situées dans la zone de faille. Les datations préliminaires situent cette déformation entre 2 Ma et 0,6 Ma.

Ainsi, la compilation des données recueillies au cours de cette thèse permet une mise à jour de la cartographie du système de failles des Cévennes, améliore la compréhension de la dynamique
tectonique actuelle du bassin du Sud-Est, et apporte des éléments importants sur
l’aléa de rupture de surface
dans la vallée du Rhône.

 

 

Jury :

Magali RIZZA, Professeur des universités, Université du Québec, Montréal – Rapportrice
Thibault CAVAILHES, Maître de Conférences, Université de Bordeaux – Rapporteur
Carole PETIT, Professeur des universités, Université Côte d’Azur, Nice – Examinatrice
Michel SÉRANNE, Chargé de Recherche, Géosciences Montpellier – Examinateur
Jean-François RITZ, Directeur de Recherche, Géosciences Montpellier – Directeur de thèse
Kévin MANCHUEL, Ingénieur scientifique, Électricité de France, Aix-en-Provence – Co-encadrant de thèse
Romain LE-ROUX-MALLOUF, Ingénieur scientifique, Électricité de France, Aix-en-Provence – Invité
Stéphane BAIZE, Directeur de recherche en Géosciences, IRSN, Fontenay-aux-Roses – Invité

Caractérisation expérimentale des processus de recristallisation dynamique par essais de traction avec acquisition EBSD in-situ dans l’alliage de magnésium AZ31

Cette thèse explore les processus de recristallisation dynamique (DRX) dans les polycristaux, en utilisant l’alliage de magnésium AZ31 comme matériau modèle pour des matériaux à forte anisotropie plastique. Un protocole expérimental innovant a été développé, permettant le suivi en 2D des microstructures au cours de la déformation, par des essais de traction associés à l’acquisition in-situ de cartographies EBSD sur une large plage de déformations finies (jusqu’à 67% de déformation ingénieure). L’évolution de la microstructure a été étudiée dans différentes conditions de température et de vitesse de déformation (20, 150, 250 et 300° C; 10−3 et 10−4 s−1. La grande quantité de donnée EBSD obtenue permet d’étudier le comportement mécanique global de l’échantillon à la perspective des évolutions microstructurales quantitative d’un point de vue statistique, ainsi que des caractérisations, discrètes et qualitatives, de processus locaux au cours de la déformation. Les résultats montrent qu’à 250° C et 10−3 s−1 la DRX est induite par la rotation des sous-grains et le phénomène de bulging, contribuant à l’adoucissement du matériau par la réduction du durcissement géométrique (induit par l’évolution de la texture) et la réorganisation du réseau de dislocations (polygonisation). La formation de necklace, poches de grains recristallisés de petite taille à l’interface entre deux grains de plus grande taille, est identifée et caractérisée par l’observation des évolutions locales progressive dans les régions concernées. Ces résultats ont permis d’identifier l’impact de l’évolution du joint de grains initialement à l’interface entre les deux grains parents. Des essais complémentaires à différentes températures ont permis d’observer des variations dans l’impact de la DRX sur la déformation. Malgré certaines limitations expérimentales, ce travail ouvre des perspectives pour l’étude de la DRX dans d’autres matériaux cristallins anisotropes, tels que la glace ou les minéraux.

 

Jury :

Olivier CASTELNAU, Directeur de recherche, CNRS, PIMM Paris – Rapporteur.
Romain QUEY, Chargé de recherche, CNRS, Mines St Etienne – Rapporteur.
Frédéric GUEYDAN, Professeur des universités, UM, Géosciences Montpellier – Examinateur.
Brigitte BACROIX, Directrice de recherche émerite, CNRS, LSPM Villetanneuse – Examinatrice.
Mme Andréa TOMMASI, Directrice de recherche, CNRS, Géosciences Montpellier – Directrice de thèse.
Maurine MONTAGNAT RENTIER, Directrice de recherche, CNRS, IGE Grenoble – Directrice de thèse.
Marco Antonio LOPEZ-SANCHEZ, Research associate, University of Oviedo – Invité