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Section 35 - Structure et évolution de la terre et des autres planètes

Les thèses se rapportant à la section CNU "Section 35 - Structure et évolution de la terre et des autres planètes"

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  • Fingerprinting sediment sources in agricultural catchments in southern Brazil    - Tiecher Tales  -  05 mars 2015

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    La connaissance des principales sources diffuses de sédiments permettrait d'améliorer l'utilisation des ressources publiques investies dans les stratégies de gestion des sols. Les méthodes de traçage (fingerprinting) conventionnelles basées sur la composition géochimique sont laborieuses et nécessitent une préparation importante des échantillons. Cette étude visait à rechercher les sources de sédiments dans des bassins versants agricoles du Rio Grande do Sul (sud du Brésil) et d'évaluer l'utilisation des outils spectroscopiques comme technique alternative. La superficie des bassins versants étudiés est comprise entre 0,80 et 2027 km². Les sources de sédiments correspondent aux terres cultivées, aux prairies, aux chemins agricoles et aux berges des cours d'eau. L'échantillonnage des sédiments est basé sur des préleveurs automatiques pour un suivi temporel, des prélèvements de sédiments fins du lit de la rivière, et lors d'événements de pluvieux. La concentration totale des traceurs géochimiques a été mesurée dans les échantillons de sédiments et de sols. Les mesures spectrales ont été faites dans la gamme ultraviolet-visible, proche infrarouge et infrarouge moyen pour le bassin versant d'Arvorezinha. Les deux méthodes, classiques et spectroscopiques, permettent de discriminer et de fournir la contribution des sources de sédiments. L'information spectrale peut être aussi précise que les traceurs géochimiques. En outre, la combinaison de paramètres de couleur dérivés du spectre dans le visible avec traceurs géochimiques était une façon rapide et peu coûteuse pour améliorer la discrimination entre les sources et la précision des prédictions. La contribution des sources de sédiments démontrent que d'autres facteurs que proportion de l'utilisation des terres, comme la distribution de terres agricoles, les forêts et les chemins agricoles dans le paysage, jouent un rôle important dans la production de sédiments. Forêt riparienne semble être un facteur clé de l'érosion des berges des cours d'eau. L'érosion due aux chemins agricoles semble être fortement liée échelle d'observation et dépend du nombre de points ou les routes traversent le réseau hydrographique. Les terres cultivées, même lorsque cultivées sans labour (semis direct), sont encore la principale source de sédiments dans les bassins versants agricoles dans le sud du Brésil. La quantité de sédiment produite par les terres cultivées et par unité de surface qui atteint efficacement le réseau de drainage variait de 0,06 à 3,95 tonnes ha-1 an-1. Ces variations sont partiellement liées au relief et à la pente, mais elles sont essentiellement influencées par l'utilisation des terres et la gestion des sols. La quantité de sédiments provenant des terres cultivées est encore trop élevée pour des zones de faible érosivité et cultivées sans labour du sol, comme le bassin versant de Conceição (1, tonnes ha-1 an-1). Ceci, indique que des efforts supplémentaires sont encore nécessaires pour réduire l'érosion du sol. Par conséquent, il est urgent de mieux planifier l'utilisation et l'occupation des terres dans ces bassins versants, dans la mesure où les systèmes de gestion des sols utilisés par les agriculteurs sont encore inefficaces pour réduire le ruissellement et l'érosion dans les zones cultivées dans le sud du Brésil.

  • Hydrogeological and hydrochemical framework of complex volcanic system in the Upper Awash River basin, Central Ethiopia : with special emphasis on inter-basins groundwater transfer between Blue Nile and Awash rivers    - Yitbarek Baye Andarge  -  10 décembre 2009

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    Integrated approach has been used to investigate the hydrogeological framework of a complex fractured volcanic aquifer system in the Upper Awash river basin located at the western shoulder of the Ethiopian rift. The groundwater flow system and mechanism of recharge of different aquifers have been studied using conventional hydrogeological field investigations, hydrochemistry, isotope hydrology and numerical groundwater flow modeling techniques. Litho-hydrostratigraphic relationships were constructed from lithologic logs obtained from exploratory drilling of deep boreholes. The result indicates quite complex flow pattern and hydraulic characteristics of the different volcanic aquifers. The litho-hydrostratigraphic correlation indicates that the permeable and porous scoraceous lower basaltic aquifer is extended laterally all the way from the Blue Nile Plateau to the study area. .The analysis of the temporal and spatial variation of water samples from different places revealed clear undwater-surface water interactions. New evidences have also emerged on the inter-basin groundwater transfer. Two distinct regional basaltic aquifers (Upper and lower) are identified showing distinct hydrochemical and isotopic signatures. In the southern part of the study area the upper and lower aquifers form one unconfined regional aquifer system. In the northern and central part of the basin, it appears that the two systems are separated by regional aquiclude forming confined aquifers, in places with artesian wells. The groundwater from the deep exploratory wells (>250m) tapping the lower basaltic aquifer and wells located in the south were found to be moderately mineralized (TDS: 400-600 mg/l), with relatively depleted stable isotope composition and with almost zero tritium. In contrast, the upper shallow aquifer has lesser ionic concentration, more isotopically enriched. Evidences from the different methods clearly indicate inter-basin groundwater transfer from the Blue Nile basin to the Upper Awash basin. The evidences also converge to testify common origin of recharge, presence of hydraulic connectivity for systems tapping the lower basaltic aquifer. This has enormous practical implication in finding large groundwater reserve at a greater depth that can solve the current water supply problems of the community including the capital Addis Ababa. It will also have important role in finding more regional aquifers along the plateau-rift margins in many areas having similar hydrogeological setup as the study area.

  • Hydrogeology of complex volcanic systems in continental rifted zone : integrated geochimical, geophysical and hydrodynamic approach : Middle Awash basin, Main Ethiopian Rift, Ethiopia    - Konchi Wakgari Furi  -  07 octobre 2010

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    Middle Awash basin, located in the complex volcanic centre of the Ethiopian Rift valley, is one of the drought prone areas marked by considerable water supply problems. Due to lack of surface waters, groundwater remains the sole resource supplying water for domestic and livestock. However, its effective use has been hampered due to the complex aquifer system of this basin. In this study, multidisciplinary method has been applied to characterize the hydrogeological system of this complex volcanic basin. The combined results from datasets show two distinct aquifer systems linked to geology and physiographic location. The Ca-alkaline rocks like basalt, ignimbrite, and trachybasalt form aquifers in the mountain regions whereas the Na-alkalne rocks which include scoria, pumice, tuff, and volcanoclastics are main aquifers in rift floor. Ground waters circulating in the highland areas are slightly mineralized and are Ca-Na-HCO3 type. On the other hand, ground waters in the rift floor are Na-HCO3-Cl types and are highly mineralized as well as contain high load of fluoride much higher than the permitted standard. Rivers hydrograph, hydrochemistry, environmental isotope, and 2D tomography are in good agreement showing fast percolation of rainfall and strong interaction between surface waters and ground waters. Result from numerical groundwater flow modeling further indicates the strong interaction between groundwater and surface waters in the form of losing and gaining.

  • Preparation of activated kaolin for bleaching rice bran oil and synthetic kaolinites to assess sorption properties of these particles in relation to their morphology    - Aung Lei Lei  -  02 mai 2014

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    Cette étude a fait l'objet de deux parties. L'une porte sur l'effet de différents types d'activation (chimique, thermique, mécanique) de kaolins (géo-matériaux riches en kaolinite) sur leurs propriétés de décoloration vis-à-vis de l'huile de riz. L'autre traite de l'effet de la taille et de la morphologie de kaolinites de synthèse sur leurs propriétés d'adsorption. Cette étude a montré que lorsque le kaolin était chauffé à plus de 100°C avant de subir une activation acide en milieu sulfurique, citrique ou oxalique, la capacité de décoloration vis-à-vis de l'huile de riz était fortement réduite. Cet effet a été directement mis en relation avec la destruction partielle ou totale de la structure de la kaolinite, associée à une forte lixiviation de l'aluminium de l'échantillon et à la précipitation de silice amorphe. Il s'est donc avéré que la préservation des sites aluminols présents sur les surfaces externes des particules de kaolinites semblait être un critère primordial à conserver en vue d'obtenir de bonne capacité de décoloration. Dans ce contexte, les meilleures capacités de décoloration (82% environ) ont été obtenues en utilisant conjointement un traitement thermique modéré (<100°C), un broyage mécanique de l'échantillon avant l'étape d'activation acide, une concentration en acide de l'ordre de 0.3 à 0.5 mol/L et un rapport (argile)/(solution acide) de l'ordre de 1/50. Notons que les plus fortes valeurs de surfaces spécifiques n'ont pas forcément été associées aux échantillons présentant les meilleures capacités de décoloration en raison de la présence de silice amorphe et de la non-préservation des sites aluminols de la kaolinite ; sites responsables de l'adsorption des pigments de molécules de chlorophylle-a. Par ailleurs, aucune étude à notre connaissance ne reliait directement les morphologies de particules de phyllosilicates à leurs propriétés d'adsorption vis-à-vis de deux cations inorganiques. Dans le cas des kaolinites naturelles, une charge permanente souvent significative et attribuable à des impuretés minéralogiques empêche toute tentative de relier directement la forme des particules à un coefficient de sélectivité entre deux cations pour des sites latéraux donnés. Des kaolinites ont donc été synthétisées par voie hydrothermale en considérant différentes conditions physico-chimiques, afin d'obtenir des morphologies variées (hexagones plus ou moins anisotropes). Pour ces échantillons synthétiques pour lesquels aucune impureté minéralogique et charge permanente n'a été détectée, des isothermes expérimentales d'adsorption entre Na+ et H+ ont été mesurées. Ces cations ont été choisis étant donné leur présence ubiquiste dans les eaux naturelles et leur fort pouvoir compétiteur par rapport aux cations traces métalliques. Grâce aux surfaces spécifiques des sites latéraux et des densités de site issues de la cristallographie des différentes faces présentes dans nos échantillons ((010), (110), (1-10)), un coefficient de sélectivité entre Na+ et H+ sur l'ensemble des sites latéraux d'une morphologie donnée a pu être estimé à l'aide d'un modèle de complexation de surface. Les résultats ont montré que le coefficient de sélectivité Na+/H+ dépendait très fortement de la morphologie de la particule, et que par conséquent les propriétés d'adsorption des kaolinites ne pouvaient pas être obtenues avec précision sans une connaissance fine de la morphologie des particules.

  • Altération et minéralisation d'uranium à Shea Creek (Ouest Athabasca, Saskatchewan, Canada) : vers un nouveau modèle génétique de gisement    - Uri Freddy  -  13 décembre 2012

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    Shea Creek est un gisement d'uranium liée à la discordance entre un socle métamorphique et des roches sédimentaires d'origine fluviatile, d'âge Paléo-protérozoïque et situé dans la partie ouest du bassin d'Athabasca. Ce gisement majeur est le plus profond connu actuellement dans le bassin (entre 680 m et 1000 m de profondeur). Il rassemble en un même lieu tous les types de minéralisation associés à une discordance connus de par le monde. Cette étude s'appuie sur l'analyse de plus de 1200 échantillons du halo d'altération qui entoure le gisement et sur l'utilisation des données d'exploration minière. L'objectif est double. Il s'agit d'une part de déterminer des guides sédimentologiques, pétrographiques, minéralogiques et géochimiques pour la prospection des corps minéralisés en zone profonde et d'autre part d'utiliser ces critères pour construire une représentation tridimensionnelle simplifiée (minéralisation et halo d'altération) permettant de préciser le modèle génétique de ce gisement profond. La localisation des différentes zones minéralisées dépend non seulement des phénomènes d'altération liés aux circulations hydrothermales contrôlées par la tectonique, mais aussi de la nature du remplissage sédimentaire et de son évolution diagénétique. L'architecture de la zone minéralisée de Shea Creek montre que les corps minéralisés sont localisés dans des structures en grabben remplies par des alternances de grès propres et de grès argileux souvent préservés de la compaction et de l'altération. La signature minéralogique et géochimique de ces grès suggère un apport provenant de l'érosion de paléo-altérites continentales (régolithe). La très forte concentration en défauts d'ir

  • Approche par synthèse minérale du système Al-Fe dans les smectites    - Andrieux Pauline  -  30 novembre 2010

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    L'approche par synthèses minérales permet de mieux cerner les conditions de formation des minéraux argileux. Cette approche permet aussi de contraindre la cristallochimie de ces minéraux et ainsi de mieux interpréter leurs signatures spectroscopiques. Il est important pour cela de pouvoir connaître et maîtriser les conditions de synthèse des minéraux argileux que l'on veut étudier. Le but de cette thèse était dans un premier temps de déterminer les conditions de synthèse favorables à la formation de smectites alumino-ferrifères. De nombreux paramètres ont été testés (coprécipitation du gel de départ, état d'oxydation du gel de départ, pH, température). Le pH est un critère très important pour la réussite de la synthèse. En effet, il varie en fonction des teneurs respectives en Al et en Fe3+. La température doit également être ajustée tout au long de la série. Ainsi, en ajustant le pH et la température, des smectites alumino-ferrifères dans une large gamme de compositions chimiques ont été synthétisées tout au long de la série chimique. Elles ont été obtenues par traitement hydrothermal, à des températures entre 150 et 240°C, des pressions de vapeur d'eau saturante, de gels de compositions variables, pour des durées de synthèse variant de 13 jours à 2 mois et demi. Dans un second temps, les smectites synthétisées ont été étudiées par DRX, MET, IR (NIR et MIR), EXAFS au seuil K et au seuil L du Fe, et 27Al MAS RMN. La confrontation des données issues de ces différentes techniques montre que la solution solide Al-Fe3+ dans les smectites entre les deux pôles beidellite et nontronite est complète sans nécessairement la présence de Mg2+ dans le système comme il était suggéré jusqu'alors dans la littérature.Les smectites synthétisées à compositions Al-Fe3+ variables constituent donc une bonne série de référence pour les études spectroscopiques et pour les applications en tant que géomatériaux et nanomatériaux.

  • Approches multi-continuum de la dualité homogénéisation-inversion des propriétés hydrodynamiques en milieu poreux fracturé    - Kaczmaryk Anne  -  06 novembre 2008

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    Le sous-échantillonnage est une plaie quasi systématique dans l'étude des milieux souterrains. En l'occurrence, la question reste posée d'interpréter des données recueillies in situ pour déterminer les paramètres macroscopiques régissant l'écoulement et le transport de soluté dans ces milieux. L'objet de ce travail est de proposer des outils d'inversion de données hydrodynamiques en gardant une approche physique (par opposition à systémique) du fonctionnement du réservoir. Des mesures de rabattements hydrauliques ont été acquises en deux campagnes de tests d'interférence sur l'aquifère carbonaté fracturé du Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de l'Université de Poitiers. Elles sont interprétées selon des modèles continus double milieu, et intègrent en particulier les effets de drainance karstique observés sur la seconde campagne de mesures. Un outil d'inversion du transfert de masse est également proposé sur la base d'un calcul Lagrangien dans le domaine des temps pour des réseaux de liens. Entre autres sophistications, l'inversion est assortie d'une dérivation analytique des sensibilités aux paramètres. Enfin, la trace du réseau de liens est éliminée en substituant les équations classiques du transport par les équations de Langevin. Elles intègrent un champ de forces à l'origine d'un terme hyperbolique qui pourrait représenter les éventuels effets de chenalisation d'un réseau. Plusieurs développements analytiques en régime transitoire et asymptotique du déplacement moyen et de la dispersion attestent de la faisabilité d'une telle substitution. Le travail doit cependant être poursuivi, notamment la comparaison avec des données de traçage acquises sur le terrain.

  • Argiles, traceurs de paléoconditions diagénétiques et hydrothermales    - Ploquin Florian  -  09 décembre 2011

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    Dans le cadre du programme TAPPS2000 - GNR FORPRO, mené sur le site de Bures (Meuse, France), l'ANDRA a réalisé un forage profond (EST 433) de reconnaissance du Trias local ; les terrains triasiques constituant le soubassement rocheux du niveau d'argilites amené à servir d'encaissant géologique pour le stockage des déchets radioactifs. Le forage a recoupé le Trias sur une épaisseur totale de 700 m en rencontrant successivement de bas en haut : (1) le Buntsandstein restreint à un grès à passées conglomératiques (120 m) ; (2) le Muschelkalk (150m) essentiellement composé d'argiles gréseuses coiffées par des dépôts dolomitiques ; (3) le Keuper constitué de dépôts (450 m) argileux gréso-silteux à intercalations de niveaux salifères ; (4) un ensemble Rhétien-Hettangien caractérisé par des faciès argilo-marneux (80 m). Cette succession lithostratigraphiqie permet de retracer l'évolution des paléoenvironnements sédimentaires depuis des milieux fluviatiles (Buntsandstein) puis lagunaires (Muschelkalk supérieur), à des systèmes de grandes plaines d'inondations temporairement envahies par la mer (Keuper) et, enfin, à un contexte de mer épicontinentale (Rhétien-Hettangien) annonçant la transgression généralisée qui gagnera le centre du Bassin de Paris. La proximité des aires continentales est enregistrée dans la fraction détritique des sédiments tout au long du Trias. La géochimie de ces matériaux signe nettement leur caractère de croûte continentale et leurs valeurs isotopiques Nd-Sm associées en donnent une origine liée aux méta-sédiments et aux granites hercyniens " contaminés " par des roches juvéniles. La minéralogie des phases argileuses authigènes (fraction < 0,2 µm)...

  • Caractérisation d'un système aquifère volcanique par approche couplée hydrogéochimique et modélisation numérique. Exemple de l'aquifère des basaltes de Dalha, sud-ouest de la République de Djibouti    - Aboubakar Mohamed  -  15 novembre 2012

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    L'aquifère des basaltes du Dalha de la région de Dikhil, au Sud de la République de Djibouti, a fait l'objet d'une étude basée sur une approche pluridisciplinaire (hydrochimique, isotopique, hydrodynamique, modélisation 2D des écoulements) afin de comprendre le fonctionnement de ce système aquifère dans le cadre d'une gestion de ressources en eaux. L'étude hydrochimique a permis de mettre en évidence, d'une part, les processus d'acquisition de la minéralisation des eaux suivant les principales directions d'écoulement, et d'autre part, des faciès hydrochimiques complexes sur la base de la dominance respective des cations et anions. Trois faciès hydrochimiques sont prédominants, à savoir : Na-SO4-HCO3 représentant les eaux à minéralisation modérée, Na-HCO3-SO4 caractéristique des eaux à faible minéralisation et Na-Mg-Cl-SO4 qui correspond aux eaux à forte minéralisation et circulant principalement dans les aquifères des basaltes du Dalha et stratoïdes. Les résultats de l'analyse des isotopes stables de l'environnement (d18O et d2H) sont en parfait accord avec ceux issus de l'hydrochimie, et indiquent que les eaux souterraines de la zone d'étude sont d'origine météorique. D'un point de vue hydrogéologique, les résultats des pompages d'essais exécutés sur les forages captant l'aquifère du Dalha et l'aquifère stratoïde, ont révélé le fort degré d'hétérogénéité des ces aquifères. Le modèle numérique d'écoulement bidimensionnel de l'aquifère des basaltes de Dalha, en régime permanent, a confirmé l'hétérogénéité de l'aquifère mis en évidence par les pompages d'essais et a permis d'établir un bilan de flux qui indique que l'exploitation de l'aquifère a atteint une limite critique

  • Cinétique d'évolution structurale des sols argileux : relation stress hydrique-stress salin ; Application à la biodiversité et rendement de culture    - Radimy Raymond Tojo  -  11 décembre 2015

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    Les marais de l'Ouest ont été gagnés sur les sédiments fluvio-marins par poldérisation débutée dès le moyen âge. Les aménagements hydrauliques avaient, initialement, des objectifs sanitaires et d'élevage. A partir des endiguements, ils ont divisé les territoires en marais mouillés et marais desséchés. Depuis les années 1970 le développement des cultures intensives de céréales a nécessité un rabaissement complémentaire de la nappe par drainage en partie pour augmenter la désalinisation de surface et limiter l’engorgement des sols. Néanmoins, ces territoires restent caractérisés par des nappes proches de la surface. En conséquence les profils hydriques vont être gouvernés par les conditions météorologiques y compris l'évapotranspiration, la pluviométrie, mais également par les remontées capillaires issues d'une nappe salée. D'autre par la nature argileuse des sols et ses propriétés de retrait conditionnent énormément le fonctionnement hydrodynamique et les évolutions de structure. La première partie du travail a été de suivre les évolutions des profils hydriques et de salinité en parcelles non drainées (prairies) et en parcelles drainées (Maïs, Blé, Tournesol). Ces suivis ont été complétés par les mesures des niveaux de nappes et par des mesures tensiométriques via des bougies poreuses implantées à différentes profondeurs. L'objectif final a été de calculer et modéliser les profils de réserve utile (RU) et de RU "résiduelle" utilisable par les plantes. Dans ces systèmes alimentés par les remontées capillaires, le réseau racinaire puise l'eau dans la zone non saturée de surface (vadose) puis dans la zone saturée sous-jacente. La teneur en eau caractéristique de l'interface zone non saturée - zone saturée a été déterminée par analogie entre les chemins d'état de la matrice argileuse le long de sa courbe de retrait et du sol le long de sa courbe de compaction. Les profils de RU résiduelle utilisable par les plantes ont été calculés à partir des profils de teneurs en eau puis comparés aux profils de RU obtenus via les données de station météorologique. Ces profils de RU résiduelle ont pu être écrits sous forme d'équation polynomiale du second degré puis modélisés. Dans cet environnement alimenté par les remontées capillaires, ces profils de RU résiduelles peuvent être modélisés à partir d'un paramètre facilement mesurable en surface qui prend en compte la structure du sol et les conditions météorologique : soit la teneur en eau à 10 cm de profondeur. Cette modélisation reste suffisamment réaliste pour être utilisée comme un outil prédictif face à la pédodiversité et/ou les rendements de culture. A ce travail s'ajoute deux études préliminaires : - les mesures des conductivités thermiques effectives de ces sols par la méthode du fil chaud et leurs modélisations dans les systèmes biphasés : eau - argile et air - argile, mais également pour les systèmes triphasés non saturés : eau - air - argile. Les perspectives sont la modélisation des transferts thermiques et hydriques dans le sol à partir de la surface, - et l'élaboration d'un protocole d'imprégnation-polymérisation des sols argileux humides par des résines de type HEMA. Cette imprégnation permet d'envisager la confection de lames minces dans le matériau argileux induré avec conservation de sa structure initiale humide. Les perspectives sont la pétrographie quantitative à l'interface racine - sol le long de profils verticaux dans les environnements argileux à degrés de saturation et structure évolutives.

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