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Soutenance HDR d’Aurélie Penaud

Dynamiques paléohydrologiques et paléoenvironnentales de l’Atlantique Nord à la Méditerranée occidentale :

l’apport de la palynologie marine sur les derniers 50 kyr

Ce manuscrit d’HDR décrit les activités de recherche, d’enseignement, et d’encadrement, que je mène depuis mon recrutement en tant qu’Enseignante-Chercheure à l’Université de Brest (UBO) en octobre 2010 et au Laboratoire Géosciences Océan (UMR 6538, LGO-IUEM).

Mes travaux de recherche sont centrés sur l’étude des archives sédimentaires marines par le biais des palynomorphes (i.e. microfossiles organiques observés sur lames au microscope optique après traitements palynologiques) marins et notamment les kystes de dinoflagellés (i.e. dinokystes) : bio-indicateurs très utilisés en paléocéanographie. En effet, l’observation (i.e. données instrumentales ou archives historiques) se cantonne souvent à des reculs temporels trop courts pour appréhender l’ensemble des dynamiques pseudo-oscillantes qui caractérisent la variabilité intrinsèque propre à la machine climatique. Ainsi, les sédiments, en s’accumulant dans les bassins sédimentaires, continentaux à marins, piègent des indices précieux sur les changements paléoclimatiques et les conditions paléoenvironnementales au sens large.

Mes travaux de recherche sont essentiellement centrés sur la bordure est de l’Océan Atlantique et sur : i) des bassins très différents en termes de biozonation climatique (i.e. depuis le nord du Golfe de Gascogne, la Méditerranée occidentale, jusqu’au Bassin du Congo), ii) des environnements sédimentaires contrastés (i.e. milieu océanique franc dans le Golfe de Cadiz à baie macro-estuarienne en Rade de Brest), iii) des échelles de temps variées (i.e. 2 derniers cycles climatiques à résolution d’étude pluriséculaire, Holocène à résolution d’étude pluri-décennale voire (pluri)annuelle sur les derniers 150 ans en Rade de Brest). Les principaux chantiers étudiés nourrissent sans cesse une connaissance plus fine : i) des mécanismes de forçage contrôlant l’évolution des environnements passés, et ii) de la signature accessible par le biais des palynomorphes marins par le biais de calibrations réalisées à partir de sédiments modernes. S’approcher de l’Holocène en milieu côtier interroge, qui plus est, par le biais d’approches et de projets interdisciplinaires, sur la part respective de l’Homme et du climat dans les changements paléoenvironnementaux observés (i.e. interactions et rétroactions Homme-Environnement ; collaborations avec les géomorphologues et archéologues).

Enfin, la palynologie possède l’avantage de permettre une étude du continuum terre-mer sur des archives sédimentaires proximales à distales par rapport au trait de côte. L’identification des dinokystes, couplée à celle des grains de pollen, permet ainsi de discuter, sans soucis de raccord chrono-stratigraphique, ces 2 groupes de bio-indicateurs marins et continentaux, respectivement, et donc de renseigner les conditions hydrologiques de surface en parallèle avec la dynamique de végétation sur les bassins versants adjacents aux sites étudiés. Dans ce manuscrit, les potentialités décuplées par ces couplages de bio-indicateurs sont décrites et amènent à proposer aujourd’hui des projets interdisciplinaires sur les trajectoires des socio-écosystèmes récents (i.e. quelques siècles de reconstructions paléoécologiques) dans des environnements côtiers fortement anthropisés et eutrophisés.

Le métier d’Enseignante-Chercheure implique inévitablement un équilibre pluri-facettes : 1) en enseignement : géosciences (de la Licence 1 au Master 2), 2) en recherche : depuis ma thèse soutenue en 2009 (« Interactions climatiques et hydrologiques du système Méditerranée/Atlantique au Quaternaire »; dir. F. Eynaud et J-L. Turon, UMR 5805 EPOC, Université de Bordeaux), et 3) en communication scientifique (e.g. manifestations de culture scientifique, conférences grand public, travaux avec les établissements scolaires, diffusion des travaux vers les gestionnaires et élus d’un territoire dans le cadre de la Zone Atelier Brest Iroise, CNRS-INEE). L’ensemble de ces différents points, des collaborations et nombreux encadrements, et des responsabilités pédagogiques-collectives-administratives, sont précisés dans le cadre de ce manuscrit d’HDR.

 

Jury

Mme BORNETTE Gudrun, Directrice de recherche, Université de Bourgogne, BESANÇON

M DEVERCHERE Jacques, Professeur des universités, Université de Brest Occidentale, PLOUZANÉ

Mme ELLIOT Mary, Professeur des universités, Université de Nantes, NANTES

M LONDEIX Laurent, Maître de conférences, Université de Bordeaux, site de Talence, PESSAC

Mme RABINEAU Marina, Directrice de recherche, Université de Brest Occidentale, PLOUZANÉ

M ROCHON André, Professeur, Université du Québec

Soutenance HDR de France Floc’h

Morphodynamique des plages sableuses

et quantification du transport sédimentaire

La prévision des impacts du changement global sur les environnements côtiers est un sujet de recherche essentiel en raison des difficultés à observer, comprendre et modéliser les processus physiques importants à diverses échelles spatiales et temporelles. La connaissance des modifications du littoral et des risques d’inondation et d’érosion côtière qui y sont associés revêt une importance sociétale particulière pour les pays ayant un littoral étendu et ces risques devraient s’accroître avec le changement climatique futur. La grande question qui a motivé mes recherches jusqu’à aujourd’hui est la prédiction de la variabilité des littoraux. Différentes échelles de temps et d’espace ont été abordées au travers de mes travaux : de l’échelle du grain à l’échelle d’une plage, sur des échelles temporelles allant du passage d’une vague à plusieurs années. Différents environnements ont été étudiés : des plages macrotidales aux récifs frangeants. En 8 années, les thèmes d’expertise que j’ai développés sont donc l’influence du type de fond sur les processus hydrodynamiques et le transport, l’influence du niveau d’eau en zone méso à macrotidale et l’apport des mesures acoustiques pour la quantification du transport sédimentaire. Le premier axe traité porte sur l’évolution des plages sableuses à des échelles pluriannuelles et la prédiction de leur évolution future. Nos recherches ont permis d’adapter les modèles basés sur les profils d’équilibre de plage à des environnements en zone méso à macrotidale et d’améliorer la prédiction de la variabilité saisonnière de plage. Ces modèles sont dits empiriques et se basent sur les données issues des Services Nationaux d’Observation, auxquels nous participons activement. Alors que le processus d’érosion semble bien modélisé, l’accrétion (le retour du sable sur la plage) semble toujours mal quantifiée, et difficile à appréhender. Les forçages hydrodynamiques à l’oeuvre sont variés, et sont le sujet du second thème abordé. Les niveaux d’eaux à la côte, la propagation et la transformation de la houle en zone littorale sont observés et étudiés sur des plages macrotidales et un récif frangeant. La pente locale et la rugosité du fond sont montrées être des paramètres essentiels à considérer. La dynamique sédimentaire qui va en résulter reste mal comprise de nos jours faute de quantification suffisamment précise et résolue. L’originalité des travaux, présentés dans un troisième axe, réside alors dans l’amélioration des méthodes de traitement de données acoustiques conduisant à la quantification et la caractérisation de sédiments en suspension. Le charriage est également abordé dans des environnements soumis à des courants tidaux extrêmes. L’accrétion des plages sera enfin au coeur d’un projet à venir, décrit dans le dernier chapitre, basé sur la compréhension du transport sous les vagues et appliquant nos avancées en observation, alliée à la compréhension de processus hydrodynamiques fine échelle utilisant une modélisation principalement basée sur le processus. Mes travaux futurs porteront également sur l’influence de la morphodynamique de plages sur le rejet de polluants ou de silicium dissous dans l’océan.

Soutenance HDR de Sara Bazin

Apport de la géophysique multi-méthodes aux risques naturels

 

Pendant plus de 20 ans, mes travaux se sont concentrés sur le développement et l’application de méthodes géophysiques aux risques naturels. Le point commun que l’on retrouve dans mes recherches consiste à coupler différentes techniques en géophysique pour aller au-delà des résultats habituels. Je décris mes contributions aux problématiques de caractérisation de l’aléa sismique aux Antilles. Pour ce faire, je montre par exemple comment j’ai déployé un réseau de sismomètres de fond de mer (OBS) pour étudier les failles responsables du séisme des Saintes le 21 novembre 2004 (M6,3) et de ses répliques, qui continuent encore aujourd’hui. Je présente en outre comment une modélisation plus fine de la rupture sismique permet de mieux évaluer l’aléa tsunami que les modèles antérieurs faisant l’hypothèse d’un déplacement homogène sur le plan des failles.

Mes travaux les plus récents abordent le développement de méthodes géophysiques de proche surface pour résoudre des problèmes de société, tels que les risques liés aux argiles sensibles, la dégradation du pergélisol et la présence de schistes toxiques. Je montre par exemple qu’il est souhaitable de combiner plusieurs méthodes pour mieux contraindre l’interprétation géologique des modèles géophysiques. Ceci peut se faire soit directement grâce à une inversion conjointe (deux paramètres sont estimés simultanément au cours de l’inversion), soit en interprétant conjointement plusieurs paramètres physiques, ou encore en appliquant des contraintes a priori lors d’une inversion.

Enfin, je conclue par les axes de recherche que je propose d’étudier dans les années à venir. Le principal consiste à utiliser les réseaux d’hydrophones mouillés dans le canal SOFAR pour mieux comprendre les cycles magmato-tectoniques témoins de l’accrétion au niveau des dorsales ou de l’activité des volcans sous-marins. Le premier chantier hydroacoustique est celui de la dorsale indienne avec le réseau OHASIS-BIO (Observatoire HydroAcoustique de la SISmicité et de la BIOdiversité ) alors que le second est le nouveau volcan marin proche de Mayotte.

Composition du jury

BRIAIS Anne, Chargée de recherche, Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse

GUERIN Roger, Professeur, Sorbonne Université, Paris 5ème

KLINGELHORFER Frauke, Chercheure IFREMER, Plouzané

SIRIEX Colette, Professeure, Université de Bordeaux, Talence

TARITS Pascal, Professeur, Université de Bretagne Occidentale, Plouzané

11 janvier 2021

Soutenance HDR Pascal Le Roy

Architecture et préservation sédimentaire des plates-formes continentales à faible alimentation et des plates-formes réactivées au cours du Quaternaire.

 

Résumé

La cyclicité composite des enregistrements sédimentaires et les architectures des séquences de dépôts ont été au cœur de nombreux travaux menés sur les sédiments quaternaires des plates-formes continentales durant les trente dernières années. Les études les plus nombreuses ont porté sur des exemples associées à des contextes de forts taux de subsidence et flux sédimentaires permettant des préservations et définitions optimum des séquences. Les travaux présentés ici s’intéressent à l’architecture et à la préservation sédimentaire des plates-formes « maigres » (starved margins) moins étudiés mais largement distribués dans le contexte des marges actuelles. Faiblement alimentées, ces plates-formes sont peu subsidentes et souvent associées à une forte dispersion sédimentaire en lien avec un fort hydrodynamisme. La préservation des séquences hautes-résolutions y est parcellaire mais les enregistrements discontinus dans l’espace et dans le temps constituent néanmoins les témoins clés des changements environnementaux complétant les approches menées à terre. Les exemples étudiés correspondent à 1) des environnements clastiques et silico-carbonatés des zones tempérées (plate-forme armoricaine et plate-forme marocaine), 2) des environnements mixtes clastiques-carbonatés des zones tropicales (plate-forme de Nouvelle-Calédonie), 3) des environnements purement carbonatés des zones tropicales (canal du Mozambique et SW Pacifique). La préservation des séquences sédimentaires est aussi abordée pour des exemples de plates-formes réactivées au sein de contextes tectoniques compressifs ou transpressifs aboutissant à un partitionnement des motifs d’empilement des enregistrements sédimentaires. Pour la majorité des cas étudiés, l’organisation stratigraphique des plates-formes à faibles alimentations est avant tout contrôlée par les cycles eustatiques à 100 ka. Néanmoins, l’hydrodynamisme, la paléo-morphologique et la tectonique constituent les paramètres cardinaux communs contrôlant leur évolution quaternaire et leur conférent leurs spécificités. Ces différents paramètres s’enregistrent différemment : le contrôle tectonique se caractérise à partir de la préservation de plusieurs séquences tandis que le contrôle hydrodynamique est mis en avant à travers le dernier cortège transgressif. Les géométries des cortèges de dépôts montrent une grande variabilité en lien avec le régime sédimentaire et les variations locales d’accommodation déterminées par la combinaison de la paléo-morphologie et des mouvements verticaux. Pour l’exemple de la plate-forme armoricaine, le cortège transgressif est enregistré de manière synchrone par le remblaiement des vallées incisées de la plate-forme interne et la construction de grands bancs tidaux. Les faibles taux de sédimentations y déterminent la mise en place tardive du cortège de haut niveau et le développement des surfaces de ravinements est en lien avec les discontinuités morphologiques du substratum influençant les vitesses de recul de la ligne de rivage. Pour la plate-forme mixte clastique-carbonatée de Nouvelle-Calédonie, les géométries sont également contrôlées par l’héritage morphologique du substratum et la déclivité du haut de pente continentale. Ce contrôle conduit à un fort partitionnement spatial et temporel des dépôts carbonatés et clastiques. Par ailleurs, la paléo-morphologie limite localement la dispersion hydrodynamique favorisant la mise en place et la préservation des dépôts. La préservation est aussi favorisée au sein des segments de plates-formes basculés associés aux jeux de failles régionales récentes. Cet effet est amplifié par la concentration des flux sédimentaires au sein de ces segments qui chenalisent les arrivées terrigènes.

Composition du jury

Jacques Deverchère (Université de Bretagne Occidentale)

David Menier (Université de Bretagne Sud)

Jean-Noel Proust (Université de Rennes 1)

Marina Rabineau (Université de Bretagne Occidentale)

Bernadette Tessier (Université de Caen Basse Normandie)

Vera Van Lancker (Muséum des Sciences Naturelles, Bruxelles)

Soutenance HDR Stefan V. Lalonde

Biogéochimie de la Terre Primitive :

Nouvelles Perspectives Issues des Archives Sédimentaires Archéens et Protérozoïques

Résumé

À travers les temps géologiques, l’évolution de la vie et de l’environnement de surface terrestre sont intimement liés, et ce, de manière étonnante. D’une part, les processus biologiques exercent un contrôle primaire sur les cycles élémentaires, les compositions chimiques de l’atmosphère, des océans et des sédiments, et plus en générale sur l’homéostasie à l’échelle planétaire. D’autre part, l’évolution des conditions environnementales de notre planète depuis 3,5 milliards d’années a orienté l’évolution biologique à travers le développement de voies enzymatiques particulières et de stratégies d’adaptation biologiques à l’émergence de la vie multicellulaire elle-même. Ce manuscrit d’Habilitation résume mes recherches scientifiques jusqu’à ce jour sur l’interaction qui existe entre les Sciences de la Vie et les Sciences de Terre, en se focalisant plus particulièrement sur la période des premiers pas de la vie microbienne sur Terre, à l’Archéen et au Protérozoïque. Dans une première partie, je présente des travaux sur les enregistrements sédimentaires Archéens et Protérozoïques, en mettant l’accent sur la disponibilité des éléments nutritifs dans les océans anciens, les enregistrements en éléments traces témoignant de l’évolution des conditions d’oxydo-réduction, et sur les dépôts de sédiments chimiques riches en fer pouvant enregistrer ces deux derniers. Dans une seconde partie, je me concentre plus particulièrement sur l’apparition et l’évolution des concentrations en oxygène dans l’histoire de la planète Terre. Cette partie comprend des témoins ainsi qu’une modélisation des prémices de la production de dioxygène par les cyanobactéries durant l’Archéen, des enregistrements géochimiques de l’accumulation du dioxygène atmosphérique pendant le Grand Événement d’Oxydation (GOE) au Paléoprotérozoïque il y a environ 2.4 Ga, et des stratégies d’adaptation animale pour accéder à des niches écologiques riches en O2 plus tard dans l’histoire de la Terre. Dans une troisième partie, je décris mes recherches visant à comprendre la précipitation des minéraux, l’adsorption élémentaire et la microfossilisation dans des systèmes pertinents, à la fois naturels et expérimentaux, pour la Terre primitive. Ces travaux ont abouti à plusieurs conclusions principales: les concentrations de plusieurs oligo- éléments dans l’eau de mer semblent avoir été considérablement différentes dans l’histoire de la Terre, bien que l’interprétation de ces enregistrements soit complexe; la photosynthèse oxygénique peut avoir ses origines à l’Archéen, mais a fonctionné pendant des centaines de millions d’années sans perturber de manière significative la composition chimique atmosphérique; et une meilleure compréhension des précipitations minérales et de l’adsorption des éléments sur les surfaces naturelles fournit des informations importantes sur la manière dont les éléments sont mobilisés dans l’environnement ainsi que sur les processus qui permettent aux sédiments de conserver des traces des conditions environnementales passées. Enfin, ce manuscrit expose des axes de recherche futurs visant à mieux comprendre l’histoire de la vie et de l’environnement de surface sur la Terre primitive, en particulier en ce qui concerne les plus anciennes traces de vie photosynthétique et son contrôle sur l’évolution biogéochimique de notre planète. 

Jury

M. Barrat Jean-Alix, Professeur des Universités, Univ. de Bretagne Occidentale, Brest

M.Busigny Vincent, Maître de Conférences, IPGP, Paris 5ème

M.Poulton Simon, Professeur, University of Leeds, Leeds, Royaume Uni

Mme Rabineau Marina, Directrice de Recherche, Univ.de Bretagne Occidentale, Plouzané

M.Tribovillard Nicolas, Professeur des Université, Université de Lille 1, Villeneuve d’Ascq

12 décembre 2018