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Microstructures in mantle rocks impact the way seismic waves travel through the Earth and are dependent on the pressure, temperature, and deformation applied to the rock. At approximately 660 km depth, an increase in seismic wave velocities mark a distinct boundary that separates the upper and lower mantle. Another boundary is found at approximately 2700 km depth and marks the beginning of the D" layer. Furthermore, observations of seismic anisotropy at these discontinuities have been made. These boundaries are largely believed to be related to phase transitions from ringwoodite [(Mg,Fe)2SiO4, space group Fd3m] to bridgmanite [(Mg,Fe)SiO3, space group Pbnm] to post-perovskite [(Mg,Fe)SiO3, space group Cmcm]. In order to make interpretations of these seismic observations, however, a sound understanding of what generates these microstructures is required.Here, we approach this problem through high pressure and high temperature experiments. We identify microstructures in polycrysalline mantle minerals resulting from in-situ transformation and deformation using radial and multigrain X-ray diffraction in the diamond anvil cell. In the first study we transform a bridgmanite analogue, NaCoF3, from a perovskite to post-perovskite structure. The following two studies investigate the transformation of an average mantle composition, pyrolite, at conditions relevant to the 660 km discontinuity and further deformation at pressures and temperatures corresponding to depths between 500 and 2400 km. In the final study, we test an aluminum rich 'pyrolite' composition (pyrolite minus olivine) in order to compare transformation and deformation microstructures to those observed in experiments on pure pyrolite.Results from radial diffraction experiments show the transformation from perovskite to post-perovskite in NaCoF3 are reconstructive in nature and for which we identify the orientation relationships. Major takeaways from the multigrain X-ray diffraction experiments are as follows: i) the decomposition from (ringwoodite + garnet) to (bridgmanite + davemaoite + ferropericlase) result in non-reconstructive 001 transformation textures in bridgmanite, 101 and 111 textures in davemaoite, and no preferred orientation in ferropericlase. ii) With further deformation, bridgmanite changes to 100 and 010 orientations with no change in either davemaoite or ferropericlase. iii) Textures in bridgmanite and davemaoite in pyrolite minus olivine are similar to those observed in our experiments on pure pyrolite.Finally, we use the results of these experiments to build a model for S and P-wave seismic anisotropy within a subducting slab and the surrounding mantle for multiple scenarios and compare our results to those of the literature. This interplay between experiments and seismic models are important in order to provide constraints on deformation, dynamics, and history of the Earth's interior.; Les microstructures des roches du manteau affectent la propagation des ondes sismiques dans la Terre. Elles dépendent de la pression, de la température et de la déformation appliquées à la roche. À environ 660 km de profondeur, un saut de vitesses des ondes sismiques marque la frontière qui sépare le manteau supérieur du manteau inférieur. Une autre frontière se trouve à environ 2700 km de profondeur et marque le début de la couche D". Ces frontières sont communément associées à des transformations de phase de la ringwoodite [(Mg,Fe)2SiO4, groupe d'espace Fd3m] à la bridgmanite [(Mg,Fe)SiO3, groupe d'espace Pbnm] puis la post-perovskite [(Mg,Fe)SiO3, groupe d'espace Cmcm]. Cependant, une bonne compréhension de ce qui génère les microstructures associées à la déformation ou les transformations de phase est nécessaire pour interpréter les observations sismiques et les associer aux processus dynamiques dans le manteau.Ici, nous abordons cette question par le biais d'expériences à haute pression et à haute température en cellule à enclume de diamant. Nous identifions des microstructures résultant de transformations de phase ou de déformation dans des matériaux polycristallins pertinent pour le manteau, in situ, à l'aide de la diffraction des rayons X radiale ou multi-grains. Dans la première étude, nous transformons un analogue de bridgmanite, NaCoF3, d'une structure pérovskite à une structure post-pérovskite. Les deux études suivantes se concentrent sur la transformation d'une composition moyenne du manteau, la pyrolite, dans des conditions pertinentes pour la discontinuité à 660 km et une déformation supplémentaire à des pressions et des températures correspondant à des profondeurs comprises entre 500 et 2400 km. Dans le dernier chapitre, nous testons une composition 'pyrolite' riche en aluminium (pyrolite-minus-olivine) afin de comparer les microstructures de transformation et de déformation à celles observées expérimentalement sur la pyrolite pure.Les résultats d'expériences de diffraction radiale montrent que la transformation de pérovskite en post-pérovskite dans NaCoF3 est de nature reconstructive et nous identifions les relations d'orientation qui entrent en jeu. Les principales conclusions des expériences de diffraction des rayons X multigrains sont les suivantes : i) la décomposition de (ringwoodite + grenat) en (bridgmanite + davemaoite + ferropériclase) donne des textures de transformation non reconstructives 001 dans la bridgmanite, 101 et 111 dans la davemaoite, et aucune orientation préférentielle dans la ferro-périclase. ii) Avec une déformation supplémentaire, la bridgmanite passe à des orientations de type 100 puis 010 sans changement de texture observé, ni dans la davemaoite, ni dans la ferro-périclase. iii) Les textures de la bridgmanite et de la davemaoite dans la composition pyrolite-minus-olivine sont similaires à celles observées dans nos expériences sur la pyrolite pure.Enfin, nous utilisons les résultats de ces expériences pour construire un modèle d'anisotropie sismique des ondes S et P dans une plaque en subduction et dans le manteau environnant pour plusieurs scénarios et comparons nos résultats à ceux de la littérature. Cette combinaison entre les expériences et les modèles sismiques est importante pour fournir des contraintes sur la déformation, la dynamique et l'histoire de l'intérieur de la Terre.

In 2019, a new underwater volcano was discovered at 3500 m below sea level (b.s.l.), 50 km east ofMayotte Island in the northern part of theMozambique Channel. In January 2021, the submarine eruption was still going on and the volcanic activity, along with the intense seismicity that accompanies this crisis, was monitored by the recently created REVOSIMA (MAyotte VOlcano and Seismic Monitoring) network. In this framework, four hydrophones were moored in the SOFAR channel in October 2020. Surrounding the volcano, they monitor sounds generated by the volcanic activity and the lava flows. The first year of hydroacoustic data evidenced many earthquakes, underwater landslides, large marine mammal calls, along with anthropogenic noise. Of particular interest are impulsive signals that we relate to steam bursts during lava flow emplacement. A preliminary analysis of these impulsive signals (ten days in a year, and only one day in full detail) reveals that lava emplacementwas active when our monitoring started, but faded out during the first year of the experiment. A systematic and robust detection of these specific signalswould hence contribute to monitor active submarine eruptions in the absence of seafloor deep-towimaging or swath-bathymetry surveys of the active area., En 2019, un nouveau volcan sous-marin a été découvert par 3500 m de profondeur, à 50 km à l’est de l’île de Mayotte dans la partie Nord du Canal du Mozambique. Le RÉseau de surveillance VOlcanologique et SIsmologique de MAyotte (REVOSIMA) a été mis en place pour surveiller l’activité sous-marine de ce nouveau volcan ainsi que l’intense crise sismique qui a débuté en Mai 2018 et qui est toujours en cours. Dans ce cadre, quatre mouillages équipés d’hydrophones ont été déployés en octobre 2020 autour du volcan, à la profondeur du canal SOFAR. L’objectif est, entre autres, d’enregistrer les sons générés par l’activité volcanique sous-marine, notamment par l’éruption de coulées de lave. Plusieurs sources d’ondes hydroacoustiques ont été identifiées pendant la première année d’écoute : séismes, glissements de terrain sous-marins, cris de mammifères marins de différentes espèces et bruit anthropogénique. Parmi ces sons, des signaux impulsionnels ont retenu notre attention. Nous les associons à des formations de vapeur liées à l’épanchement de coulées volcaniques. L’analyse préliminaire de ces signaux (10 jours répartis sur la première année, dont 24 h dépouillées finement) révèle que la forte activité éruptive observée à 10 km au NW du nouveau volcan au début de la surveillance hydroacoustique a fortement diminué pendant la première année d’enregistrement. Une détection systématique robuste de ces signaux offrirait la possibilité de dater et localiser l’activité éruptive, en l’absence de levés bathymétriques et d’imagerie répétée de la zone active.

Water storage structures have always been built to provide water for agricultural and household needs. But when these structures become a threat to human lives, monitoring techniques have to be implemented to prevent any malfunctioning during their operation lives. Earthen dams, one of the oldest reservoir types undergo different types of failures throughout their aging. One of the major causes of breach is internal erosion. This type of failure happens when soil particles of the structure itself or its foundation migrate downstream by seepage flow.Being the primary cause of failure, internal erosion also known as piping, is a complicated phenomenon. It requires extensive monitoring to be detected at early stages; otherwise, by the time visual signs appear it would be too late to prevent any human or agricultural losses.Conventional methods usually used require a lot of instrumentation and sometimes fail to detect the first stages of internal erosion. Recent researches have focused on the use of geophysical techniques (non-destructive) to detect anomalies within the body of the dam and monitor its evolution. In this study, we will focus on the use of electrical resistivity and seismic techniques in the detection and monitoring of internal erosion in earthen dams. For this purpose, experiments were first conducted in the laboratory under controlled environment to better assess what happens during the 4 stages of internal erosion: i/ initiation, ii/ continuation, iii/ progression and iv/ breach.This dissertation presents the work conducted in the objective of detecting and monitoring water flow as well as internal erosion in earthen dams. Laboratory setups have been designed in the purpose of understanding the mechanism of internal erosion under a controlled environment. The continuous monitoring using electrical resistivity and seismic techniques has been effective in the detection of water flow in the porous medium, internal erosion process and the failure of the soil. In addition, experimental setups have been monitored for the flow of water detection., Les structures de stockage d'eau ont toujours été construites pour fournir de l'eau pour les besoins agricoles et domestiques. Mais lorsque ces structures deviennent une menace pour les vies humaines, des techniques de surveillance doivent être mises en œuvre pour prévenir tout dysfonctionnement pendant leur durée de vie. Les barrages en terre, l'un des plus anciens types de réservoirs, subissent différents types de défaillances au cours de leur vieillissement. L'une des principales causes de rupture est l'érosion interne. Ce type de défaillance se produit lorsque des particules de sol de la structure elle-même ou de sa fondation migrent vers l'aval par le biais d'un flux d'infiltration.Étant la principale cause de défaillance, l'érosion interne, également connue sous le nom de tuyauterie, est un phénomène compliqué. Il nécessite une surveillance approfondie pour être détecté à un stade précoce ; sinon, lorsque des signes visuels apparaissent, il est trop tard pour prévenir toute perte humaine ou agricole.Les méthodes conventionnelles habituellement utilisées nécessitent beaucoup d'instrumentation et échouent parfois à détecter les premiers stades de l'érosion interne. Les recherches récentes se sont concentrées sur l'utilisation de techniques géophysiques (non destructives) pour détecter les anomalies dans le corps du barrage et suivre son évolution. Dans cette étude, nous allons nous concentrer sur l'utilisation de la résistivité électrique et des techniques sismiques dans la détection et le suivi de l'érosion interne des barrages en terre. Pour cela, des expériences ont d'abord été menées en laboratoire sous environnement contrôlé afin de mieux évaluer ce qui se passe au cours des 4 étapes de l'érosion interne : i/ initiation, ii/ continuation, iii/ progression et iv/ rupture.Cette thèse présente le travail effectué dans le but de détecter et de surveiller l'écoulement de l'eau ainsi que l'érosion interne dans les barrages en terre. Des installations de laboratoire ont été conçues dans le but de comprendre le mécanisme de l'érosion interne dans un environnement contrôlé. La surveillance continue utilisant la résistivité électrique et les techniques sismiques a été efficace dans la détection de l'écoulement de l'eau dans le milieu poreux, le processus d'érosion interne et la rupture du sol. En outre, les montages expérimentaux ont été surveillés pour la détection du flux d'eau.

International audience

International audience; Chalk aquifer systems in Normandy show characteristics which include darcian, fractured and karst subsurface environment whenever groundwater flow or contaminant transport are being addressed. This triple porosity leads to complex flowfields, which may in turn bring about peculiar contaminants transport. These complex flowfields are not easely detected through classical hydrogeological approaches such as 2D piezometric maps based on available unevenly distributed wells, with variable open sections located at different depths and groundwater models focusing on darcian flow. On the contrary, these can sometimes lead to biased groundwater flow interpretation, and subsequently, when protecting drinking water wells against pollution plumes is at stake, to partially ineffient solutions. The Bolbec area laying in this complex chalk setting suffered in 2012 from a severe groundwater and surface water pollution event. Indeed, an emerging pollutant - N-nitrosomopholine – stemming from a single pollution source in the upper Bolbec valley was found migrating in two opposite directions. Indeed, this pollutant was both found (1) south of the pollution source, downstream according to available groundwater level maps, in the Commerce valley in wellfields used for drinking water purposes and industrial processes, but also (2) way up north, across a « groundwater divide », in a karst channel system at Yport, pumped to provide drinking water for the « Le Havre » urban area, in what was previously believed to be a completely different watershed. This led to a several weeks long rupture or partial rupture the drinking water services, until costly emergency solutions were set in place. To restore all the polluted water resources, a multi-criteria approach based on innovative combinations of targeted field investigations was implemented in the framework of large scale study, carried out along a major fault system passing through the Bolbec area and extending from the Seine river to the English chanel. This paper intends to present and discuss the general innovative methodology used to (1) understand and set up the geological and structural framework and characteristics of the aquifer system, (2) assess the evolving interactions between surface water, 3D groundwater matrix flow and karst flow, (3) determine precise 3D pollutant pathways axes and (4) establish strategic nodal points on which to act upon to design an optimal technico-economical solution aiming at rehabilitating the water resources in the Commerce Valley and in the Yport karst system, in order to secure clean groundwater production for drinking water purpose in the area.

The archaeological investigations at the site of ancient Meninx (Jerba) in 2017 and 2018 revealed further details of the urban layout of this important seaport. The work also provided new insights into all periods of the city’s history, from the 4th c. B.C. to the late 7th c. A.D. It also answered the question of where the harbor facilities of Meninx were situated. Les recherches archéologiques menées sur le site antique de Meninx (Jerba) en 2017 et 2018 nous ont permis de mieux comprendre l’organisation urbaine de cette importante ville maritime. Outre l’identification des principales phases qu’a connues ce site, allant du ive s. av. J.-C. jusqu’à la fin du viie s. ap. J.-C., ces investigations nous ont révélé l’emplacement du port, resté inconnu pendant longtemps. لقد مكنتنا الحفريات المنجزة بموقع ميننكس الأثري (جربة) خلال سنتي 2017 و 2018 من مزيد فهم التنظيم الحضري لهذه المدينة الساحلية الهامة فبالإضافة إلى تحديد أهم المراحل و السياقات التاريخية التي عرفها هذا الموقع والتي تمتد من القرن الرابع قبل الميلاد إلى القرن السابع ميلادي. أفضت هذه الأبحاث إلى اكتشاف مكان الميناء القديم الذي ظل مجهولا طيلة فترة طويلة من الزمن.

The variety of forecasting methods for geophysical variables is increasing. Therefore, understanding the properties, advantages and limitations of each method is crucial. We focus on “analogs” which have been used in meteorology for more than 60 years. The probability to find good analogs is expressed through closed-form probability distributions of analog-to-target distances, derived for ergodic dynamical systems. Application to 10 m-wind data shows that the first analog-to-target distances are very similar, which is not the case for low-dimensional systems. Then, we compare the efficiency of several analog forecasting methods, by linking analog forecasting errors to the flow map of the system. The influence of observational noise on analog forecasts is studied theoretically and numerically, justifying the use of a large number of analogs to mitigate the effect of noise. The applicability of analog forecasts to heavy-tailed random variables is tested numerically on a state-space model, witnessing the need for a larger amount of data to forecast extreme events. Finally, a physics-based methodology is proposed to forecast extreme ocean waves, using only crest velocity measurementsin order to simplify the forecasting process.; La variété des méthodes de prévision des variables géophysiques va croissante. Il est donc essentiel de comprendre les propriétés, les avantages et les limites de chaque méthode. Nous étudions les “analogues”, utilisés en météorologie depuis plus de 60 ans. La probabilité de trouver de bons analogues est exprimée via des distributions de probabilité de distances d’analogues, dont la forme analytique est obtenue pour les systèmes dynamiques ergodiques. L’application aux données de vent à dix mètres montre que les premières distances d’analogues sont très similaires, ce qui n’est pas le cas pour les systèmes de faible dimension. Ensuite, nous comparons l’efficacité de plusieurs méthodes de prévision par analogues, en reliant les erreurs de prévision au flot du système. L’influence du bruit d’observation sur les prévisions par analogues est étudiée théoriquement et numériquement, justifiant l’utilisation d’un grand nombre d’analogues pour atténuer l’effet du bruit. L’applicabilité des prévisions par analogues aux variables aléatoires à queue lourde est testée numériquement sur un modèle espace-état, montrant la nécessité de disposer d’un plus grand nombre de données pour prévoir les événements extrêmes. Enfin, un modèle physique de prévision des vagues océaniques extrêmes est proposé. Celui-ci est basé uniquement sur des mesures de vitesse de crête, afin de simplifier la prévision.

International audience; The flow of segregated bidisperse assemblies of particles is of major importance for geophysical flows and bedload transport in particular. In the present paper, the mobility of strictly bidisperse segregated particle beds is studied with a coupled fluid discrete element method (DEM). Large particles are initially placed above small ones in a three-dimensional domain inclined at a slope of 10%. A gravity-driven water free surface flow induces a downslope shear-driven granular flow of the erodible bed. It is observed that, for the same water flow conditions, the bedload transport rate is higher in the bidisperse configuration than in the monodisperse one. Depending on the Shields number and on the depth of the interface between small and large particles, different transport phenomenologies are observed, ranging from no influence of the small particles to small particles reaching the bed surface due to diffusive remixing. In cases where the small particles hardly mix with the overlying large particles and for the range of studied size ratios (r < 4), it is shown that the increased mobility is not a bottom roughness effect, that would be due to the reduction of roughness of the underlying small particles, but a granular flow effect. This effect is analyzed within the framework of the mu(I) rheology, modeling the stress to strain rate relation for dense granular flows. It is demonstrated that the buried small particles are more mobile than larger particles and play the role of a "conveyor belt" for the large particles at the surface. Based on rheological arguments, a simple predictive model is proposed for the additional transport in the bidisperse case. It reproduces quantitatively the DEM results for a large range of Shields numbers and for size ratios smaller than 4. The results of the model are used to identify four different transport regimes of bidisperse mixtures, depending on the mechanism responsible for the mobility of the small particles. A phenomenological map is proposed for bidisperse bedload transport and, more generally, for any granular flow on an erodible bed.

The strong and cold, outermost portion of a planet is conventionally referred to as the lithosphere. When this layer is loaded by volcanoes or polar ice caps, it deviates from its original state and bends. This compensation mechanism gives rise to two principal observables that are detectable from orbit: gravity anomalies, and topographic expressions. These data can be used along with a geophysical model to invert for key parameters such as the density and composition of the loading material, and the elastic thickness of the underlying lithosphere (Te). Te is directly linked to the thermal state of the interior and provides important constraints for the geologic evolution of the planet. In this thesis, we investigate the thermo-mechanical evolution of the Martian lithosphere throughout geologic time using gravity, topography, and radar sounding data. In the first part, we present an analysis by Broquet & Wieczorek (2019) of the gravitational signature of 18 kilometer-sized Martian volcanoes. We model the deformation of the lithosphere under volcanic loads and compare the resulting theoretical gravitation signal to observations. The mean bulk density of the volcanic structures is found to be 3200 ± 200 kg m-3, which is representative of iron-rich basalts, as sampled by the Martian basaltic meteorites. Te is constrained to have been thin, < 15 km, when the old and low-relief volcanoes (> 3.2 Ga, 0.5 to 7.4 km) formed. This implies that the lithosphere was hot and thin early in geologic history. Conversely, most younger and larger prominent constructs within the Tharsis and Elysium provinces (< 3 Ga, 5.8 to 21.9 km) were emplaced on a colder and thicker lithosphere, 30 to 100 km, which is consistent with the bulk of their emplacement occurring later in geologic history. In the second part, we discuss a study by Broquet et al. (2020) that analyzes the flexure of the lithosphere beneath the north polar cap, and present results for the south polar cap. The polar caps are geologically young (< 10 Ma) and transparent to sounding radars, giving us a unique insight into their composition and the present-day geodynamic response of the lithosphere. We show that the lithosphere is thick and cold at the north and south poles, with Te larger than 330 and 175 km, respectively. In the absence of in situ heat flow measurements, the derived Te provide the best estimates for the present-day thermal state of Mars. Our inferred compositions suggest that, for reasonable dust contents, about 10 vol% CO2 ice is mixed within the north polar deposits, the rest being water ice. The south polar cap potentially harbors lots of CO2 ice (up to 38 vol%). Like on Earth, where the composition of buried ices gives hints on the climatic evolution, having CO2 ice at the poles pole will help improve scenarios for the climate and orbital evolution of Mars. In the last part, we discuss the thermo-mechanical properties and composition of the crust and lithosphere on a global scale. Based on a gravity analysis, we show that the bulk density of the surface varies laterally, with an average of about 2500 ± 370 kg m-3. This value is significantly lower than what was found for the volcanic regions, which suggests that the subsurface has been heavily reworked by sedimentary processes that either modified the material composition or generated significant porosity. Alternatively, we propose that the crust could be felsic-rich, and not basaltic in composition. Based on a comparison of our Te estimates to that obtained from thermal evolution models of Mars, we constrain that more than half of the planet's bulk abundance in radiogenics are located in the crust. For nominal compositional models, only thermal models with an average crustal thickness of 60 km fit our range of Te. These constraints will help to determine how the InSight local estimate on the crustal thickness relates to the global scale properties, and what is the bulk composition of the planet.; La partie externe, rigide, et froide d'une planète est conventionnellement appelée lithosphère. Lorsque la lithosphère est soumise à des charges telles qu'un volcan ou un calotte polaire, elle dévie de son état initial et se fléchie. Ce mécanisme de compensation génère deux principaux observables, détectables depuis l'orbite: des anomalies gravimétriques et des variations topographiques. Ces données peuvent être couplées à un modèle géophysique, afin de déterminer la densité et composition de la charge, ainsi que l'épaisseur élastique de la lithosphère (Te). Te est directement liée à l'état thermique de l'intérieur et fournie des contraintes cruciales afin de déterminer l'évolution géologique de la planète. Cette thèse caractérise l'évolution thermo-mécanique de la lithosphère de Mars au cours des temps géologiques, en s'appuyant sur des données gravimétriques, topographiques, et radars. Dans une première partie, nous présentons une analyse de Broquet & Wieczorek (2019) sur la signature gravitationnelle de 18 volcans Martiens. Nous modélisons la déformation de la lithosphère sujette à leurs charges et comparons le signal gravitationnel théorique associé, aux observations. La densité apparente moyenne obtenue est de 3200 ± 200 kg m-3, ce qui est représentatif d'un basalte riche en fer, tel qu'échantillonné par les météorites basaltiques Martiennes. Te était fine, < 15 km, lorsque les plus anciens volcans (> 3.2 Ga) se sont formés, et implique que la lithosphère était peu rigide et fine, à l'aube de l'histoire géologique de la planète. A l'inverse, nous obtenons que les plus jeunes volcans (< 3 Ga) se sont mis en place sur une lithosphère plus froide et rigide, avec Te allant de 30 à 100 km. Ceci est cohérent avec l'idée que la majeure partie de leur formation aurait eu lieu plus tard dans l'histoire géologique de Mars. Dans une seconde partie, nous présentons une étude de Broquet et al. (2020) sur la flexure de la lithosphère sous la calotte polaire nord et de nouveaux résultats pour la calotte polaire sud. Les calottes polaires sont jeunes (< 10 Ma) et transparentes aux ondes radar. Cela nous permet de directement visualiser la réponse géodynamique actuelle de la lithosphère sous-jacente, et également de déterminer leur composition. Nous obtenons que la lithosphère est rigide et froide sous les calottes polaires nord et sud, avec Te supérieure à 330 et 175 km, respectivement. En l'absence de mesures de flux de chaleur in situ, nos estimations fournissent les meilleures contraintes sur l'état thermique actuel de la planète. Nous suggérons qu'environ 10 vol% de glace de CO2 est mixée dans la calotte nord, et jusqu'à 38 vol% dans la calotte sud. De même que sur Terre, où la composition des glaces enfouies renseigne sur les variations climatiques passées, une meilleure connaissance de la composition des glaces polaires Martiennes permettra d'améliorer les modèles d'évolution climatique de la planète. Dans une dernière partie, nous présentons des résultats sur la composition de la surface et la structure interne de Mars. Nous montrons que la densité apparente de la surface varie latéralement, avec une valeur moyenne de 2500 ± 370 kg m-3, ce qui est significativement plus bas que pour les provinces volcaniques. Cela suggère que la subsurface a été fortement affectée par des processus sédimentaires qui ont modifiés sa composition et générés une forte porosité. Alternativement, nous proposons que la croûte est riche en roches felsiques, et n'est pas de composition basaltique. A l'aide d'une comparaison de nos Te avec celles obtenues par des modèles d'évolution thermique de Mars, nous déterminons que plus de la moitié de la quantité totale d'éléments radiogéniques est contenue dans la croûte. Pour les modèles de composition standard, l'épaisseur moyenne de la croûte est de 60 km. Ces contraintes aiderons à déterminer dans quelle mesure les estimations locales données par InSight nous renseignent sur les propriétés globales de Mars.

International audience; For the interpretation of archaeological geophysical data as archaeological features, it is essential that the recorded anomalies can be clearly delineated and analyzed, and therefore, care has been taken to obtain the best possible data. However, as with all measurements, data are degraded by unwanted components, or noise. This review clarifies the terminology, discusses the four major sources of noise (instrument, use of instrument, external, soil), and demonstrates how it can be characterized using geostatistical and wavenumber methods. It is important to recognize that even with improved instruments, some noise sources, like soil noise, may persist and that degraded data may be the result of unexpected sources, for example, global positioning system synchronization problems. Suggestions for the evaluation and recording of noise levels are provided to allow estimation of the limit of detection for archaeological geophysical anomalies.; Pour l'interprétation des données géophysiques archéologiques en tant que caractéristiques archéologiques, il est essentiel que les anomalies enregistrées puissent être clairement délimitées et analysées, et par conséquent, en prenant soin d'obtenir les meilleures données possibles. Cependant, comme pour toutes les mesures, les données sont dégradées par des composantes indésirables ou du bruit. Cet article de synthèse clarifie la terminologie, discute des quatre principales sources de bruit (instrument, utilisation d'un instrument, externe, sol) et montre comment il peut être caractérisé à l'aide de méthodes géostatistiques et de nombres d'onde. Il est important de reconnaître que même avec des instruments très performants, certaines sources de bruit, comme le bruit du sol, peuvent persister et que des données dégradées peuvent être le résultat de sources inattendues, par exemple des problèmes de synchronisation du système de positionnement global. Des suggestions pour l'évaluation et l'enregistrement des niveaux de bruit sont fournies pour permettre l'estimation de la limite de détection des anomalies géophysiques archéologiques.

International audience; For the interpretation of archaeological geophysical data as archaeological features, it is essential that the recorded anomalies can be clearly delineated and analyzed, and therefore, care has been taken to obtain the best possible data. However, as with all measurements, data are degraded by unwanted components, or noise. This review clarifies the terminology, discusses the four major sources of noise (instrument, use of instrument, external, soil), and demonstrates how it can be characterized using geostatistical and wavenumber methods. It is important to recognize that even with improved instruments, some noise sources, like soil noise, may persist and that degraded data may be the result of unexpected sources, for example, global positioning system synchronization problems. Suggestions for the evaluation and recording of noise levels are provided to allow estimation of the limit of detection for archaeological geophysical anomalies.; Pour l'interprétation des données géophysiques archéologiques en tant que caractéristiques archéologiques, il est essentiel que les anomalies enregistrées puissent être clairement délimitées et analysées, et par conséquent, en prenant soin d'obtenir les meilleures données possibles. Cependant, comme pour toutes les mesures, les données sont dégradées par des composantes indésirables ou du bruit. Cet article de synthèse clarifie la terminologie, discute des quatre principales sources de bruit (instrument, utilisation d'un instrument, externe, sol) et montre comment il peut être caractérisé à l'aide de méthodes géostatistiques et de nombres d'onde. Il est important de reconnaître que même avec des instruments très performants, certaines sources de bruit, comme le bruit du sol, peuvent persister et que des données dégradées peuvent être le résultat de sources inattendues, par exemple des problèmes de synchronisation du système de positionnement global. Des suggestions pour l'évaluation et l'enregistrement des niveaux de bruit sont fournies pour permettre l'estimation de la limite de détection des anomalies géophysiques archéologiques.

Nous partageons et interagissons tous les jours, parfois sans le savoir, avec les sites naturels et les ouvrages du génie civil qui nous entourent. Pourtant le fonctionnement de ces milieux est assez méconnu ce qui limite nos possibilités en matière d'occupation du territoire et d'emploi des infrastructures. Ce mémoire d'HDR retrace les recherches entreprises pour apporter un éclairage innovant sur le comportement de ces milieux. Plus particulièrement, un détail concernant l'optimisation de méthodes de reconnaissance géophysique et géotechnique est porté en fonction de problématiques propres aux sites. Les deux premiers chapitres sont consacrés à présenter mon parcours, mes travaux et un recueil de la littérature grise réalisée dans le cadre de mes travaux de recherche. Le troisième chapitre, coeur de ce mémoire, présente les recherches et innovations réalisées dans le cadre du développement de l'Imagerie de Résistivité Electrique pour la reconnaissance des sites naturels et des ouvrages du génie civil. Ce travail s'achève sur les perspectives que je souhaite investiguer dans un domaine qui doit se redécouvrir grâce à l'essor de nouvelles technologies.

The reawakening of volcanoes asleep since hundreds or thousands years (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) is a mysterious phenomenon. Volcanic eruptions are the surface expressions of processes occurring in the underlying magmatic systems. Long-lived magmatic reservoirs located in the upper crust have been shown to result from the accumulation of intrusions of new magmas, and spend most of their dwelling time as mush. A mush is a magma that is cooled and crystallized, in which the crystals are touching each other to form a rigid framework, that inhibit its ability to flow. The generation of eruptible conditions requires destabilizing the force chains link crystals in contact. Such destabilization is often thought to be triggered by the recharge of the mush with new magma. A better understanding of the physical processes occurring in magmatic reservoirs by the emplacement of new magma is required to identify the conditions that primer in volcanic eruptions. The characterization of the effects of the intrusion on the physical conditions of the magmatic reservoir and on the associated geophysical signals is necessary to best mitigate volcanic hazards.This thesis explores first the physical processes controlling the motions of the crystals in magmas and mush. Previous studies have not considered the presence of lubrication forces. These hydrodynamic forces are opposed to the relative motions between neighboring crystals. By developing scaling relationships of the importance of the forces controlling the motion of the solids, and numerical simulations using a Discrete Element Method coupled with a Computational Fluid Dynamic approach (CFD-DEM), we constrained the effects of lubrication on magmas and defined a dimensionless number able to predict lubrication importance. Results show that lubrication is opposed to the onset or the arrest of motions within the mush. Neglecting lubrication results in underestimating the duration of transient dynamics, but does not affect the quantification of steady-state dynamics.We then used CFD-DEM simulations to explore the emplacement mechanisms of mobile magmas within mush and their effects on the magmatic reservoir. Results show that the behavior of the intrusion is controlled by the injection velocity and by the density contrast between the two melt phases of the resident mush and the intruded material. Under most natural conditions, simulations suggest that the intruded magma is expected to pond at the base of the mush and to be emplaced as a horizontal layer. This scenario does not lead to a high degree of mixing nor to conditions for which an eruption may be triggered rapidly. The recharge in new magmas, however, generates conditions propitious for the extraction of eruptible magmas from the mush. It appears that the unfolding of a recharge event depends on the evolution of the density contrast between the mush interstitial melt and the intruded melt and on the thermal exchanges following the intrusion.The detection of volumes composed by eruptible magmas from seismic signals requires knowledge of their seismic properties, which are yet poorly constrained. We used the coupled phase approach to compute the propagation velocities and attenuation coefficients of seismic waves in magmas. This approach is based on the linearization of the continuum conservation equations that control the motions of the fluid and the solids. Results show that, in crystal-bearing magmas, the propagation velocity of compressional waves is mainly controlled by the crystal volume faction. The measure of the intrinsic attenuation coefficient is required to distinguish the chemical composition of the magmas. The joint monitoring in time of seismic waves velocities and intrinsic attenuation coefficients seems the most suitable method to detect the initiation of an eruption from a magmatic reservoir.; Le réveil de volcans endormis depuis de nombreuses années (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) est un phénomène qui reste mystérieux. Les éruptions volcaniques sont les expressions de surface de processus prenant place dans le système magmatique sous-jacent. Les réservoirs magmatiques situés dans la croûte supérieure sont formés par des injections répétées de magmas mobiles, et résident la plupart du temps à l’état de mush. Un mush est un magma refroidi et cristallisé, où les cristaux se touchent et forment un squelette rigide qui inhibe sa capacité à s’écouler. Les chaines de forces liant ces cristaux en contact doivent être déstabilisées afin de générer des conditions pouvant mener à une éruption. Une telle déstabilisation est souvent considérée comme le résultat de la recharge du réservoir. Une meilleure compréhension des processus physiques liés à la recharge d’un mush est donc nécessaire afin d’identifier les conditions qui favorisent le déclenchement d’une éruption volcanique. La caractérisation de l’effet d’une intrusion sur les conditions physiques du réservoir et sur les signaux géophysiques associés, est nécessaire pour permettre la détection des dynamiques menant à une éruption, et de gérer au mieux les risques associés.Cette thèse explore dans un premier temps les processus physiques qui contrôlent le mouvement des cristaux dans les magmas et les mush. Les études précédentes ne considéraient pas les forces de lubrification. Ces forces hydrodynamiques sont opposées au mouvement relatif entre deux cristaux voisins. A l’aide de lois d’échelle quantifiant l’importance des différentes forces contrôlant le mouvement des cristaux et de simulations numériques utilisant la méthode des éléments discrets, couplée à la modélisation dynamique de la phase fluide (CFD-DEM), nous avons contraint l’effet de la lubrification et défini un nombre sans dimension indiquant son importance. Les résultats montrent que la lubrification s’oppose à l’initiation ou l’arrêt de mouvements dans le mush. La négliger sous-estime la durée des phases transitoires mais n’affecte pas la quantification de l’état stationnaire de l’écoulement.Nous avons utilisé des simulations CFD-DEM afin d’explorer les mécanismes d’emplacement de magmas mobiles dans un mush. Les résultats montrent que le comportement de l’intrusion est contrôlé par la vitesse d’injection et le contraste de densité entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place. Dans la plupart des conditions naturelles, les simulations montrent que le magma injecté se met en place sous forme d’une couche horizontale à la base du mush. Cette situation ne résulte ni en un mélange efficace entre mush et intrusion, ni en des dynamiques permettant de générer immédiatement une éruption. En revanche, la recharge du mush génère des conditions qui peuvent mener à la génération et à l’extraction de volumes de magmas possédant une éruptivité. Il apparait que le déroulement d’un événement de recharge dépend de l’évolution de la densité relative entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place et de l’évolution thermique qui suit l’intrusion.La détection de volumes de magmas possédant une éruptivité à partir de données sismiques requiert une connaissance de leurs propriétés sismiques. Ces propriétés sont à ce jour mal contraintes. En utilisant une approche de phases couplées basée sur la linéarisation des équations conservatives contrôlant le mouvement des phases fluide et solide, nous avons calculé les vitesses de propagation et facteurs d’atténuation des ondes sismiques dans les magmas. Les résultats montrent que, dans les magmas chargés en cristaux, la vitesse des ondes dépend principalement du contenu en cristaux. Distinguer des magmas de différentes compositions chimiques nécessite de mesurer l’atténuation intrinsèque. Le suivi des évolutions conjointes de ces deux observables semble être l’approche la plus à même de détecter des dynamiques magmatiques menant à une éruption.

The Yadana carbonate buildup is a mature gas field, located in the Andaman Sea, offshore Myanmar and producing since 1998. The reservoir is an isolated carbonate platform, Oligocene to Miocene in age, sealed below 1200 m of siliciclastic sediments. Predicting hydrocarbon resources and water flows during the production has become a major challenge for such mature carbonate gas fields. The present PhD work involves the implementation of a methodology that allows the construction of a detailed reservoir architecture that accounts for significant heterogeneity. The work is multiscale and multidisciplinary, covering discipline such as sedimentology, diagenesis, geochemistry, rock physics, geophysics and based on a large and comprehensive dataset including, cores, well logs, petrophysical measurements, production data and seismic data. First, three types of carbonate factory produced sediment on top of the platform under prevailing oligophotic to mesophotic conditions and periods of varying particulate organic matter supplies. The limited lateral changes in facies and the layer-cake depositional architecture inferred from well correlations, and the seismic expression suggest a deposition on a flat shelf. Carbonate production and accumulation were mainly controlled by light penetration, nutrient content and hydrodynamic conditions which are related to changes in monsoonal intensity, terrestrial runoff during the early Miocene in the Andaman Sea. Secondly, with an average porosity of 28%, the diagenesis is an important controlling factor of the reservoir properties. Mud-supported, coral-rich sediments record significant early marine dissolution of aragonite and early lithification of the matrix and a major decrease in porosity (up to10%) below the gas-water contact suggests a major phase of porosity evolution during and/or after the hydrocarbon emplacement. By modifying drastically porosity and pore networks, the diagenesis largely controls the acoustic architecture and seismic expression of the reservoir. The well-to-seismic tie allowed to precisely evidencing the origin of the main seismic reflectors. They may form, within the gas zone, at the boundary between two diagenetic/acoustic units or result from the interference between reflection at the base and top of such intervals. Early marine lithification of coral-rich intervals generates high amplitude and continuous reflectors and a stratigraphy-cross-cutting reflector forming at a major and laterally continuous shift in porosity relates differential diagenetic evolution between the gas and the water zones. Finally, because the scattering of the elastic properties at a given porosity in carbonate is mainly relative to pore type variations, a rock physics inversion scheme based on DEM approaches (Differential Effective Medium modeling; Xu and Payne 2009) has been developed to quantify the pore type effect from the well log and the seismic elastic properties. After the calibration of the method to the real pore type geometry from rock data, the inversion is performed (upscaling) on the 3D seismic data to map the geobodies relative to pore type variations. This approach allows a relevant prediction of geological seismic scale heterogeneity impacting for example the fluid flows and the water rises in the reservoir during the production.Providing a robust framework for the characterization of the Yadana gas reservoir, the thesis gives further insights into the understanding of geological and environmental factors controlling Cenozoic isolated carbonate systems in South East Asia. This work highlights the interdependence existing between geology and seismic imaging and demonstrates that an integrated geological/geophysical characterization of carbonate reservoirs are essential for both the exploration and the production of hydrocarbon resources., La plateforme carbonatée de Yadana est le réservoir principal d’un champ de gaz en Mer d’Andaman, au large des côtes Birmanes produisant depuis 1998. Le réservoir est d’âge Oligocène-Miocène et est scellé par 1200 m de sédiments silicoclastiques. Prédire les ressources en hydrocarbure et les mouvements des fluides durant la production est un challenge majeur pour ce champ devenu mature. Le présent travail de thèse met en place une méthodologie aboutissant à la construction détaillée de l’architecture du réservoir. Ce travail est multi-échelle, intégratif, multidisciplinaire couvrant des domaines tels que la sédimentologie, la diagenèse, la géochimie, la physique des roches, la géophysique et se base sur un large et complet jeu de données incluant des carottes, des diagraphies, des mesures petrophysiques, des données de production ainsi que des données de sismique 3D. D’un point de vue sédimentologique, trois types d’usines à carbonates ont été identifiés, produisant les sédiments au sommet de la plateforme dans des conditions oligophotiques à mésophotiques. Les faibles modifications latérales de facies et l’architecture de dépôt en couches stratifiées déduite des corrélations de puits et de l’imagerie sismique suggèrent un dépôt sur un haut-fond à faible relief. La production et l’accumulation des carbonates étaient, au début du Miocène principalement contrôlé par la pénétration de la lumière, la teneur en éléments nutritifs et les conditions hydrodynamiques elles-mêmes liées aux variations d’intensité de la mousson, aux apports terrigènes et à l’activité des courants d’upwelling en mer d’Andaman.Avec une porosité moyenne de 28%, la diagenèse est un facteur de contrôle important des propriétés réservoir. Les sédiments riches en coraux enregistrent une dissolution marine de l’aragonite ainsi qu’une lithification précoce de la matrice. L’analyse géochimique suggère que le hiatus de dépôt au sommet de la plateforme est lié à un ennoiement de la plate-forme. La diminution importante de la porosité (jusqu’à 10%) en dessous du contact gaz-eau suggère une phase majeure d’évolution de la porosité pendant et/ou après la mise en place des hydrocarbures. En modifiant considérablement la porosité et le réseau poreux, la diagenèse contrôle en grande partie l’architecture acoustique et sismique du réservoir. La calibration puits sismique a permis de mettre en évidence l’origine des réflecteurs sismiques. Ils se forment ainsi, dans la zone à gaz, à la limite entre deux unités diagénétiques ou résultent d’interférences entre les réflexions de la base et du sommet de ces intervalles. La lithification marine précoce des intervalles à coraux génère des réflecteurs de fortes amplitudes, continus, et assimilables à des lignes-temps chronostratigraphiques. En revanche, un réflecteur diachrone, recoupant la stratigraphie, est généré au niveau d’un contraste de porosité au voisinage du contact eau-hydrocarbure. Enfin, une méthode d’inversion pétrophysique basée sur une approche DEM (Differential Effective Medium theory) a été développée et appliquée sur les données de sismique 3D. Cette approche a permis de prédire de manière pertinente les hétérogénéités géologiques ayant une incidence sur les écoulements de fluide et la montée du niveau d’eau dans le réservoir. Fournissant un cadre géologique robuste à la caractérisation du réservoir de Yadana, la présente thèse apporte également des informations supplémentaires sur la compréhension des facteurs géologiques et environnementaux contrôlant les systèmes de carbonates isolés cénozoïques en Asie du Sud-Est. Ce travail met en évidence l’interdépendance existante entre la géologie et l’imagerie sismique et démontre que les caractérisations paléoenvironnementale et diagénétique sont essentielles à la fois en phase d’exploration, mais aussi en phase d’évaluation et de production d’hydrocarbures.

This thesis investigates new imaging approaches to perform seismic exploration in complex geological environments. The standard way of exploring the Earth is to shake the ground and apply time delays to the backscattered seismic wavefield to retrieve a reflectivity map of the crust. For this strategy to yield efficient results, the time delays corresponding to each depth need to be accurately computed, hence paradoxicallyrequiring prior knowledge on the smoothly varying part of the velocity distribution in the underground. Unexpected velocity variations lead to aberrations: wavefronts distortions that modify the time to depth relationship. When studying unknown media, this happens in a way that is hardly predictable and constitute a first limitation of this traditional imaging approach. Another limitation stems from the successive interactions of the seismic wavefield with the medium heterogeneities, which lead to multiple reflections and multiple scattering events in the recorded echoes where the time to depth relationship not even holds any more. These phenomena usually coexist with the single scattering component that conveys information on the reflectors positions, but overtake it for extreme heterogeneities densities and impair the subsequent images. Such challenging issues prevent efficient investigations of the subsoil.Ultrasound imaging relies on similar physical principles than seismic imaging, and hence encounters analogous hurdles when probing heterogeneous media. Matrix methods have been proposed to overcome them for non-destructive testing and medical imaging purposes, and are adapted to geophysics in the present thesis. The approach takes advantage of impulse responses between geophones measured by diffuse seismic field cross correlation. These have already been used in previous works for surface wave tomography. Here, their body wave component is leveraged for depth imaging purposes. To that aim, they are interpreted as a reflection matrix, which gathers all the available information on the medium and can thus undergo a series of mathematical operations to get rid of the wavefield distortions and incoherent noise that impede the imaging process.In a first part, the case of the Erebus volcano in Antarctica is studied, where the seismic wavefield suffers from a significantly high level of multiple scattering that makes conventional imaging methods fail. The reflection matrix measured at the surface is projected down to depth by applying time delays both at emission and reception. This process emulates virtual emitters and receivers inside the volcano and leads to a new matrix gathering the pairwise impulse responses between them. A confocal filter followed by an iterative time reversal analysis of this matrix makes it possible to selectively extract the single scattering contribution and use it for imaging purposes, unveiling the structure of the volcano’s chimney.In a second part, the aberrations issues are tackled by studying the San Jacinto Fault Zone, California. Because of the wavefront distortions induced by the sedimentary layers, the subsoil images suffer from a loss in contrast and resolution. The surface reflection matrix is again projected down to depth at both emission and reception, then a space-Fourier transform is performed at the output and the ballistic phase is subtracted. This leads to a new mathematical object, the distortion matrix, which allows to gain insight into the aberration contribution undergone by the wavefronts as travelling through the crust. A singular value analysis of this distortion matrix makes it possible to extract the phase law that, when conjugated and applied to the Earth’s reflection response both at emission and reception, cancels the aberrations effects in the seismic wavefield on its way down and back respectively. This enables to map the fault depth structure with near to diffraction resolution.; Cette thèse étudie de nouvelles méthodes d’analyse de données sismiques pour l’imagerie sismique en milieux géologiques complexes. Lesméthodes classiquement employées pour explorer le sous-sol consistent à émettre des impulsions sismiques depuis la surface terrestre puis à appliquer des délais temporels aux échos rétrodiffusées afin de localiser les réflecteurs en profondeurs. Pour que cette stratégie soit efficace, les délais temporels correspondant à chaque position en profondeur doivent être précisément calculés. Des variations de vitesse conduisent à des aberrations : des distorsions dans les fronts d’onde sismiques qui modifient la relation entre temps d’écho et profondeur et constituent une première limitation de ces méthodes d’imagerie traditionnelles. Une autre limitation provient des interactions successives du champ sismiques avec les hétérogénéités du milieu, à l’origine d’événements de réflexions multiples et de diffusion multiple dans les échos mesurés pour lesquels l’équivalence même entre temps d’écho et position des réflecteurs n’est plus valable. Ces effets rendent particulièrement difficile l’exploration des environnements géologiques, très hétérogènes.L’imagerie ultrasonore est basée sur des principes physiques similaires à ceux utilisés pour l’imagerie sismique, et est donc confrontée auxmêmes types de difficultés en milieux complexes. Des méthodes matricielles ont été proposées pour les résoudre à des fins de contrôle nondestructif ou d’imagerie médicale, et sont adaptées à la géophysique dans cette thèse. L’approche mise en oeuvre exploite un ensemble deréponses impulsionnelles entre géophones, mesurées par corrélation croisée du champ sismique diffus enregistré par chacun d’entre eux, etdont la composante d’ondes de volume est mise à profit pour l’exploration en profondeur. A cette fin, l’ensemble des réponses impulsionnellesest traité comme une matrice, qui rassemble toute l’information disponible sur le milieu et peut par conséquent subir une série d’opérationsmathématiques pour éliminer des données sismiques les distorsions et le bruit incohérent qui entravent le processus d’imagerie.La première partie s’intéresse au volcan Erebus en Antarctique, où les ondes sismiques mesurées souffrent d’une contribution prédominantede diffusion multiple qui met en échec les méthodes d’imagerie traditionnelles. La matrice de réflexion mesurée en surface est focalisée enprofondeur par application de délais temporels à l’émission et à la réception. Ce processus simule des sources et des récepteurs virtuelslocalisés dans le sous-sol, et conduit à une nouvelle matrice contenant les réponses impulsionnelles entre chacun d’entre eux. Un filtre confocal appliqué à cette matrice suivi d’une analyse par retournement temporel itératif permet d’extraire sélectivement la contribution de diffusion simple et de l’utiliser à des fins d’imagerie, révélant la structure de la cheminée du volcan.La seconde partie traite du problème des aberrations rencontré lors de l’exploration de la faille de San Jacinto en California, où les couchessédimentaires distordent les fronts d’onde sismiques et dégradent le contraste et la résolution des images du sous-sol. La matrice de réflexion mesurée en surface est à nouveau focalisée en profondeur à l’émission et à la réception, puis une transformée de Fourier spatiale est réalisée en sortie de la matrice et la composante balistique est retranchée. Ce processus conduit à un nouvel objet mathématique, la matrice de distorsion, qui renseigne sur les aberrations subies par les fronts d’onde au cours de leur trajet à travers la croûte terrestre. Une analyse en valeurs singulières de cette matrice de distorsion permet d’extraire la loi de phase qui, conjuguée et appliquée à la matrice de réflexion mesurée en surface, annule l’effet des aberrations. Cette stratégie permet de cartographier la structure de la faille en profondeur avec une résolution proche de la diffraction.

3D seismic reflection is widely used in the oil industry. This standard subsoil auscultation method provides information on geological structures and can be used to build reservoir models. However, the properties derived from3D (and 2D) seismic data are only static: 3D does not allow to evaluate the changes with calendar time. The addition of a temporal dimension to 3D data is obtained by repeating the measurements at several dates separated by several months or even several years. Thus, 4D seismic (time-lapse) makes it possible to measure and to analyze the changes of the subsoil in the long term. Since the 90s, this method is used worldwide at sea and on land. To carry out a much more frequent monitoring (daily), even continuous (a few hours) of the subsoil, CGG developed, in collaboration with Gazde France (now ENGIE) and Institut Français du Pétrole (now IFPEN), a solution based on buried sources and receptors: SeisMovie. SeisMovie was originally designed to monitor and map the gas front in real time during geological disposal operations. It is also used to observe the steam injection required for heavy oil production. In this thesis, we bring contributions to three challenges arising in the processing of seismic data from this system. The first one concerns the attenuation of near-surface variations caused by "ghost" waves that interfere with primary waves. The second one concerns the quantification of subsurface changes in terms of propagation velocity variation and acoustic impedance.The third one concerns real-time: the data processing must be at least as fast as the acquisition cycle (a few hours). Infact, the analysis of the data must enable the reservoir engineers to make quick decisions (stop of the injection, decreaseof the production). In a more general context, there are conceptual similarities between 3D and 4D. In 4D, the repeated acquisitions are compared with each other (or with a reference). In 3D, during acquisition, field geophysicists compare unitary shot points with each other to assess the quality of the data for decision-making (reshooting, skipping orcontinuing). Therefore, some 4D real-time tools developed during this thesis can be applied. A new approach called TeraMig for automated quality control in the field will also be presented.; La sismique réflexion 3D est largement utilisée dans l'industrie pétrolière. Cette méthode d’auscultation du sous-sol fournit des informations sur les structures géologiques et peut être utilisée pour construire des modèles de réservoir. Cependant, les propriétés dérivées des données sismiques 3D (et 2D) ne sont que statiques: elles ne permettent pas d’évaluer ce qui change avec le temps. L'ajout d'une dimension temporelle aux données 3D est obtenue par la répétition des mesures à plusieurs dates séparées de plusieurs mois voire même de plusieurs années. Ainsi, la sismique4D (time-lapse) permet d’appréhender les modifications du sous-sol sur le long terme. Depuis les années 90, cette méthode est utilisée dans le monde entier en mer et à terre. Pour réaliser une surveillance beaucoup plus fréquente (quotidienne), voire continue (quelques heures) du sous-sol, CGG a développé, en collaboration avec Gaz de France (désormais ENGIE) et l’Institut Français du Pétrole (maintenant IFPEN), une solution basée sur des sources et des récepteurs enterrés: SeisMovie. SeisMovie a été initialement conçu pour suivre et cartographier en temps-réel le front de gaz lors des opérations de stockage en couche géologique. Il est aussi utilisé pour observer l’injection de vapeur nécessaire à la production d’huile lourde. Dans cette thèse, nous apportons des contributions à trois défis qui apparaissent lors du traitement des données sismiques issues de ce système. Le premier concerne l'atténuation des variations de proche surface causées par les ondes « fantômes » qui interfèrent avec les ondes primaires. Le second concerne la quantification des modifications du sous-sol en termes de variation de vitesse de propagation et d’impédance acoustique.Le troisième concerne le temps-réel : le traitement doit être au moins aussi rapide que le cycle d’acquisition (quelques heures). En effet l’analyse des données doit permettre aux ingénieurs réservoirs de prendre rapidement des décisions (arrêt de l’injection, diminution de la production). Dans un cadre plus général, il existe des similitudes conceptuelles entre la 3D et la 4D. En 4D, ce sont les acquisitions répétées qui sont comparées entre elles (ou avec une référence). En3D, pendant l’acquisition, les géophysiciens de terrain comparent les points de tir unitaires entre eux afin d’évaluer la qualité des données pour prendre des décisions (reprendre le point de tir, continuer). Dès lors, certains outils 4D temps réel développés pendant cette thèse peuvent être appliqués. Ainsi une toute nouvelle approche appelée TeraMig pour le contrôle qualité automatisé sur le terrain sera également présentée.

Material under review by journal Geophysics.

The prehispanic site of Tiwanaku, located in northeastern Bolivia, was the focus of many studies during the past few decades. However, much of the site remains unexplored, leaving many questions unanswered about the location of dense archaeological deposits, the nature of urban organization, and water management strategies—specifically those located in the eastern sector of the Akapana Pyramid. Orthophoto mosaics and Digital Elevation Models derived from drone imagery helped identify archaeological features and anthropogenic mounds. New magnetic survey produced with a cesium gradiometer was merged with previous surveys (fluxgate and cesium gradiometer). The integration of maps and plans from six areas of a previous archaeological investigation within a common Geographical Information System helped relate geophysical anomalies to archaeological features. Our results demonstrate a high level of urban organization associating monumental buildings to open ritual spaces and to densely populated areas during Tiwanaku IV (500–800 CE) and V (800–1100 CE). The complexity of the urban organization is also demonstrated by landscape modifications such as a complex water management system and at least three terraces that augmented the monumentality of the Akapana Pyramid This interdisciplinary approach, innovative in Bolivia, provides new insight into one of the most significant archaeological sites in the Andes.

Electrical resistivity is sensitive to various properties of concrete, such as water content. Usually used on the surface of old structures, devices for measuring such properties could also be adapted in order to be embedded inside the constitutive concrete of the linings of new tunnels or in new bridges, to contribute to structural health monitoring. This paper introduces a novel multi-electrode embedded sensor for monitoring the resistivity profile over depth in order to quantify concrete durability. The paper focuses on the design of the sensor as a printed circuit board (PCB), which brings several advantages, including geometric accuracy and mitigation of wiring issues, thus reducing invasiveness. The study also presents the numerical modeling of the sensor electrical response and its ability to assess an imposed resistivity profile, together with experimental validations using (i) saline solutions of known conductivity and (ii) concrete specimens subjected to drying. The results demonstrate the capability of the sensor to evaluate resistivity profiles in concrete with centimeter resolution.

The identification of the subsoil constitutive materials, as well as the detection of possible interfaces and anomalies, are crucial for many site characterization applications. During investigation campaigns, complementary geophysical and geotechnical methods are usually used. These two sets of methods yield data with very different spatial scales and different levels of incompleteness, uncertainty and inaccuracy. In this work, a mathematical combination of geophysical and geotechnical information is proposed in order to produce a better subsoil characterization. It is shown that belief functions can be used for such a fusion process. A specific methodology is developed in order to manage conflictual information and different levels of uncertainties and inaccuracies from different investigation methods. In order to test and validate this methodology, we focus on the use of two selected methods, Electrical Resistivity Tomography (ERT) and Cone Penetration Test . First, a synthetic model with artificial data is considered, taking advantage of the results obtained to conduct a comparative study (effect of parameters and noise level). Then, an experimental test bench is considered, in which a two-layered model is placed (plaster and saturated sands) and geophysical and geotechnical data are generated, using a mini-ERT device and insertion depth values. This work also aims at providing a better graphical representation of a subsoil section with associated degrees of belief. The results highlight the ability of this fusion methodology to correctly characterize the considered materials as well as to specify the positions of the interfaces (both vertical and horizontal) and the associated levels of confidence.

International audience; Before the closing of its lagoons and the progradation of the Hebros delta, Ainos took advantage of an almost insulate position, which made it one of the main hubs between the Greek Aegean and the Thracian hinterland. Annual Turkish archaeological excavations (since 1973) and international geoarchaeological research (since 2011-2012) have revealed several components of the polis’ territory (necropoleis, roads, anchoring sites, fortifications) and offered information about the ecological impact of the Greek, Roman, Byzantine and Ottoman occupation on the natural environment. This article is a short critical synthesis of these discoveries, which can serve as a basis for the reconstruction of Ainos’ environmental history.; Avant la fermeture de ses lagunes et la progradation du delta de l’Hèbre, Ainos a bénéficié d’une position presque insulaire qui lui a permis d’être l’un des principaux centres d’échanges entre la mer Égée grecque et le continent thrace. Des fouilles systématiques turques qui ont lieu chaque année (depuis 1973) et des recherches géoarchéologiques internationales (depuis 2011-2012) ont identifié et mis au jour plusieurs composantes du territoire urbain et périurbain (nécropoles, routes, mouillages, fortifications) et ont fourni des données sur l’impact de l’occupation grecque, romaine, byzantine et ottomane sur l’environnement. L’article offre une brève synthèse critique de ces découvertes, qui peut servir de base à une histoire environnementale d’Ainos.

International audience; Now that the Galileo and Copernicus satellite programmes are entering their operational phase, innovation possibilities in the field of satellite data driven applications are getting wider. Thanks to these two massive investments in technology, European and worldwide companies are starting to benefit from increasing, regular and cheaper (not to say free of charge) data flows, which could lead to the development of new and innovative applications and services in an incredibly vast range of markets, including non-space markets. The exploitation of satellite data, as well as open data (from public authorities in particular) has the potential to generate a lot of innovative solutions. In this context the FabSpace 2.0 project aims at putting the Universities at the front line for the take-off of Earth Observation based applications in Europe and worldwide. This can be pursued by hosting and animating open places dedicated to space and geodata-driven innovation where young developers from the civil society, experienced developers from industry or academic and research institutes, public administrations as well as civil organizations can meet, work together and co-create new tools and business models. They can create an ecosystem fitting (and developed according to) the particularities of geodata-driven innovation, in particular for the emergence of Space data downstream services. In this innovative environment, innovation is driven by the needs of users through the involvement of civil society in the innovation process and in the definition of new challenges. Moreover the actors making innovation will be anonymous civilians (students and researchers in particular) and will thus be at the same time developers and end-users of the applications they develop. That is why the FabSpace 2.0 project is expected to improve the capacity of Universities to generate more innovations and generate positive socio-economic impacts. All partner universities are centers of excellence in research in the field of geomatics and space based information. They are not only offering a highly-qualified human capital likely to generate innovation, but also providing open access to data generated within previous research works. Thus the FabSpace 2.0 project can be a particularly relevant opportunity for research teams to make a step forward towards Science 2.0.

Fluvial levees are assets of major importance for protecting human lives and activities. To prevent the risk of failures and to assess their stability, survey campaigns involving geophysical and geotechnical methods are needed. These two types of methods play highly complementary roles and provide information of different natures, uncertainties and spatial distributions. In this work, we first present the function of fluvial levees and describe the associated physical properties that may become pathological and lead to failure mechanisms. Then for each presented investigation method, we introduce : its basic principles, its ability to characterize specific physical properties (or characteristics) of fluvial levees, and then its advantages and drawbacks under specific environmental conditions. It should be emphasized that geophysical and geotechnical methods are placed on an equal footing in order to assist agencies and levee managers in selecting the most relevant ones to assess the condition of their levees and characterize potential weak zones, according to a specific type of pathology and to the environmental constraints. Throughout this review, we introduce a certain amount of literature that is believed to be of potential interest to the research community as well. We also draw attention to some lack of information on the application of specific methods to levee investigation. Finally, we discuss some complementarities of the presented methods and we propose a dedicated comparative table, leading us to suggest new method combinations for levee investigation.

This thesis discusses the modeling of growth and dissolution of confined crystals. We focus on the dynamics within lubricated (or hydrophilic) contacts and derive a thin film continuum model accounting for diffusion, surface kinetics, hydrodynamics, surface tension and interactions with the substrate (disjoinining pressure). First, we study dissolution induced by an external load (pressure solution). We find the functional form of the disjoining pressure -finite or diverging at contact- to be crucial in determining steady state dissolution rates and morphologies. These forms respectively lead to load-dependent or load-independent dissolution rates, and to flat or pointy surface profiles.Second, we considered crystal growth in the vicinity of a flat wall. We found that a cavity appears on the confined crystal surface. We obtain a non-equilibrium morphology diagram in agreement with experimental observations. When crossing the transition line, a cavity can appear continuously or discontinuously depending on the form of the disjoining pressure (repulsive or attractive). For nanometric film thicknesses, viscosity can hinder the formation of the cavity.Finally, we study the force of crystallization exerted by a crystal growing between two flat walls. We point out the importance of a precise definition of the contact area to define the thermodynamic equilibrium pressure. During growth, the triple-line undergoes a kinetic pinning transition depending solely on the ratio between the diffusion constant and the product of the surface kinetic constant and distance between the walls. After this transition, the crystallization force decreases to zero, and a macroscopic film forms, Cette thèse traite de la modélisation de la croissance et de la dissolution de cristaux confinés. Nous nous concentrons sur la dynamique dans les contacts lubrifiés (ou hydrophiles) et dérivons un modèle de continu de couche mince prenant en compte la diffusion, la cinétique de surface, l’hydrodynamique, la tension de surface et les interactions avec le substrat (pression de disjonction). Premièrement, nous étudions la dissolution induite par une charge extérieure (dissolution sous contrainte). Nous trouvons que la forme fonctionnelle de la pression de disjonction -finie ou divergente au contact- est cruciale dans la détermination des taux de dissolution et des morphologies stationnaires. Ces formes conduisent respectivement à des taux de dissolution dépendant ou indépendants de la charge, et à des profils de surface plats ou pointus. Deuxièmement, nous avons considéré la croissance des cristaux à proximité d’un mur plat. Nous avons constaté qu’une cavité apparaît sur la surface cristalline confinée. Nous obtenons un diagramme de morphologie hors équilibre en accord avec les observations expérimentales. En traversant la ligne de transition, une cavité peut apparaître de manière continue ou discontinue en fonction de la forme de la pression de disjonction (répulsive ou attractive). Pour les épaisseurs de film nanométriques, la viscosité peut entraver la formation de la cavité. Enfin, nous étudions la force de cristallisation exercée par un cristal croissant entre deux parois planes. Nous soulignons l’importance d’une définition précise de l’aire de contact pour définir la pression d’équilibre thermodynamique. Pendant la croissance, la ligne triple subit une transition cinétique dépendant uniquement du rapport entre: la constante de diffusion, et le produit de la constante cinétique de surface et de la distance entre les murs. Après cette transition, la force de cristallisation diminue jusqu’à s’annuler, et un film macroscopique se forme

This thesis discusses the modeling of growth and dissolution of confined crystals. We focus on the dynamics within lubricated (or hydrophilic) contacts and derive a thin film continuum model accounting for diffusion, surface kinetics, hydrodynamics, surface tension and interactions with the substrate (disjoinining pressure). First, we study dissolution induced by an external load (pressure solution). We find the functional form of the disjoining pressure -finite or diverging at contact- to be crucial in determining steady state dissolution rates and morphologies. These forms respectively lead to load-dependent or load-independent dissolution rates, and to flat or pointy surface profiles.Second, we considered crystal growth in the vicinity of a flat wall. We found that a cavity appears on the confined crystal surface. We obtain a non-equilibrium morphology diagram in agreement with experimental observations. When crossing the transition line, a cavity can appear continuously or discontinuously depending on the form of the disjoining pressure (repulsive or attractive). For nanometric film thicknesses, viscosity can hinder the formation of the cavity.Finally, we study the force of crystallization exerted by a crystal growing between two flat walls. We point out the importance of a precise definition of the contact area to define the thermodynamic equilibrium pressure. During growth, the triple-line undergoes a kinetic pinning transition depending solely on the ratio between the diffusion constant and the product of the surface kinetic constant and distance between the walls. After this transition, the crystallization force decreases to zero, and a macroscopic film forms; Cette thèse traite de la modélisation de la croissance et de la dissolution de cristaux confinés. Nous nous concentrons sur la dynamique dans les contacts lubrifiés (ou hydrophiles) et dérivons un modèle de continu de couche mince prenant en compte la diffusion, la cinétique de surface, l’hydrodynamique, la tension de surface et les interactions avec le substrat (pression de disjonction). Premièrement, nous étudions la dissolution induite par une charge extérieure (dissolution sous contrainte). Nous trouvons que la forme fonctionnelle de la pression de disjonction -finie ou divergente au contact- est cruciale dans la détermination des taux de dissolution et des morphologies stationnaires. Ces formes conduisent respectivement à des taux de dissolution dépendant ou indépendants de la charge, et à des profils de surface plats ou pointus. Deuxièmement, nous avons considéré la croissance des cristaux à proximité d’un mur plat. Nous avons constaté qu’une cavité apparaît sur la surface cristalline confinée. Nous obtenons un diagramme de morphologie hors équilibre en accord avec les observations expérimentales. En traversant la ligne de transition, une cavité peut apparaître de manière continue ou discontinue en fonction de la forme de la pression de disjonction (répulsive ou attractive). Pour les épaisseurs de film nanométriques, la viscosité peut entraver la formation de la cavité. Enfin, nous étudions la force de cristallisation exercée par un cristal croissant entre deux parois planes. Nous soulignons l’importance d’une définition précise de l’aire de contact pour définir la pression d’équilibre thermodynamique. Pendant la croissance, la ligne triple subit une transition cinétique dépendant uniquement du rapport entre: la constante de diffusion, et le produit de la constante cinétique de surface et de la distance entre les murs. Après cette transition, la force de cristallisation diminue jusqu’à s’annuler, et un film macroscopique se forme

A ~1000 m3 rockslide occurred close to Lorca (SE Spain) during the main shock (Mw = 5.1) of the May 2011 seismic sequence. The location of the rockslide, within 10 km of the earthquake epicenter and along the southern slope of a valley in which similar geological conditions occur on both slopes of the valley, suggests a significant near-field effect due to local seismic response. This could be related to the specific interaction between the topography and the obliquely propagating seismic waves. A dynamic stress strain numerical model was constructed using the FLAC 7.0 finite difference code to back analyze the Lorca rockslide event and relate its occurrence to both the local seismic amplification and the interaction between seismic waves and local topography. The results indicate that only for seismic waves with incidence angles in the range 0°–50° are the occurred slope instabilities expected. These results do not significantly change when varying the values for either stiffness or strength parameters within the range of the experimental data., This work was partially funded by research groups VIGROB-53 and VIGROB-184 (Universidad de Alicante) and by the projects tec2008–06764–c02–02 and CGL2011–30153–c02–02.

BELIEF 2018, 5th International Conference, COMPIEGNE, FRANCE, 17-/09/2018 - 21/09/2018; We propose the use of Smets and PCR5 rules to merge artificial geophysical and geotechnical data, as part of fluvial levee assessment. It highlights the ability to characterize the presence of interfaces and a geological anomaly.

24th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, PORTO, PORTUGAL, 09-/09/2018 - 13/09/2018; To prevent disastrous consequences imputed to levee breakage, assessment methodologies have to be improved. Geophysical and geotechnical investigation methods are usually used to make such assessments. However, the effective combination of these two specific types of data remains a challenge. We propose the fusion of geophysical and geotechnical data by means of Belief Functions. Here we demonstrate our approach on a synthetic case study including geophysical (electrical resistivity) and geotechnical (cone-bearing) data and by implementing Smets and PCR5 normalization rules. This new data combination approach allows the characterization of horizontal interfaces and of a geological structure initially hidden by the effects of a highly conductive body.

Recent studies based on surface observations from Sarpang area in southern-central Bhutan have estimated the Holocene slip rate of 20.8+/-8.8 mm/year. This value is based on a mean vertical uplift rate of 8.8+/-2.1 mm/year and assuming a constant frontal thrust dip angle of 25°+/-5° extrapolated from structural measurements. Since geometry of the fault is a key parameter for discerning the slip rate and its associated seismic hazard assessment, we employed near-surface geophysical approach to accurately constrain the Topographic Frontal Thrust (TFT) geometry at shallow depth. Based on proven effectiveness of near-surface geophysical techniques for studying active faults, we adopted gravity, seismic and electrical resistivity tomography.We deployed geophysical profiles at three key sites along the southern frontal areas of the Bhutan Himalayas. The first study area is in Sarpang, a small town located in southern-central Bhutan where we performed all three geophysical methods adopted. The second site is located in Phuentsholing in the south-western Bhutan, where we performed gravity and electrical resistivity survey. The third site is located between Sarpang and Phuentsholing, in the sub-district of Lhamoizingkha under Dagana district.A stochastic inversion approach was adopted to perform analysis of geophysical data collected from the above sites expect for Lhamoizingkha area. Unlike commonly used approaches based on search for the simplest model, the main advantages of this approach include its ability (1) to assess the fault geometry because no smoothing is applied, (2) to provide a measurement of the uncertainties on the obtained dip angle and (3) to allow trade-off analysis between geometric and either electrical resistivity, velocity or density properties.The stochastic inversion results from Sarpang site show a TFT that is characterized by a flat and listric-ramp geometry with a north dipping dip angle of ca 20°-30° at the upper depth of 0-5 m, steeply dipping angle of 70° in the middle 5-40 m depth and flattening with a dip angle of 20° at deeper depths. These new results allow us to estimate a minimum overthrusting slip rate of 10+/-2 mm/year on the TFT, which is about 60% of the far-field GPS convergence rate of ca 17 mm/year. Based on these constraints we propose that, in Sarpang site, significant deformation partitioning on different faults including the TFT, the Main Boundary Thrust (MBT) and the Frontal Back Thrust (FBT) cannot be ruled out. More importantly, assuming a constant slip rate, the dip angle variations constrained from the present study, corresponds to variations in the uplift rate with distance from the TFT. This, therefore, emphasizes the drawbacks in assuming constant dip angle measured from surface observations and uplift rate estimates based on terrace dating only at the front, which may significantly bias the slip rate estimation.Unlike in Sarpang, the TFT corresponds to the Main Frontal Thrust (MFT) in Phuentsholing. At this site a preliminary study suggests a MFT characterized by a flat and listric-ramp geometry. With additional terrace dating information, slip rate for the Phuentsholing area will be performed in a near future. Overall based on the stochastic inversion results, we propose a MFT geometry similar to that observed in Sarpang but with possible lateral variations in terms of deformation partitioning. In Lhamoizingkha area, the exact location of the MFT is not known. Our preliminary results suggest a complex fault trace and indicate that the MFT is located further north of the current resistivity line deployed in this area. Similar to Phuentsholing site (but contrary to Sarpang), we observed that the MFT is the most frontal structure and therefore most of the convergence in the area could be accommodated by the MFT, which is also in agreement with GPS observations.; Des études récentes menées dans la région de Sarpang au sud du centre du Bhoutan estiment un taux de glissement Holocène de 20,8 +/- 8,8 mm/an sur le chevauchement frontal himalayen (TFT). Cette valeur est basée sur un taux de surrection moyen mesuré de 8,8 +/- 2,1 mm/an et en supposant pour ce chevauchement un pendage constant de 25° +/- 5°. La géométrie des failles est un paramètre clé dans l’estimation de la vitesse de glissement et donc dans l’évaluation de l’aléa sismique. Dans le cadre de ce travail, nous avons utilisé une approche géophysique de proche surface afin d’estimer précisément la géométrie de ce chevauchement.Nous avons déployé des profils géophysiques dans trois sites clés le long de la frontière sud du Bhoutan. La première zone d'étude se trouve à Sarpang, une petite ville située au centre du Bhoutan où nous avons effectué des mesures gravimétriques, sismiques et électriques. Le deuxième site est situé à Phuentsholing dans le sud-ouest du Bhoutan, où nous avons effectué des mesures gravimétriques et de résistivité électrique. Le troisième site est situé entre Sarpang et Phuentsholing, à Lhamoizingkha dans le district de Dagana.Excepté pour la région de Lhamoizingkha, une approche d'inversion stochastique a été adoptée pour analyser des données géophysiques collectées. Contrairement aux approches couramment utilisées basées sur la recherche du modèle le plus simple, les principaux avantages de cette approche sont sa capacité (1) à mieux estimer la géométrie des zones de discontinuité car aucun lissage n'est appliqué, (2) à fournir une mesure des incertitudes sur le pendage obtenu et (3) à permettre une analyse des relations possibles entre les propriétés géométriques et celles du milieu (résistivité électrique, vitesse ou densité).Les résultats d'inversion stochastique du site de Sarpang montrent un TFT qui se caractérise par une géométrie en plat-rampe-plat avec un pendage vers le nord d'environ 20°-30° dans la partie la plus superficielle (profondeur < 5 m), un pendage fort de 70° entre 5 m et 40 m de profondeur et un l'aplatissement avec un pendage de 20° au-delà de 40 m. Ces nouveaux résultats nous permettent d'estimer un taux minimal de glissement de 10 +/- 2 mm/an sur le TFT, soit environ 60% des 17 mm/an associés au taux de convergence GPS moyen obtenu en champ lointain. Sur la base de ces contraintes, il apparait donc qu’on ne puisse pas exclure la possibilité que la déformation soit distribuée sur plusieurs failles, comprenant le TFT, mais également d’autres chevauchements comme le MBT (au nord) ou le FBT (au sud). De plus, en supposant un taux de glissement constant, les variations de pendage obtenues induisent des variations du taux de surrection en fonction de la distance au TFT. Cela souligne les faiblesses des hypothèses couramment faites pour estimer les taux de glissement Holocène sur les failles sismogènes : (1) pendage constant estimé uniquement à partir des observations de surface et (2) estimations du taux de surrection en supposant une surrection identique pour une terrasse fluviale donnée.Contrairement à Sarpang, à Phuentsholing le TFT correspond au chevauchement frontal himalayen (MFT). Sur ce site, l’étude préliminaire que nous avons menée suggère un MFT ayant une géométrie de faille listrique. Des mesures de datations doivent maintenant être effectuées pour estimer le taux de glissement sur le MFT dans cette zone. Dans la région de Lhamoizingkha, l'emplacement exact du MFT n'est pas connu. Nos résultats préliminaires suggèrent une géométrie complexe de la trace de la faille en surface et indiquent que le MFT est situé plus au nord de la ligne de résistivité déployée dans cette zone. À l'instar du site de Phuentsholing (mais contrairement à Sarpang), nous avons observé que le MFT était la structure la plus frontale et que l’essentiel de la convergence dans cette zone pouvait être accommodé par le MFT, comme semble le suggérer les observations GPS.

23rd European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, MALMÖ, SUEDE, 03-/09/2017 - 07/09/2017; In this study, we introduce a new database framework for levee investigation. We are considering on an equal footing geophysical and geotechnical investigation methods in order to assist the agencies and levee managers in selecting the most relevant methods for the levees' characterization. For this to be possible, we are taking into account the environmental constraints, the pathologies and the failure modes of the levees. The other aspect of this work is to open new ways of reflection in the research community with an important bibliographic work being carried out. We first focus on the relations between pathological physical properties and failure modes of a levee in order to identify which properties and characteristics of a levee need to be estimated. Then, we display our new database framework using the example of the Electrical Resistivity Tomography method. This work finally insists on the benefits of such a structure to propose new method investigation combinations and to provide a significant quantity of references for the research community.

We show that for a large class of finite dimensional input-output positive systems that represent networks of transport and diffusion of solute in geological media, there exist equivalent multi-rate mass transfer and multiple interacting continua representations, which are quite popular in geo-sciences. Moreover, we provide explicit methods to construct these equivalent representations. The proofs show that controllability property is playing a crucial role for obtaining equivalence. These results contribute to our fundamental understanding on the effect of fine-scale geological structures on the transfer and dispersion of solute, and, eventually, on their interaction with soil microbes and minerals.

This thesis develops, analyzes and demonstrates several valuable applications of randomized fluid dynamics models referred to as under location uncertainty. The velocity is decomposed between large-scale components and random time-uncorrelated small-scale components. This assumption leads to a modification of the material derivative and hence of every fluid dynamics models. Through the thesis, the mixing induced by deterministic low-resolution flows is also investigated. We first applied that decomposition to reduced order models (ROM). The fluid velocity is expressed on a finite-dimensional basis and its evolution law is projected onto each of these modes. We derive two types of ROMs of Navier-Stokes equations. A deterministic LES-like model is able to stabilize ROMs and to better analyze the influence of the residual velocity on the resolved component. The random one additionally maintains the variability of stable modes and quantifies the model errors. We derive random versions of several geophysical models. We numerically study the transport under location uncertainty through a simplified one. A single realization of our model better retrieves the small-scale tracer structures than a deterministic simulation. Furthermore, a small ensemble of simulations accurately predicts and describes the extreme events, the bifurcations as well as the amplitude and the position of the ensemble errors. Another of our derived simplified model quantifies the frontolysis and the frontogenesis in the upper ocean. This thesis also studied the mixing of tracers generated by smooth fluid flows, after a finite time. We propose a simple model to describe the stretching as well as the spatial and spectral structures of advected tracers. With a toy flow but also with satellite images, we apply our model to locally and globally describe the mixing, specify the advection time and the filter width of the Lagrangian advection method, as well as the turbulent diffusivity in numerical simulations.; Cette thèse concerne le développement, l'extension et l'application d'une formulation stochastique des équations de la mécanique des fluides introduite par Mémin (2014). La vitesse petite échelle, non-résolue, est modélisée au moyen d'un champ aléatoire décorrélé en temps. Cela modifie l'expression de la dérivée particulaire et donc les équations de la mécanique des fluides. Les modèles qui en découlent sont dénommés modèles sous incertitude de position. La thèse s'articulent autour de l'étude successive de modèles réduits, de versions stochastiques du transport et de l'advection à temps long d'un champ de traceur par une vitesse mal résolue. La POD est une méthode de réduction de dimension, pour EDP, rendue possible par l'utilisation d'observations. L'EDP régissant l'évolution de la vitesse du fluide est remplacée par un nombre fini d'EDOs couplées. Grâce à la modélisation sous incertitude de position et à de nouveaux estimateurs statistiques, nous avons dérivé et simulé des versions réduites, déterministe et aléatoire, de l'équation de Navier-Stokes. Après avoir obtenu des versions aléatoires de plusieurs modèles océaniques, nous avons montré numériquement que ces modèles permettaient de mieux prendre en compte les petites échelles des écoulements, tout en donnant accès à des estimés de bonne qualité des erreurs du modèle. Ils permettent par ailleurs de mieux rendre compte des évènements extrêmes, des bifurcations ainsi que des phénomènes physiques réalistes absents de certains modèles déterministes équivalents. Nous avons expliqué, démontré et quantifié mathématiquement l'apparition de petites échelles de traceur, lors de l'advection par une vitesse mal résolu. Cette quantification permet de fixer proprement des paramètres de la méthode d'advection Lagrangienne, de mieux le comprendre le phénomène de mélange et d'aider au paramétrage des simulations grande échelle en mécanique des fluides.