Search

La dynamique temporelle d’enracinement des végétaux aux cours des cycles culturaux est un paramètre d’importance pour les modèles de bilan hydrique des sols, en particulier pour calculer la réserve utile à un moment donné. Dans ce contexte, les outils de géophysique, qui permettent de caractériser les sols sans les perturber, pourraient constituer des méthodes d’intérêt pour suivre la croissance racinaire des plantes au cours du temps. L’objectif de l’étude présentée dans ce rapport est d’évaluer la potentialité de l’outil de résistivité électrique pour caractériser l’évolution de l’enracinement d’une culture. Pour cela, une expérimentation in situ a été réalisée pendant quatre mois sur une parcelle de blé. A différents stades de croissance de la culture, des mesures de résistivité électrique par tomographie 2D ont été couplées à des observations de l’enracinement grâce à la méthode du profil racinaire. Les premiers résultats sont encourageants, une relation linéaire croissante apparait entre les résistivités électriques et la densité de racines : sur deux dates, les zones de plus forte densité racinaire présentent des résistivités plus élevées en moyenne que les zones présentant une densité de racine moindre. Néanmoins des traitements complémentaires sont encore nécessaires pour consolider ces résultats sur d’autres stades culturaux., The temporal dynamic of root system growth is a parameter of interest for soil hydric models, especially to evaluate the field capacity. The geophysical tools enable soil characterization without disturbing them and could be used to monitor root growth of plants. The objective of this study is to evaluate the potential of the electrical resistivity tool to characterize the temporal evolution of a culture root system. For this purpose, an in situ experiment was carried out for four months on a plot of wheat. At different phenological stages, 2D electrical resistivity tomographies and roots maps were performed at the same times and same locations. The first results are promising: a positive linear relationship is observed between, root density and electrical resistivity. However, further data processing are needed to solidify this observation for another phonological stages.

ISSN (print): 1992-0431ISSN (online): 2658-316Х; International audience; Takht-i Sangin, south of actual Tajikistan and north of ancient Bactria, is located on the right bank of Amu Darya, on a narrow land between Teshik Tosh mountain on the west and the river on the east. The site was excavated by several expeditions who mainly concentrated on the Oxus temple and dated the foundation from 3rd c. B.C. to 2d c. A.D.A French-Tajik association (Institute of History, Archaeology and Ethnology, Sciences Academy of Tajikistan and French National Centre for Scientific Research) lead preliminary research in 2014, to try to precise the nature and the evolution of the urban area. One of the aims was to provide a supplementary bearing for the knowledge of Bactrian cities for whom it is close geographically and chronologically, like Bactra, Ai Khanum, Termez. Topographical and geophysical studies began simultaneously with a pedestrian survey and targeted archaeological excavations on two ramparts (closest to the temple).; Городище Тахт-и Сангин на юге современного Таджикистана и на севере древней Бактрии, расположено на правом берегу Амударьи на узкой полоске земли между горой Тешик Тош на западе и рекой на востоке. Раскопки на памятнике осуществляли несколько экспедиций, сосредоточившихся, главным образом, на храме Окса (III в до н.э. — II в. н.э.). Французско-Таджикская Ассоциация (Институт истории, археологии и этнологии Академии наук Таджикистана и Национальный центр научных исследований Фран-ции) осуществил предварительные исследования в 2014 для уточнения характера и эволюции городской территории, с целью получения дополнительных данных о бактрийских городах, из которых наиболее близкими географически и хронологи-чески являются Бактры, Ай Ханум, Термез. Были предприняты топографические и геофизические исследованиясь, которые мы намерены продолжить, дополнив их гео-морфологическими и геологическими исследованиями. Одновременно был осущест-влен разведочный маршрут с целью последующих археологических раскопок на двух крепостных валах (наиболее близких к храму). Эти исследования находятся пока на ранней стадии, но они позволяют надеяться на хорошие результаты с продолжением наших исследований.

Soil hydraulic properties, represented by the soil water retention and hydraulic conductivity functions, dictate water flow in the vadose zone, from surface to aquifers. Understanding the water flow dynamic has important implications for estimating available water resources and flood forecasting. It is also crucial in evaluating the dynamicsof chemical pollutants in soil and in assessing the risks of groundwater pollution. Ground Penetrating Radar is a geophysical method particularly suited to measure contrasts of electromagnetic parameters such as those created by water content variations in soils.In this manuscript, we focus on Ground Penetrating Radar temporal monitoring of fluid flows in the near surface, such as infiltration in soil. We were initially curious to know to know if Ground-Penetrating Radar could be used to estimate soil hydraulic properties, more efficiently than classical soil characterization methods such as disk infiltrometer and water hanging column. We developed coupled hydrodynamic and electromagnetic numerical modeling to invert the two way travel times associated with reflections corresponding to strong dielectric permittivity contrasts, such as these involved on infiltration bulbs or fronts orwater tables.We designed two types of Ground Penetrating Radar infiltration monitoring techniques: one using a single ring infiltrometer and the other using shallow boreholes. The first type of infiltration experiment relied on uni-dimensional numerical modeling whereas the second one used a 2D-axi-symmetrical hypothesis. In each of these cases, our original methods have been numerically tested and applied to sandy soils. Beyond quantitative soil hydraulic parameter estimations, electromagnetic wave interactions with hydrodynamicprocesses lead to peculiar phenomena such as waveguide creation by infiltration bulbs.In addition, we showed that Ground Penetrating Radar monitoring was accurate enough to detect the hysteresis of the water retention function during successive drainage and wetting cycles, in a laboratory experiment using a sub-metric tank filled with Fontainebleau sand. The parameters characterizing the hysteresis of this function have been quantified through two-way travel time inversions of the bottom tank reflection during one-step and multi-step hydraulic head experiments., Les propriétés hydrodynamiques des sols, représentées par les fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique, régissent les écoulements d'eau et de solutés de puis la surface jusqu'aux nappes souterraines. La caractérisation et la compréhension de cette dynamique des fluides ont énormément d’importance pour la détermination des ressources en eau disponibles, la pollution des sols et des eaux souterraines. Le radar de sol est une méthode d'imagerie géophysique particulièrement adaptée pour détecter les contrastes de paramètres électromagnétiques tels que ceux engendrés par des gradients de teneur en eau. La problématique à laquelle répond cette thèse est de savoir si le suivi temporel par radar de sol de phénomènes de dynamique des fluides en proche surface, tels que des infiltrations, est suffisant pour retrouver les paramètres hydrodynamiques du sol considéré, de manière plus efficace que les procédés d'estimation classiques.Nous avons développé des algorithmes couplant des modèles hydrodynamique et électromagnétique, afin d'obtenir les propriétés hydrodynamiques de sols, en inversant les temps aller-retour des ondes électromagnétiques correspondant à des réflexions sur des contrastes de permittivité forts comme ceux rencontrés sur des fronts ou bulbes d'infiltration.Nous avons développé le suivi radar de deux techniques d'infiltration, en simple anneau et en forage de faible profondeur. La première permet une modélisation unidimensionnelle alors que la seconde utilise une modélisation 2D-axisymétrique. Dans chaque cas, nos méthodes originales ont été testées numériquement, puis appliquées à différentes expériences de terrain, principalement sur des sols sableux. Les paramètres des fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique retrouvés sont en accord avec ceux obtenus classiquement par des méthodes telles que des mesures sur échantillons en colonne suspendue et in situ par infiltromètrie à disque. Au-delà de l'aspect quantitatif des processus hydrodynamiques, l'interaction de ces derniers avec les champs électromagnétiques conduit à l'observation de phénomènes atypiques, comme des guides d'ondes créés par des bulbes d'infiltration.De plus, nous avons montré que le radar de sol est assez précis pour détecter des différences dans les profils de teneur en eau selon le cycle drainage-imbibition, causées par l'hystérèse sur les fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique. Les paramètres de ces fonctions ont été obtenus par inversion de données radar lors de suivis de battements de nappe au sein de réservoirs, de l'ordre du mètre cube, en laboratoire.

Volcanic domes are associated to violent volcanic eruptions and high explosivity indexes. Observation and monitoring of active domes (e.g. St. Helens, Unzen, Montserrat) underlined growth patterns characterized by extrusion phases, explosions and collapse events, involving the complex inner structure of these volcanic edifices. The study of the Puy de Dôme volcano (French Massif Central), a 11,000 years old trachytic lava dome, through geophysical imaging and data modelling, as well as a detailed morpho-structural analysis, allowed to build a precise model of the inner structure of the dome and provided new constraints about its growth and its evolution. The analysis of the high resolution Digital Terrain Model (0.5 m) allowed to identify distinct morphological units on the dome, as well as volcano-tectonic structures on the neighboring volcanic edifices (Petit Puy de Dôme and Puy des Grosmanaux). Different geophysical methods (Electrical Resistivity Tomography – ERT -, gravity and magnetism) have been implemented in order to study the inner structure of the dome and to characterize the initiating mechanisms of the deformations areas identified in the Puy de Dôme vicinity. The use of several methods allowed to study different, but complementary physical parameters, although the overall interpretation of the geophysical results is sometimes difficult in the case of a volcanic edifice so complex. The 2D and 3D geophysical models obtained indicate that the Puy de Dôme is based on preexisting volcanic edifices, a cluster of strombolian volcanoes whose the presence and/or the exact extension were partially unknown until now. The internal structure of the edifice, highly heterogeneous, is composed of a massive central part, encompassed of collapse breccia, and its summit part highlights evidences of a strong hydrothermal alteration, characteristic feature of volcanic domes. The upper part of the dome is defined by a carapace of consolidated rocks, a few meters thick, whereas the base of the edifice forms a talus composed of collapses and pyroclastic flows deposits associated to the dome growth. Finally, gravity and magnetic data pointed out the presence of intrusions beneath the Petit Puy de Dôme and the Puy des Grosmanaux edifices. The geometry of these intrusions, determined through different modelling approaches, and the nature of the rocks that composed them, indicate complex emplacement processes., Les dômes de lave sont associés à des éruptions volcaniques violentes et des indices d’explosivité élevés. L’observation et la surveillance de dômes actifs (e.g. St. Helens, Unzen, Montserrat) ont mis en évidence des modes de croissance caractérisés par des phases d’extrusion, d’explosion et des phénomènes d’effondrement, impliquant une structure interne souvent complexe de ces édifices volcaniques. L’étude du Puy de Dôme (Massif Central français), un dôme trachytique âgé de 11 000 ans, grâce à l’apport de l’imagerie géophysique et à la modélisation des données, ainsi qu’à une analyse morpho-structurale détaillée, a permis d’établir un modèle précis de la structure interne du dôme et a fourni de nouvelles contraintes concernant sa croissance et son évolution. L’analyse du Modèle Numérique de Terrain haute résolution (0,5 m) a permis d’identifier différentes unités sur le dôme, morphologiquement distinctes, et associées à des dynamismes éruptifs différents, ainsi que des structures volcano-tectoniques remarquables sur les édifices volcaniques voisins (Petit Puy de Dôme et Puy des Grosmanaux). Différentes méthodes géophysiques (tomographie des résistivités électriques – ERT -, gravimétrie et magnétisme) ont été mises en oeuvre afin d’étudier la structure interne du dôme, et de caractériser la nature des mécanismes à l’origine des zones de déformations identifiées dans l’environnement du Puy de Dôme. L’utilisation de plusieurs méthodes a permis d’étudier des paramètres physiques différents mais complémentaires, bien que l’interprétation globale des résultats géophysiques ait parfois été délicate dans le cas d’un édifice volcanique aussi complexe. Les modèles géophysiques 2D et 3D obtenus montrent que le Puy de Dôme repose sur des édifices volcaniques préexistants, un ensemble de volcans stromboliens dont la présence et/ou l’extension exacte étaient partiellement méconnues jusqu’alors. La structure interne de l’édifice, très hétérogène, est constituée d’une partie centrale très massive, entourée d’une ceinture de brèches d’effondrement, la zone sommitale du conduit étant affectée de nombreuses évidences d’une forte altération hydrothermale, caractéristique des dômes volcaniques. La partie supérieure du dôme est définie par une carapace de roches consolidées, de quelques dizaines de mètres d’épaisseur au maximum, alors que la base de l’édifice forme un talus constitué des dépôts d’effondrements gravitaires et d’écoulements pyroclastiques associés à la croissance du dôme. Enfin, les données gravimétriques et magnétiques ont permis la mise en évidence de la présence d’intrusions sous les édifices du Petit Puy de Dôme et du Puy des Grosmanaux. La géométrie de ces intrusions, déterminées grâce à différentes approches de modélisation, ainsi que la nature des roches qui les composent indiquent des processus de mise en place complexes.

The efficient use of geothermal systems, the sequestration of CO_2 to mitigate climate change, and the preventionof seawater intrusion in coastal aquifers are only some examples that demonstrate the need for novel technologies to monitor subsurface processes from the surface. A main challenge is to assure optimal performance of such technologies at different temporal and spatial scales. Plane-wave electromagnetic (EM) methods are sensitive to subsurface electrical conductivity and consequently to fluid conductivity, fracture connectivity, temperature, and rock mineralogy. These methods have governing equations that are the same over a large range of frequencies, thus allowing to study in an analogous manner processes on scales ranging from few meters close to the surface down to several hundreds of kilometers depth. Unfortunately, they suffer from a significant resolution loss with depth due to the diffusive nature of the electromagnetic fields. Therefore, estimations of subsurface models that use these methods should incorporate a priori information to better constrain the models, and provide appropriate measures of model uncertainty. During my thesis, I have developed approaches to improve the static and dynamic characterization of the subsurface with plane-wave EM methods. In the first part of this thesis, I present a two-dimensional deterministic approach to perform time-lapse inversion of plane-wave EM data. The strategy is based on the incorporation of prior information into the inversion algorithm regarding the expected temporal changes in electrical conductivity. This is done by incorporating a flexible stochastic regularization and constraints regarding the expected ranges of the changes by using Lagrange multipliers. I use non-l_2 norms to penalize the model update in order to obtain sharp transitions between regions that experience temporal changes and regions that do not. I also incorporate a time-lapse differencing strategyto remove systematic errors in the time-lapse inversion. This work presents improvements in the characterization of temporal changes with respect to the classical approach of performing separate inversions and computing differences between the models. In the second part of this thesis, I adopt a Bayesian framework and use Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulationsto quantify model parameter uncertainty in plane-wave EM inversion. For this purpose, I present a two-dimensionalpixel-based probabilistic inversion strategy for separate and joint inversions of plane-wave EM and electrical resistivity tomography (ERT) data. I compare the uncertainties of the model parameters when considering different types of prior information on the model structure and different likelihood functions to describe the data errors. The results indicate that model regularization is necessary when dealing with a large number of model parameters because it helpsto accelerate the convergence of the chains and leads to more realistic models. These constraints also lead to smaller uncertainty estimates, which imply posterior distributions that do not include the true underlying model in regions where the method has limited sensitivity. This situation can be improved by combining plane-wave EM methods with complimentary geophysical methods such as ERT. In addition, I show that an appropriate regularization weight and the standard deviation of the data errors can be retrieved by the MCMC inversion.Finally, I evaluate the possibility of characterizing the three-dimensional distribution of an injected water plume by performing three-dimensional time-lapse MCMC inversion of plane-wave EM data. Since MCMC inversion involves a significant computational burden in high parameter dimensions, I propose a model reduction strategy where the coefficients of a Legendre moment decomposition of the injected water plume and its location are estimated. For this purpose, a base resistivity model is needed which is obtained prior to the time-lapse experiment.A synthetic test shows that the methodology works well when the base resistivity model is correctly characterized. The methodology is also applied to an injection experiment performed in a geothermal system in Australia, and compared to a three-dimensional time-lapse inversion performed within a deterministic framework. The MCMC inversion better constrains the water plumes due to the larger amount of prior information that is included in the algorithm. The conductivity changes needed to explain the time-lapse data are much larger than what is physically possible based on present day understandings. This issue may be related to the base resistivity model used, therefore indicating that more efforts should be given to obtain high-quality base models prior to dynamic experiments.The studies described herein give clear evidence that plane-wave EM methods are useful to characterize and monitor the subsurface at a wide range of scales. The presented approaches contribute to an improved appraisal of the obtained models, both in terms of the incorporation of prior information in the algorithms and the posterior uncertainty quantification.In addition, the developed strategies can be applied to other geophysical methods, and offer great flexibility to incorporate additional information when available., De nouvelles technologies sont nécessaires pour passer d’une production d’énergie basée sur le nucléaire et les combustibles fossiles à des énergies renouvelables. L’utilisation de systèmes géothermaux stimulés est une des possibilités qui pourraient répondre partiellement à la demande en énergie. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de suivre les chemins d'écoulements des fluides qui sont injectés en profondeur afin de les récupérer une fois qu’ils sont suffisamment chauds pour produire de l'énergie. La séquestration du CO2 pour limiter le changement climatique et la prévention de l’intrusion d’eau salée dans les aquifères costaux sont d’autres exemples qui démontrent notre besoin en technologies pour le suivi des processus dans le sous-sol à partir de la surface à différentes échelles d’espace et de temps. Les méthodes électromagnétiques (EM) d’ondes planes sont sensibles à la conductivité électrique du sous-sol et, par conséquent, à la conductivité électrique des fluides saturant la roche, à la présence de fractures connectées et à la température. Ces méthodes permettent d’étudier de manières analogues des processus allant de quelques mètres sous la surface jusqu’à plusieurs kilomètres de profondeur. Néanmoins, ces techniques sont soumises à une perte de résolution avec la profondeur. Pour cette raison, l’estimation des modèles permettant de représenter le sous-sol à partir de ces méthodes doit prendre en compte l’information a priori disponible afin de contraindre les modèles autant que possible. De plus, il est nécessaire de mesurer les incertitudes sur ces modèles de façon appropriées.Durant le déroulement de cette thèse, j’ai développé des approches permettant la caractérisation statique et dynamique du sous-sol à l’aide d’ondes EM planes. Dans une première partie, je présente une approche déterministe permettant de réaliser des inversions répétées dans le temps (time-lapse) de données d’ondes EM planes en deux dimensions. Cette stratégie est basée sur l’incorporation, dans l’algorithme, d’informations sur les changements de conductivité électrique attendus en fonction du temps. J’utilise aussi une stratégie permettant d’éliminer les erreurs systématiques dans l’inversion de données time-lapse. Dans une seconde partie, j’adopte un formalisme bayésien pour quantifier les incertitudes sur les paramètres du modèle. Pour cet objectif, je présente une stratégie d’inversion basée sur des simulations Markov chain Monte Carlo (MCMC) appliquée à des données d’ondes EM planes et de tomographies de résistivité électrique, séparées et jointes. Je compare les incertitudes des paramètres du modèle en considérant différentes contraintes sur la structure du modèle, et différentes fonctions pour décrire les erreurs sur les données. De plus, je montre que l’écart-type des erreurs sur les données peut être retrouvé par une inversion probabiliste. Dans la dernière partie de cette thèse, j’étudie la distribution d’un panache de traceur salin injecté dans le sous-sol en réalisant une inversion MCMC time-lapse tridimensionnelle d’ondes EM planes. Étant donné que les inversions probabilistes sont très coûteuses en temps de calcul lorsque l’espace des paramètres présente une grande dimension, je propose une stratégie qui permet de réduire le nombre de paramètres pour représenter le panache. Cette méthodologie est appliquée à une expérience d’injection d’un traceur salin et d’acides, réalisée dans un système géothermal stimulé en Australie, et comparée à une inversion time-lapse tridimensionnelle réalisée selon une approche déterministe. Les études décrites démontrent que les méthodes d’ondes EM planes sont très utiles pour caractériser et suivre les variations temporelles du sous-sol sur de larges échelles. Les présentes approches améliorent l’évaluation des modèles obtenus, autant en termes d’incorporation d’informations dans les algorithmes, qu’en termes de quantification d’incertitudes. De plus, les stratégies développées peuvent être appliquées à d’autres méthodes géophysiques, et offrent une grande flexibilité pour l’incorporation d’informations additionnelles lorsqu’elles sont disponibles.

The Burgundian vineyard hillslopes (Côte-d’Or, France) exhibit a high diversity of soils resulting from the combination of several natural and anthropogenic factors acting at various spatio-temporal scales. The soil types have major role in viticulture, since they partly determine wine-growing quality. However, soil undergoes important degradation caused by hydric erosion and vineyard management practices. To control this soil heritage for a sustained viticulture in Côte-d’Or, a better knowledge of soil is necessary. The objectives of this work is to characterise vineyard soils and to identify the factors governing their diversity using an interdisciplinary approach crossing geology, geomorphology, pedology and history of soil land use and vineyard management practices.Data have been acquired at a high spatial resolution from different imagery methods i.e. remote sensing, subsurface geophysics, and digital terrain model. At the hillslope scale, high resolution soil maps permit to predict soil agronomical comportment and discuss the spatial soil organisation of vineyard hillslope soils. At the plot scale, these maps highlight the human impact on soil diversity through its role on landscape structure and erosion intensity.Our work shows that the soil diversity of the vineyard hillslopes depends on the spatial scale used to analyse this diversity. At the hillslope scale, soil is gradually evolving along the slope, and is controlled by the geological substrate and topographical variations, and responds to topolithosequence model. At the plot scale, variations of soil thickness and organic status are taken into account and permit to predict soil agronomic behaviour. This soil diversity is partly related to human impact, due by both historical and present vineyard management practices. It appears that human activities have a past and present influence on the terroir construction in Côte-d’Or, through its action on soil diversity., Les versants viticoles en Côte-d’Or (Bourgogne, France) présentent une forte diversité de sols résultant d’interactions entre des facteurs naturels et des facteurs anthropiques opérant à diverses échelles spatio-temporelles. Le sol représente un enjeu majeur en viticulture, car il détermine en partie la qualité de la production viticole. Or, il est soumis à d’importantes dégradations causées par l’érosion. Pour mieux gérer ce patrimoine sol et pérenniser la viticulture côte d’orienne, une meilleure connaissance de celui-ci est nécessaire. Ce travail a pour objectifs de caractériser les sols viticoles et d’identifier les facteurs qui contribuent à leur diversité par une approche interdisciplinaire croisant la géologie, la géomorphologie, la pédologie, l’histoire de l’occupation du sol et des pratiques.Les données ont été acquises à très haute résolution spatiale à partir de diverses méthodes d’imagerie i.e. télédétection par imagerie, géophysique de subsurface et modèle numérique de terrain. À l’échelle du versant, les cartes pédologiques produites à grande échelle permettent de discuter du modèle d’organisation des sols. À l’échelle de la parcelle, ces cartes mettent en évidence l’impact de l’homme sur la diversité des sols, par son rôle sur la structure du parcellaire et l’intensité de l’érosion notamment.La diversité des sols viticoles dépend de l’échelle spatiale à laquelle ils sont observés. À l’échelle du versant, les sols évoluent en fonction des variations du substrat géologique et de la topographie, suivant le modèle de topolithoséquence. À l’échelle de la parcelle, les variations du sol, telles que son épaisseur et son statut organique, peuvent être appréhendées, permettant d’en prédire le comportement agronomique. L’influence de l’homme se marque à la fois sur la structure du parcellaire et par les pratiques culturales anciennes et actuelles. Il participe ainsi à la construction des terroirs, à travers son action sur la diversité des sols.

National audience; Au cours des dernières décennies, de nombreux projets tels que VIRGO, LIGO ou GEO600 visant à détecter les ondes gravitationnelles à l'aide d'interféromètres ont vu le jour. Toutes ces expériences sont basées sur l'utilisation d'interféromètres à ondes lumineuses. L'expérience MIGA sera basée sur l'emploi de trois interféromètres à ondes de matière couplés à une cavité optique de 300m de long. Chaque interféromètre mesure l'accélération locale ressentie par les atomes par rapport aux miroirs de la cavité. Une mesure différentielle entre les interféromètres permet de séparer la contribution géophysique (séismes, inclinaison du sol) et la contribution gravitationnelle (modification du champ de pesanteur, onde gravitationnelle) au signal. Cette configuration expérimentale exceptionnelle permettra d'obtenir une sensibilité suffisamment petite pour observer des ondes gravitationnelles issues d'évènements cosmiques violents (effondrements d'étoiles, coalescence de systèmes binaires) ou pour détecter des variations du champ de pensanteur local (transferts de masse hydraulique, vibrations sismiques). Le projet MIGA fédère plusieurs disciplines, telles que la physique quantique, la cosmologie et la géophysique, et constitue ainsi une nouvelle approche originale dans la compréhension de phénomènes fondamentaux liés à la gravitation.

Cette note a pour objet de déterminer les bornes supérieures et inférieures des différents moments de la densité à l'intérieur d'une distribution de masse à symétrie sphérique dont on connaît deux des moments globaux. Cela s'applique au cas de la Terre ou des planètes (la lune et Mars) dont la masse et le moment moyen d'inertie sont connus et fournit notamment un encadrement intéressant de la gravité à l'intérieur du corps. (Résumé d'auteur)

In order to investigate aquifers, several geophysical surveys have been carried out in the Baril area of the southern flank of Piton de la Fournaise volcano on Reunion in the Indian Ocean using audiomagnetotelluric (AMT), very-low-frequency (VLF) and self-potential (SP) methods. We present the results with emphasis on a comparison between SP data and the findings of geoelectric surveys. AMT soundings have indicated, from the surface downward, three layers : (i) resistive volcanic rocks, (ii) an intermediate resistivity layer, and (iii) a conductive basement attributed to a seawater-bearing aquifer. VLF measurements allow the mapping of the first layer apparent resistivity, and therefore its bottom, when the true resistivity is supposed to be isotropic and homogenous. When this assumption does not hold, only the SP method permits the mapping of this bottom. Because of the good agreement between the SP and electromagnetic results, we propose the SP method as the first tool that should be used in studying shallow hydrogeological structures in volcanic areas. (Résumé d'auteur)

Mid-size rockfalls (103-105 m3) represent a substantial hazard in mountainous areas, because of relative high rate of occurrence and destructive power. Consequently, few protection means can be applied, emphasizing the need for monitoring techniques and early warning prior to the collapse. After the rupture, quantitative information on the rockfall propagation phase is scarce, owing to their suddenness and location in steep and rugged slopes. In this thesis work, an experimental approach is proposed to derive valuable information from seismic records during rockfall pre-rupture and post-rupture phases. The first part of this work aims at testing the applicability of the ambient vibration technique to monitor unstable rock compartments dynamic response in the pre-rupture phase. This technique (commonly employed in civil engineering for structural health monitoring) reveals the resonant frequencies of a structure, a decrease in frequency revealing potential damage. A previous case study of an unstable limestone compartment brought to light a #30% decrease in fundamental resonant frequency (f1) two weeks before the collapse. Following this innovative work, we selected and instrumented four prone-to-fall medium-size rock compartments located in the Occidental Alps, showing various geological contexts (limestones, argillite and shale-sandstone series), deformation patterns and failure mechnisms. Ambient vibrations recorded on-site revealed caracteristic seismic noise features. Spectral peaks were observed and attributed to resonant frequencies of the rock compartments, the fundamental resonant frequency (f1) showing clear polarization parallel to the line of maximum slope gradient, and perpendicular to the main bounding fracture observed at most of the sites. Similar findings were made for an unstable rock compartment located in a volcanic caldera, characterized by rapid morphological changes and intense rockfall activity. The dynamic response of the rear fracture network was explored, showing that spectral content of seismic noise is controlled by the caldera structure in the 0.5-5 Hz range. The direction of vibration is polarized perpendicularly to the fractures, while vibration amplitudes are linked to compartment uncoupling from the rock massif. In this case, the physical origin of seismic noise amplification may be due to complex 2D or 3D resonance effects. For the four alpine sites, the fundamental frequency f1 was monitored over more than one year, showing fluctuations clearly correlated with temperature oscillations. The thermal control over f1 is highly complex, showing both positive and negative correlations, depending on site morphology and destructuration, as well as on the studied oscillations periods (daily or seasonal). No change in fundamental frequency resulting from damage was observed over this time span. One site, characterized by intense rock fracturing and a deep-open rear fracture, showed high f1 sensitivity to temperature changes. Thermo-mechanical numerical simulations revealed that both material contraction-dilation and thermal dependancy of the elastic modulus control f1 fluctuations. In addition, high amplitude seasonal f1 oscillations were explained by ice formation in the rear fracture. A criterion was developped to separate thermal-induced f1 fluctuations from damage effects, under the hypothesis that thermal sensitivity of a rock compartment increases towards failure. The second part of this work relates to the post-rupture phase of rockfalls. The seismic records generated by two mid-size rockfalls {one natural, one provoked{ that occured in the same place were analyzed, showing complex enveloppe and spectrogram features. Both events showed close magnitude, duration and spectral content. The seismic signals of the provoked event were calibrated using video shots, allowing estimation of fallen material velocity during the successive propagation phases., Les éboulements rocheux de volume intermédiaire (103-105 m3) posent un problème sérieux dans les régions montagneuses en raison de leur fréquence d'occurrence relativement élevée et de leur fort pouvoir destructeur. En conséquence, il est difficile de mener des travaux de protection pour réduire l'aléa, ce qui souligne le besoin de techniques de suivi et d'alerte précoce avant la rupture. Après l'éboulement, peu d'informations quantitatives sont disponibles sur la phase de propagation en raison de la soudaineté du phénomène et de sa localisation dans des pentes raides et difficiles d'accès. Dans ce travail de thèse, une approche expérimentale est proposée pour extraire des informations à partir d'enregistrements de signaux sismiques durant les phases pré- et post-rupture d'éboulements.La première partie de ce travail vise à tester la pertinence des vibrations ambiantes pour le suivi temporel de la réponse dynamique de compartiments rocheux lors de la phase pré-rupture. Cette technique (couramment employée en génie civil pour le suivi de l'intégrité des structures) permet d'extraire les fréquences de résonance d'une structure, dont la décroissance peut traduire l'endommagement. Une étude antérieure menée sur une colonne calcaire instable a montré une décroissance d'environ 30% de la fréquence fondamentale de résonance (f1) environ deux semaines avant la rupture, interprétée comme une diminution de la rigidité du contact avec le massif stable adjacent.

Last three wars have left millions of tons of unexploded ordnance (UXO) in French subsoil. They put the population and the environment at risk. Geophysics and particularly the magnetic methods present some solutions to characterise and locate those generally magnetised objects. The multi-sensor magnetic cartography device designed at EOST has some faults. Consequently, (i) the production of a new digitizer, (ii) the acquisition of a new geo-spatial positioning system and (iii) the use of an extra sensor to correct the time-related variations of the magnetic field allow us to improve our cartography quality. Likewise, multi-altitude measurement allow us to optimise the time in relation to the wanted cartography definition. According to the approximation generally used in magnetism theory, the anomaly is insignificant compared to the regional magnetic field. At the same time as my previously described field work, a thorough study of the dipole theory, allowed me to evaluate that this approximation results in a non-negligible mistake reaching 16% of the anomaly. The inversion results are sensible to this mistake. Moreover, l've developed an algorithm based on Euler deconvolution and l've re-evaluated the method already used which is based on analytic signal. After I compared some of the inversion methods, the one based on the analytic signal seems to ascertain the better the object characteristics., Les trois dernières guerres ont laissé dans le sous-sol français des millions de tonnes de munitions non explosées (en anglais, unexploded ordnance ou UXO) qui constituent un risque pour l'homme et l'environnement. La géophysique et particulièrement les méthodes magnétiques offrent des solutions pour localiser et caractériser ces objets qui sont le plus souvent aimantés. Mon travail de thèse consiste d'abord à réaliser une synthèse bibliographique des méthodes de recherche d'UXO en détaillant en particulier la méthode magnétique. Le dispositif de cartographie magnétique multi-capteur conçu par I'EOST et utilisé pour la recherche d'UXO subit un certain nombre de défauts. Ainsi (i) la fabrication d'un nouveau numériseur, (ii) l'acquisition d'un nouveau système de géolocalisation plus complet et (iii) l'utilisation d'un capteur supplémentaire afin de corriger les variations temporelles du champ permettent d'améliorer la qualité de nos cartographies. De même la mesure à différentes altitudes nous permet de gérer au mieux le temps imparti et le niveau de détail que l'on souhaite obtenir. Selon l'approximation habituellement employée en méthodes potentielles, l'anomalie du champ magnétique est négligeable par rapport au champ magnétique régional. En parallèle du travail de terrain décrit précédemment, une étude plus poussée du dipôle m'a permis d'évaluer que cette approximation entraîne une erreur non négligeable pouvant atteindre 16% de l'anomalie. Cette différence se ressent aussi sur les résultats obtenus par inversion. J'ai pu de plus développer un algorithme utilisant la méthode d'Euler et réévaluer la méthode que l'on utilisait déjà auparavant, basée sur le signal analytique. Après comparaison des différentes méthodes d'inversion, cette dernière semble le mieux contraindre la cible.

International audience; La grotte ornée des Fraux (Saint-Martin-de-Fressengeas, Dordogne) est un vaste réseau de galeries au sein desquelles ont été mis au jour de nombreux aménagements domestiques, des dépôts de mobilier ainsi que des manifestations pariétales, tous datés de l’âge du Bronze. L’étude du site est réalisée dans le cadre d’un Site d’Etude en Ecologie Globale (SEEG) de l’Institut Ecologie et Environnement du CNRS. Dans cet observatoire sont testées, de manière interdisciplinaire, de nouvelles méthodes d’acquisition de données. Dans ce cadre, un partenariat mis en place depuis 2008 entre archéologues, géophysiciens et topographes a permis de conduire la numérisation 3D de la volumétrie totale du réseau souterrain, l’acquisition en haute définition des panneaux ornés et du mobilier, ainsi que le développement d’un protocole de prospection magnétique adapté au milieu souterrain. L’objet de l’article est de présenter les instruments et les méthodes topographiques mis en œuvre pour la numérisation 3D du site et les résultats de la documentation détaillée adaptée aux besoins des partenaires de l’équipe de recherche.

This volume is the report on the results of the third excavation season of the Saudi-French Archaeological Project at Madâ'in Sâlih, Nabataean Hegra in northwest Saudi Arabia (MAEE, SCTA, CNRS, Univ Paris 1, IFPO). Apart from the results obtained in the different excavation areas (both in the residential area and in a triclinium south the Jabal Ithlib, the reader will find preliminary syntheses on the macro-vegetal remains (Ch. Bouchaud), on the pottery (C. Durand and Y. Gerber), on the geomagnetic survey (Chr. Benech), on the coins (Chr. Augé) and on the faunal remains (J. Studer)., Ce volume constitue le rapport sur les résultats de la troisième campagne de fouilles de la Mission archéologique franco-saoudienne de Madâ'in Sâlih, l'ancienne Hégra des Nabatéens, dans le nord-ouest de l'Arabie Saoudite (MAEE, SCTA, CNRS, Univ. Paris 1, IFPO). Outre les résultats obtenus dans les différents chantiers (dans la zone résidentielle et dans un triclinium au sud du Jabal Ithlib), le lecteur trouvera des synthèses préliminaires sur les macro-restes végétaux (Ch. Bouchaud), la céramique (C. Durand et Y. Gerber), la détection géophysique (Chr. Benech), les monnaies (Chr. Augé) et la faune (J. Studer)

The Burgundian vineyard hillslopes (Côte-d’Or, France) exhibit a high diversity of soils resulting from the combination of several natural and anthropogenic factors acting at various spatio-temporal scales. The soil types have major role in viticulture, since they partly determine wine-growing quality. However, soil undergoes important degradation caused by hydric erosion and vineyard management practices. To control this soil heritage for a sustained viticulture in Côte-d’Or, a better knowledge of soil is necessary. The objectives of this work is to characterise vineyard soils and to identify the factors governing their diversity using an interdisciplinary approach crossing geology, geomorphology, pedology and history of soil land use and vineyard management practices. Data have been acquired at a high spatial resolution from different imagery methods i.e. remote sensing, subsurface geophysics, and digital terrain model. At the hillslope scale, high resolution soil maps permit to predict soil agronomical comportment and discuss the spatial soil organisation of vineyard hillslope soils. At the plot scale, these maps highlight the human impact on soil diversity through its role on landscape structure and erosion intensity. Our work shows that the soil diversity of the vineyard hillslopes depends on the spatial scale used to analyse this diversity. At the hillslope scale, soil is gradually evolving along the slope, and is controlled by the geological substrate and topographical variations, and responds to topolithosequence model. At the plot scale, variations of soil thickness and organic status are taken into account and permit to predict soil agronomic behaviour. This soil diversity is partly related to human impact, due by both historical and present vineyard management practices. It appears that human activities have a past and present influence on the terroir construction in Côte-d’Or, through its action on soil diversity., Les versants viticoles en Côte-d’Or (Bourgogne, France) présentent une forte diversité de sols résultant d’interactions entre des facteurs naturels et des facteurs anthropiques opérant à diverses échelles spatio-temporelles. Le sol représente un enjeu majeur en viticulture, car il détermine en partie la qualité de la production viticole. Or, il est soumis à d’importantes dégradations causées par l’érosion. Pour mieux gérer ce patrimoine sol et pérenniser la viticulture côte d’orienne, une meilleure connaissance de celui-ci est nécessaire. Ce travail a pour objectifs de caractériser les sols viticoles et d’identifier les facteurs qui contribuent à leur diversité par une approche interdisciplinaire croisant la géologie, la géomorphologie, la pédologie, l’histoire de l’occupation du sol et des pratiques. Les données ont été acquises à très haute résolution spatiale à partir de diverses méthodes d’imagerie i.e. télédétection par imagerie, géophysique de subsurface et modèle numérique de terrain. À l’échelle du versant, les cartes pédologiques produites à grande échelle permettent de discuter du modèle d’organisation des sols. À l’échelle de la parcelle, ces cartes mettent en évidence l’impact de l’homme sur la diversité des sols, par son rôle sur la structure du parcellaire et l’intensité de l’érosion notamment. La diversité des sols viticoles dépend de l’échelle spatiale à laquelle ils sont observés. À l’échelle du versant, les sols évoluent en fonction des variations du substrat géologique et de la topographie, suivant le modèle de topolithoséquence. À l’échelle de la parcelle, les variations du sol, telles que son épaisseur et son statut organique, peuvent être appréhendées, permettant d’en prédire le comportement agronomique. L’influence de l’homme se marque à la fois sur la structure du parcellaire et par les pratiques culturales anciennes et actuelles. Il participe ainsi à la construction des terroirs, à travers son action sur la diversité des sols.

This article, presented in two parts, deals with the excavations and the pluridisciplinary studies conducted at Tell Al-Rawda (Central-Western Syria, Early Bronze IV) and in its surroundings between 2007 and 2010. The excavation of the main sanctuary of the city (a temple in antis, a smaller temple and the partially constructed sacred precinct) has been completed for the last level of occupation (about 2200 BC). A new program has been developed in 2009-2010 especially based on in-depth exploration of the archaeological levels. It shows that the radio-concentric plan of the city goes back to the beginning of the urban foundation, about 2500 BC. Outside of the fortification system, to the east, a small quarter of byzantine houses has been discovered. The studied region around Tell Al-Rawda has been enlarged and includes the “Very Long Wall” which is 220 km long and situated 10 km to the East of the city of Al-Rawda. New methods of investigation have been tried, including some particularly promising as new techniques of magnetic surveys, with measurements of higher resolution than we had previously used, and geoarchaeological analyzes which have confirmed the pastoral use of most of the stone circles and, at least approximately, their age. A defense system based on a network of EB IV towers has been identified as well as new EB IVB habitation sites. Tell Al-Rawda which is certainly connected to the “Very Long Wall” appears to be a “central place” in the region. Furthermore a new EB IVB roughly circular city surrounded by a double rempart, Khirbet el Qasr, 36,7 km NW of Al-Rawda, has been discovered. So the arid steppe of Syria was widely occupied in Early Bronze IV by a network of villages inhabited by semi-nomads and by sedentary populations, but also by a network of cities that were inhabited year-round. Some of these cities at least, like Tell Al-Rawda, Tell Sha’irat and probably Khirbet el Qasr are fortified, circular and organised around a radioconcentric streets network. They reveal the existence of a true “urban model” attested in Central-Western Syria as soon as 2500 B.C., Cet article, présenté en deux parties, présente les fouilles et les études pluridisciplinaires menées à Tell Al-Rawda (Centre-ouest de la Syrie, Bronze ancien IV) et dans ses environs entre 2007 et 2010.

Geophysics provides an overview of the basement in the form of maps and sections and gives valuable informations on the geology and the basement organization. Geoscope, partner of the project, is an engineering office specialized in soil diagnosis and buried objects searching and wants to develop environmental geophysics. The aim is to locate, limit and characterize hydrocarbon contaminated areas.The study focuses on the hydrocarbon contamination impact on the geoelectrical response, and more precisely on the spectral induced polarization response. Polarization mechanisms, which can be modified by hydrocarbons presence, occur on typical frequency ranges. Spectral induced polarization, which measures the response of a medium in the frequency domain, gives more precises informations than others methods which work in temporal domain.The effects of hydrocarbon presence are studied at different scales: (i) at the laboratory scale on synthetic media to understand response mechanisms (ii) across two contaminated sites to compare models developed in laboratory to real data, to evaluate the limits of the methods and to adapt protocols., La géophysique procure une vision d'ensemble du sous-sol sous forme de cartes et de coupes et apporte des informations précieuses sur la géologie et l'organisation du sous-sol. Bureau d'étude spécialise dans les diagnostics de sols et la recherche d'objets enterrés, Geoscope, partenaire de la thèse CIFRE, désire développer sa thématique géophysique appliquée aux sites et sols pollués. L'objectif est de localiser, de limiter et caractériser les zones polluées aux hydrocarbures. L’étude porte sur l’impact des pollutions hydrocarbonées sur la réponse géoélectrique, et plus spécifiquement sur la réponse en polarisation provoquée spectrale. Les mécanismes de polarisation, qui peuvent être modifiés par la présence d’hydrocarbures, interviennent sur des gammes de fréquences caractéristiques. La polarisation provoquée spectrale, qui mesure la réponse d’un milieu dans le domaine fréquentiel, apporte des informations plus précises que les autres méthodes géoélectriques qui fonctionnent dans le domaine temporel. Les effets de la présence d’hydrocarbures sont étudiés à différentes échelles : (i) à l’échelle du laboratoire, sur des milieux synthétiques afin d’appréhender les mécanismes de réponse (ii) à l’échelle de deux sites pollués afin de confronter les modèles développés en, laboratoire aux données réelles, d’apprécier les limites des méthodes et d’adapter les protocoles utilisés.

International audience

This article, presented in two parts, deals with the excavations and the pluridisciplinary studies conducted at Tell Al-Rawda (Central-Western Syria, Early Bronze IV) and in its surroundings between 2007 and 2010. The excavation of the main sanctuary of the city (a temple in antis, a smaller temple and the partially constructed sacred precinct) has been completed for the last level of occupation (about 2200 BC). A new program has been developed in 2009-2010 especially based on in-depth exploration of the archaeological levels. It shows that the radio-concentric plan of the city goes back to the beginning of the urban foundation, about 2500 BC. Outside of the fortification system, to the east, a small quarter of byzantine houses has been discovered. The studied region around Tell Al-Rawda has been enlarged and includes the “Very Long Wall” which is 220 km long and situated 10 km to the East of the city of Al-Rawda. New methods of investigation have been tried, including some particularly promising as new techniques of magnetic surveys, with measurements of higher resolution than we had previously used, and geoarchaeological analyzes which have confirmed the pastoral use of most of the stone circles and, at least approximately, their age. A defense system based on a network of EB IV towers has been identified as well as new EB IVB habitation sites. Tell Al-Rawda which is certainly connected to the “Very Long Wall” appears to be a “central place” in the region. Furthermore a new EB IVB roughly circular city surrounded by a double rempart, Khirbet el Qasr, 36,7 km NW of Al-Rawda, has been discovered.So the arid steppe of Syria was widely occupied in Early Bronze IV by a network of villages inhabited by semi-nomads and by sedentary populations, but also by a network of cities that were inhabited year-round. Some of these cities at least, like Tell Al-Rawda, Tell Sha’irat and probably Khirbet el Qasr are fortified, circular and organised around a radioconcentric streets network. They reveal the existence of a true “urban model” attested in Central-Western Syria as soon as 2500 B.C., Cet article, présenté en deux parties, présente les fouilles et les études pluridisciplinaires menées à Tell Al-Rawda (Centre-ouest de la Syrie, Bronze ancien IV) et dans ses environs entre 2007 et 2010.

The Kettara site (Morocco) is an abandoned pyrrhotite ore mine in a semi-arid environment. The site contains more than 3 million tons of mine waste that were deposited on the surface without concern for environmental consequences. Tailings were stockpiled in a pond, in a dyke, and in piles over an area of approximately 16 ha and have generated acid mine drainage (AMD) for more than 29 years. Investigation results show that the hydrochemistry of water samples is characterized by the relatively significant enrichment in Ca2+, Mg2+ and SO 42-. Seasonal variations in major ion concentrations were partly attributed to dissolution/precipitation processes. The rehabilitation scenario being investigated at the Kettara mine involves using fine alkaline phosphate waste (APW) as both an amendment and a ‘store and release’ (SR) covert. To facilitate the success of this rehabilitation project, it was important to determine the nature of the geological substrate of the tailings pond and the internal structure of the mine wastes, and to estimate the volume of tailings by determining the thickness of the tailings layer in the tailings pond. The surveys geophysics realized made it possible to image the internal structure of the park with mining rejections and to estimate their volume (462 400 m3). The results obtained show the presence of fractured zones that constitute privileged drains for the transfer of the DMA to groundwater. The simulations results of the transport of the AMD in the event of rehabilitation of the site, showed that pollution decreases in a significant and long-term way., Les rejets sulfurés de la mine abandonnée de Kettara, située à 30 km au Nord-Nord-Ouest de Marrakech (Maroc), sont directement entreposés sur un substratum schisto-gréseux fracturé. D’une superficie d’environ 16 ha, ils constituent une réelle source de pollution pour l’écosystème local en particulier à cause du Drainage Minier Acide (DMA) vers les eaux de surface et de la nappe phréatique. Les analyses physico-chimiques des eaux souterraines montrent qu’elles sont enrichies par les sulfates, le calcium et le magnésium. Le processus d’évaporation-dissolution est responsable sur les variations des concentrations en éléments majeurs au niveau des eaux souterraines. Le projet de réhabilitation du site minier de Kettara prévoit dans l’un de ses axes de minimiser l’effet DMA par neutralisation à l’aide de dépôts stériles riches en carbonates issus de l’extraction des phosphates de la mine de Youssoufia voisine. Ces derniers seront utilisés à la fois comme amendement des rejets miniers acides et comme couverture évapo-transpirante (barrière capillaire). Les levés géophysiques réalisés ont permis d’imager la structure interne du parc à rejets miniers et d’estimer leur volume (462 400 m3). Les résultats obtenus ont mis en évidence la présence, par endroits, de couloirs fracturés qui constituent des drains privilégiées pour le transfert du DMA vers les eaux souterraines. Le modèle hydrodynamique et de transport de DMA a été élaboré en se basant sur une approche inverse et sur la démarche du modèle équivalent continu (EC). Les résultats des simulations du transport du DMA en cas de réhabilitation du site, ont montré que la pollution diminue d’une façon significative et à long terme.

National audience; Sur la côte Ouest de la Vendée, une prospection sismique a été réalisée le long du littoral entre St Gilles Croix de vie et Notre Dame de Monts. Cinquante-huit profils très haute résolution ont été ainsi acquis à l’aide du Boomer Seistec IKB de l’Université de Caen. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer et de cartographier le stock sédimentaire disponible en domaine marin. Le second objectif est d’essayer de comprendre la nature et la provenance de ces sédiments afin de savoir si cette couverture sédimentaire est susceptible de recharger les plages de cette portion du littoral vendéen. Des hauteurs extrêmes supérieures à 9 m de houles venant de l'Ouest sont régulièrement enregistrées au large de l’Ile d’Yeu, confirmant l'existence d'un environnement particulièrement dynamique. La configuration morphologique particulière de cette Ile, prolongée par le pont d'Yeu, structure synclinale reliant l'Ile au continent, agit alors comme un obstacle à la propagation de cette houle d’Ouest, permettant de préserver les dépôts de sédiments potentiels.

A geophysical survey was carried out on the eastern flank of Piton de la Fournaise volcano in the Grand Brule area using combined audiomagnetotelluric (AMT) and time domain electromagnetic (TDEM) techniques. The aims of the present study were firstly to define the shallow geoelectrical structure, and subsequently to locate large bodies of ground water with anomalous electrical properties. Most of the AMT sites are isotropic across the entire observational bandwidth (7500-10 Hz), except for a few sites where static-shift effects are present. Joint one-dimensional interpretation of the TDEM and AMT data indicates basically three-layered structures with the following resistivity zones, progressing from the surface downward: (1) a resistive unsaturated surface layer of subaerial basaltic flows with a 2000 to 10,000 ohin-m resistivity, its base being approximately at mean sea level, (2) an intermediate-resistivity layer (100-250 ohm-m) 50–300 m thick, interpreted as being fresh-water-saturated basaltic formations, and (3) a low-resistivity layer of less than 15 ohm-m probably due to more saline water at depth and/or higher clay content in crushed materials. In the center of the study area, the results have also shown the presence of a prominent boundary dividing the area into a southern zone where the aquifer sequence is thin (60-100 m) and a northern zone corresponding to a relatively thick aquifer (>150 m). Geoelectrical models are compared with the available geological information given by two geothermiic exploration drillings. The coastal drill hole gives a crucial information, i.e. the thick intermediate-resistivity layer in the northern part of Grand Brule can be related to water-saturated alluvium deposits down to 200 m below sea level. AMT and TDEM soundings have revealed a major paleoalluvial drainage system buried under recent lava flows. A delimitation of sectors with different hydrogeological characteristics can be proposed.

Surface geophysics has been used for a number of years to solve a variety of major groundwater exploration problems in coastal and island regions. The electrical properties of near‐surface rocks are highly dependent on porosity, degree of saturation, and pore fluid resistivity (Keller and Frischknecht, 1966). Because the resistivity of the formations decreases with increasing salinity of the water content, electrical methods, such as vertical electrical soundings, time‐domain electromagnetic soundings, and audiomagnetotellurics (AMT), are well‐suited for mapping changes in groundwater salinity and, in particular, for detecting a fresh water‐salt water interface.

Crystalline basement regions, although largely represented at continental scale, are characterized by a low groundwater resources availability. Groundwater in crystalline areas appear to be mostly limited to weathered and fractured reservoirs at sub-surface depths. But these resources are often disregarded in favor of surface water because of low yields and their vulnerability to anthropogenic contaminants. Recent specific studies have revealed the presence of significant groundwater resources beyond the superficial reservoirs traditionally exploited. However, only few specific information is available concerning these type of resources, especially concerning their structural aquifer morphology and their hydrogeological properties. This study demonstrates the presence of substantial groundwater resources in the Armorican Massif crystalline basement. These resources are associated to fault systems providing drainage capacity of connected reservoir storage. Water supply of the main permeable fault domain during pumping is ensured by sub-surface and burdened reservoir storage. The drainage capacity is dependent on the geometry of the main permeable fault. Sub-horizontal faults are the most efficient structures to warrant this function. Storage in burdened formations of the fault system appears to ensure high groundwater yield. This study establishes hydrodynamic and geochemical conceptualization of a fault system, and provides thinking points in term of management and protection to ensure groundwater resources availability.; Les régions de socle cristallin, pourtant largement représentées à l'échelle mondiale, sont réputées pour leurs modestes ressources en eaux souterraines. La valorisation des eaux souterraines dans les régions de socle est majoritairement limitée aux formations altérées et fissurées de sub-surface. Cependant, ces ressources sont souvent négligées au profit des eaux de surface en raison de leurs faibles débits d'exploitation et de leurs vulnérabilités aux polluants anthropiques. De récentes études de prospection et de recherche ont révélé la présence de ressources souterraines importantes, au delà des horizons superficiels classiquement exploités. Cependant peu d'informations spécifiques à ces ressources profondes sont disponibles, notamment concernant la structure des systèmes aquifères et leurs particularités hydrogéologiques. Par cette étude nous mettons clairement en évidence la présence de ressources en eau conséquentes dans le socle cristallin profond du Massif Armoricain. Ces ressources sont associées à des systèmes de failles assurant des capacités de drainage des réservoirs de stockage connectés. Les réservoirs de stockage superficiels et bordiers assurent l'alimentation en eau du réseau de fracture principal. Cette capacité de drainage est dépendante de la géométrie du plan de faille perméable. Les failles sub-horizontales sont les structures les plus efficaces dans cette fonction. Le stockage dans les formations bordières au système de faille apparaît déterminant pour assurer un débit d'exploitation conséquent. Cette étude permet d'établir une conceptualisation générale de ces systèmes de faille, tant d'un point de vue hydrodynamique que géochimique, et apporte des pistes de réflexions pour la gestion et la protection de telles ressources en eau.

4 p.; National audience; L'Unité Territoriale Après-Mine (UTAM) Est, pour le compte de la DREAL de la région Lorraine, a mandaté le BRGM pour établir une stratégie d'investigation géophysique afin d'améliorer la connaissance du corps de la digue de Rosbrück et de son proche sous-sol. Les méthodologies géophysiques électrique, sismique et géoradar sur deux gammes de profondeur d'investigation aux abords et en crête de la digue visaient la caractérisation des formations géologiques, la structure du sous-sol, la détection de réseaux et d'hétérogénéités dans le corps de digue ainsi que la recherche d'indice de présence de crevasses minières. Les profils géophysiques réalisés fournissent une image continue de la succession des terrains et de leur structure dans la proche surface (0-20 m) et en profondeur (0-200m). L'examen des profils géophysiques mettent en évidence une hétérogénéité du corps de digue entre ses parties centrales et extrêmes, et de bonnes propriétés mécaniques. Plusieurs anomalies ponctuelles pouvant correspondre à des réseaux divers ont également été détectées dans le corps de digue. En profondeur, un réseau de failles isole un compartiment effondré au NO de la digue. Les méthodes géophysiques mises en œuvre permettent de caractériser la succession lithologique et de mettre en évidence les zones de dépôt d'alluvions de la Rosselle et les zones d'affleurements des grès du Trias supérieur.

La méthode de levé géophysique à impulsion électromagnétique dans le domaine du temps (TDEM - Time-domain Electromagnetics) est couramment utilisée afin de détecter et caractériser la résistivité des couches du sol en fonction de la profondeur. Deux types de systèmes sont fréquemment utilisés dans le cadre de prospection et exploration minérale, soit les systèmes de surface et les systèmes aéroportés, ayant des caractéristiques et objectifs différents. Afin de caractériser les couches peu profondes et d’obtenir une résolution spatiale supérieure, il est préférable d’utiliser des systèmes de surface. Dans le cadre de cette thèse, un système émetteur – récepteur à géométrie fixe porté par deux opérateurs est développé et utilisé afin de déterminer les caractéristiques électriques de cibles naturelles et de cibles culturelles (dues à l’activité humaine). Ce système propose l’avantage d’avoir une résolution spatiale très élevée puisqu’il est opéré près du sol, cependant les vibrations et changements d'orientation causés par son déplacement créent des faibles déformations au niveau de la géométrie émetteur – récepteur qui influencent la qualité des données acquises. Il est possible de remédier à ce problème en modifiant la structure du système ou en caractérisant les vibrations à l’aide de capteurs supplémentaires installés sur la plateforme. Une méthode de traitement du signal numérique comportant un filtre adaptatif est décrite dans cette thèse et est utilisée afin de corriger les signaux lors de prises de mesures sur le terrain. Les recherches ont démontré qu’il est possible d’améliorer la qualité des données de levés avec la méthode de traitement numérique présentée. The time-domain electromagnetics (TDEM) geophysical survey method is frequently used in order to characterize the resistivity of the layers of the ground as a function of depth. In the case of mineral exploration and prospection, TDEM systems are most often operated either on the surface or airborne. Both methods have different characteristics and objectives. In order to characterize the subsurface layers and to have a high spatial resolution, it is better to use systems operated on the surface. In this thesis, a fixed geometry emitter – receiver system carried by two operators is developed and used in order to determine the electrical characteristics of natural targets and cultural targets (caused by human activity). This system has a very high spatial resolution since it is operated close to the ground, however, vibrations and changes in its orientation that are due to its operation create subtle deformations in the emitter – receiver geometry, which in turn influence the quality of the data acquired during the survey. It is possible to address this problem by modifying the structure of the supporting platform, or by characterizing the vibrations using different measuring instruments installed on the platform. A digital signal processing method using an adaptive filter is described in this thesis and is used in order to correct the signal acquired on a survey. The research has showed that it is possible to improve the survey data quality using the digital signal processing method presented.

Earthquakes, tsunamis, volcanic eruptions: the extent of certain recent natural disasters and their dramatic consequences have reminded us of the power of terrestrial phenomena and of the need for scientific research to understand the Earth’s dynamics more fully. Over the last twenty years the study of the Earth’s interior has witnessed a real revolution, owing in particular to the development of increasingly sophisticated seismic tomography techniques and the powerful computations made possible by progress in numerical methods and computer technology. Barbara Romanowicz presents us with the current progress and challenges of global seismology.

Dear Colleague, Dear Barbara Romanowicz, Earthquakes, tsunamis and volcanic eruptions remind us of the power and speed of terrestrial phenomena, with dramatic consequences for human societies. The difficulty of forecasting illustrates the absolute need for scientific research to gather information about geophysical phenomena, and to anticipate and understand them. These earthquakes are the consequence of movements of the rigid and superficial part of the Earth, the crust. Yet while the revolu...

The processes of strain localisation are key to the deformation behaviour of rocks and soils, because, for example, localised deformation is often precursor to material failure. Therefore the understanding of the processes leading to localised deformation, and thus to failure, in geomaterials is critical to the success of many geotechnical engineering projects. This work is focused on the analysis of localised deformation in hard soils, soft rocks and, more generally, cemented granular materials. For such materials localized deformation, in the form of localized strain, i.e., shear and compaction bands, is often associated with damage, i.e., inter and intra-granular fractures and cracks, de–bonding and breakage of particles (grain crushing). Furthermore, macrofractures are commonly surrounded by meso and micro cracks and a process zone of microfracturing precedes their propagation. To study localised phenomena such as strain and damage localisation, some kind of non-destructive, full–field measurement has to be used. Well-known techniques in geomechanics include X-ray tomography, to study material structure, and Digital Image Correlation (DIC) of 2D or 3D (volume) images, to study material kinematics and strain fields. DIC has proven to be a very powerful tool in the study of heterogeneous phenomena, but provides only data on kinematics and strain and not on associated property changes (e.g., elastic properties). In this thesis another tool, ultrasonic tomography, is suggested as a full-field measurement of the elastic property variations in test specimens through mapping of ultrasonic wave propagation velocities. Ultrasonic tomography, as complementary technique to DIC and other full-filed measures, can thus provide new insight into the deformation processes. In rock and soil mechanics, acoustic and ultrasonic methods have long been used to measure the elastic properties of test materials, including during mechanical testing. However, such measures have generally been limited to only a few measurement paths (usually just one) for a whole sample, thus restricting the study of heterogeneity. Ultrasonic tomography can overcome this limitation to provide a full-field measure. The main contributions of this work are the development of ultrasonic tomography analysis for laboratory geomechanics (both in terms of the experimental method and subsequent data analysis) and its application to analyse material deformation and, in particular, material evolution during loading (time-lapse ultrasonic tomography). The developed ultrasonic tomography approach has been applied to investigate geomaterial behaviour in laboratory tests. In this context, experimental campaigns have been carried out on different materials, where the ultrasonic tomography has been complemented by comparisons with displacement and strain fields from 2D and 3D DIC plus structural analysis by X-ray tomography. A comparison between DIC and ultrasonic tomography results reveals that the latter shows important changes inside the sample in a stage of loading where the DIC may not. As ultrasonic tomography is sensitive to damage, it can be concluded that the degree of deformation needed to cause detectable damage is below the resolution of the DIC. Moreover, the ultrasonic tomography seems to be able to detect the damaged zone surrounding fracture tips and thus can indicate where the fractures will propagate. However, when deformation becomes too high or fractures propagate, ultrasonic signals cannot be acquired, so ultrasonic tomography is not possible; in such situations DIC can still provide important information on the deformation mechanisms. The different full-field techniques employed in this work have thus been found to provide different and complementary information. Furthermore, it is shown that better understanding of the mechanical behaviour of geomaterials can be gained through the combination of more than one technique., Les processus de localisation de la déformation sont la clé du comportement mécanique des roches et des sols car ils sont, par exemple, souvent précurseurs de la rupture des matériaux. Par conséquent, la compréhension des processus qui conduisent à la localisation de la déformation, et donc à la rupture, dans les géomatériaux est essentielle pour la réussite d'un grand nombre de projets d'ingénierie géotechnique. Ce travail est centré sur l’étude des sols durs, roches tendres et matériaux granulaires cimentés. Dans ce cas, la localisation de la déformation est souvent associée à des phénomènes de fracturation à différentes échelles. Les macrofractures sont généralement entourées de méso et micro fractures et leur propagation est précédée d’une zone de processus; la microfissuration, qui caractérise cette zone, peut être identifiée comme endommagement car cela affecte les propriétés mécaniques du matériau. Les bandes de cisaillement ou de compaction sont souvent associées à des microfissures et elles peuvent également être considérées comme de la localisation d’endommagement. Dans le cadre de la mécanique des roches, l’endommagement peut être causé par des phénomènes de détachement (rupture du ciment) et écrasement des grains. Pour étudier les phénomènes de localisation de la déformation et de l'endommagement, une sorte de mesure de champ non destructive doit être mis en place. Des techniques bien connues dans la géomécanique comprennent la tomographie par rayons X pour étudier la structure des matériels, et la corrélation d'image numérique (DIC) des images 2D ou 3D (volumes), pour étudier le champ de déformation. La DIC est un outil très puissant pour l’étude des phénomènes hétérogènes mais fournit uniquement des données sur la cinématique. Dans cette thèse, nous suggérons l’utilisation d’un autre outil, la tomographie ultrasonore, qui permet la mesure du champ de la vitesse ultrasonique dans un échantillon, ainsi que ses propriétés élastiques, en exploitant la théorie de la propagation des ondes. La tomographie ultrasonore, utilisée comme technique complémentaire de la DIC et d'autres mesures de champ, peut donc fournir de nouvelles informations pour comprendre les processus de déformation. Dans la mécanique des sols et des roches des méthodes acoustiques et ultrasoniques ont été largement utilisées pour mesurer les propriétés élastiques, y compris pendant les essais mécaniques. Cependant, ces mesures ont été limitées à un petit nombre limitant ainsi l'étude des hétérogénéités. La tomographie ultrasonore peut surmonter cette limitation en fournissant une carte des propriétés élastiques. La principale contribution de ce travail est le développement de la tomographie ultrasonore comme technique de mesure de champ pour tester les géomatériaux et son application dans une vaste campagne expérimentale. Des tests ont été effectués sur différents matériaux et dans différentes conditions, y compris pendant le chargement et la tomographie ultrasonore a été comparée avec les résultats obtenus par DIC ainsi que par tomographie à rayons X. Une comparaison entre DIC et tomographie ultrasonore indique que la vitesse de propagation subit des modifications importantes à un niveau de chargement pour lequel la DIC ne présente aucune déformation notable. Puisque la tomographie ultrasonore est sensible aux variations des propriétés élastiques, à savoir l’endommagement, il peut être conclu que le niveau de déformation nécessaire pour causer de l’endommagement dans ce matériau est inférieur à la résolution de la DIC. De plus, la tomographie ultrasonore semble être capable de détecter la zone de processus qui précède la fracture, et donc d’indiquer sa direction de propagation. Les différentes techniques utilisées dans ce travail fournissent des informations différentes et complémentaires. Grâce à leur combinaison, une meilleure compréhension du comportement mécanique des géomatériaux peut être acquise.

Geophysics, i.e. the physics of geological processes and objects, is a fantastic source of complex problems, as categorized by "complex matter physics" For example, some essential problems deal with fault mechanics, avalanches, led with fluids or not, dynamic stages of sedimentation and instabilities during these, fracture processes, either dry or triggered by fluids flowing through pores of rocks and soils, liquefaction during earthquakes, flow of one or several fluids, miscible or not, in porous rocks of irregular geometries, morphogenesis during the evolution of sedimentary rocks with an evolution of the chemical composition and mechanical equilibrium between the rock components, dynamic evolution of colloids with variable interactions, heat exchange in channeling flows, temperature evolution and its effect on the mechanics of the evolving system... . These systems present interactions rooted in classical physics and mechanics, but also present a disorder in their components, and nonlinearities in the fundamental couplings, that can generate a complex behavior at large scale. Notably, they can function over large range of space and time, where quick stages of evolution alternate with extremely slow ones, and where diffuse deformations alternate with extremely localized ones. The polyphasic and polydisperse character of these systems can generate such a complexity, without necessarily reflecting a multiplicity of scales present in the heterogeneity of the system composition: in critical systems, or near so called secondary phase transitions, many dynamical systems are known to let emerge large scale organizations arising from disorder only present at small scales. In this manuscript, we deal with analytical, numerical and experimental approaches related to the mechanics of such natural systems: mono- or multi-phase flow in porous or fractured media, deformable or not, fractures, avalanches, mechanical regime of active faults, slow deformation of rocks with coupling between chemistry and mechanics., La géophysique, au sens de la physique d'objets et processus géologiques, est une formidable source de problèmes complexes, au sens de la physique de la matière complexe. Par exemple, des problèmes essentiels ont trait à la mécanique des failles, les avalanches, chargées de fluides ou non, de matière en grain ou plus pâteuse, les phases dynamiques de la sédimentation et les instabilités pendant celle-ci, la fracturation, sèche ou déclenchée par le transport des fluides parcourant les pores de la roche ou du sol, la liquéfaction durant les tremblements de terre, les écoulements d'une ou plusieurs phases fluides non miscibles dans des roches poreuses de géométrie irrégulière, la morphogénèse durant l'évolution des roches sédimentaires où évoluent composition chimique et équilibre mécanique entre les composants des roches, l'évolution dynamique de colloïdes aux interactions variables, les échanges de chaleur dans des écoulements chenalisés, l'évolution de la température et son effet sur la mécanique du système en évolution... . Ces systèmes présentent des interactions qui relèvent de la physique et la mécanique classique, mais avec la présence d'un désordre dans la structure, ou des non-linéarités dans les interactions fondamentales, qui peuvent générer à grande échelle un comportement complexe : notamment, ils peuvent fonctionner sur des échelles de temps et d'espace très étendus, avec coexistence de phases rapides et de phases extrêmement lente, ou avec des déformations diffuses alternant avec des fonctionnements où la déformation est très localisée. L'aspect polyphasique ou polydisperse de ces systèmes peut générer une telle complexité, sans que celle-ci reflète nécessairement la multiplicité des échelles déjà présentes dans la composition du système : dans des systèmes au fonctionnement critique, ou au voisinage de transitions de phases dites du second ordre, de nombreux systèmes dynamiques sont connus pour faire émerger, à partir de désordre présent à petite échelle et d'interaction simples, des organisations à grande échelle du processus en jeu. On aborde dans ce mémoire des modèles analytiques, numériques et des expériences ayant trait à la mécanique de tels systèmes naturels : écoulements mono- ou multiphasiques en milieux poreux ou fracturés, déformables ou non, fractures, avalanches, fonctionnement mécanique des failles, déformation lente des roches avec couplage entre chimie et mécanique.

The velocity structure in the crest beneath the central Andes of northern Bolivia is obtained by the simultaneous inversion of local earthquake arrival-time data for velocity and hypocentral parameters. The data were recorded between October 1990 and February 1991 by the French "Lithoscope" network; the 34 vertical, short-period seismic stations were installed along a 320-km-long profile crossing two main morphological units of the Andean chain; the Altiplano and the Eastern Cordillera. The arrival times of seismic waves generated by earthquakes located in the subduction zone of the Nazca plate underneath the South American plate were inverted using a modified version of Thurber's 3-D iterative simultaneous inversion code. The results are consistent with the inversion of teleseismic travel-time residuals from the same network and closely correlate with the mapped surface geological features. The Altiplano Basin is characterized by a low-velocity zone down to 20 km, enclosed by the San Andres and Laurani faults. At the surface, the Cordillera Real fault zone (CRFZ) bounds to the west the high P-wave velocity anomaly lying under the axial zone of the Eastern Cordillera. The velocity discontinuity dips steeply to the southwest, to the bottom of the crust. From the velocity model, the depth of the Moho is estimated to be 66 km under the Altiplano. Moreover, the different behaviour of P- and S-waves found below the Western Cordillera and above the slab is consistent with the presence of partially melted asthenosphere that may be responsible for the magmatic activity. Finally, the seismicity defines, between 90 and 225 kin, a part of the slab dipping to the north-northeast with a low angle of about 30 ° .

Resistivity investigations were carried out on an elementary watershed in SW Cameroon, firstly to assess the applicability of direct-current (DC) resistivity methods to solve various pedological problems in intertropical regions, and subsequently to determine the relationships between electrical resistivities and pedological properties of lateritic soil systems. The survey included measurements in pits with a small Wenner fixed-spacing array (SWA), vertical electrical soundings (VES) and vertical electrical “quick soundings” (VEQS) both using the Schlumberger configuration. The VES data were interpreted using a conventional multilayer inversion program to obtain best-fit models. Constraints to the interpretation of these data were provided by SWA and pedological information from existing observation pits. The results of the interpretation reveal five distinct geoelectrical layers overlying a resistive bedrock. The first is a thin organo-mineral upper layer with low resistivities in the range 250–450 Ωm. The second layer corresponds to micro-aggregated clayey materials and is more resistive (1300–1800 Ωm). The third represents the main part of ferruginous materials and is even more resistive (2000–4500 Ωm). The fourth corresponds to unsaturated saprolite and the last to saturated saprolite (ground water) with resistivities ranging from 800 to 1500 Ωm and from 150 to 250 Ωm, respectively. Estimates of soil volumes for the entire study area were obtained from VEQS interpretations. Most of the soil cover corresponds to saprolite (74%, 1 4 being saturated by ground water), while topsoil and ferruginous materials represent 14 and 12%, respectively. Finally, geophysical results based upon 1-D inversion provide a satisfactory approximation of the various lateritic components' 3-D geometry over the watershed. The study provides original quantitative results concerning the behaviour of intertropical soil systems as well as some geomorphological keys for soil mapping at a regional scale.

Chère Collègue, Chère Barbara Romanowicz, Les tremblements de Terre, les tsunamis et les éruptions volcaniques nous rappellent la puissance et la vitesse des phénomènes terrestres, avec des conséquences dramatiques sur les sociétés humaines. La difficulté des prévisions illustre aussi l’absolue nécessité de la recherche scientifique pour documenter, anticiper et comprendre les phénomènes géophysiques. Ces séismes sont la conséquence des mouvements de la partie rigide et superficielle de la Te...

Monsieur l’Administrateur, Mesdames et Messieurs les Professeurs, Chers collègues et chers amis, C’est un grand honneur de pouvoir vous présenter aujourd’hui quelques éléments de la discipline qui me passionne. Je remercie l’assemblée des professeurs du Collège de France de m’avoir accordé leur confiance, et je vous remercie tous d’être venus m’écouter. Je tiens tout particulièrement à remercier Édouard Bard, qui vous a présenté le projet de chaire de Physique de l’intérieur de la Terre, ai...

International audience; An electrochemical method for phosphate determination in seawater was based on the oxidation of molybdenum in order to form molybdates and protons and subsequently, to create the phosphomolybdic complex electrochemically detectable by means of amperometry at a rotating gold disk electrode [J. Jonca et al., Talanta 87 (2011) 161]. To avoid silicate interferences, the method required an appropriate ratio of protons over molybdates equal to 70. Since the ratio of protons over molybdates created during molybdenum oxidation is only 8, the previous method still needed addition of sulfuric acid and thus was not free from addition of liquid reagents. In the present work, this aspect is solved by modification of the electrochemical cell construction. The method is now totally free from addition of any liquid reagents and gives a possibility to determine phosphate by amperometry in the concentrations range found in the open ocean with a detection limit of 0.11 µM. Having in mind the energy savings for future in situ sensor development, amperometry at rotating gold disk electrode was replaced by differential pulse voltammetry at static one. Phosphate can then be determined with a detection limit of 0.19 µM. Both methods are characterized by good reproducibility with an average measurements precision of 5.7% (amperometry) and 3.8% (differential pulse voltammetry). Results also show a good accuracy with an average deviation from theoretical values of phosphate concentration of 3.1% for amperometry and 3.7% for differential pulse voltammetry.

The recent and dramatic floods of the last years in Europe (Windstorm Xynthia, February 2010) and United-States (Hurricane Katrina, August 2005) have shown the vulnerability of flood defence systems composed of man-made structures (as levees, walls, etc.) and natural structures (as dunes, etc.). The first key point for avoiding these dramatic damages and the high cost of a failure and its consequences lies in the knowledge of the safety level of the protection system. Identifying weak points of the system is the most important but the most difficult issue. Most of the levees are old structures, built several centuries ago, then rebuilt, modified, heightened several times, with some materials that do not necessarily match the original conception of the structure. Other factors introduce weaknesses in a levee: (i) trees, roots, burrows or nests could modify the structure of the levee and reduce its mechanical properties; (ii) particular geological formations and their evolution could also threaten the dike, as it occurred in the city of Orléans, France, where levees have collapsed in karstic areas. In urban context, the levees present many other singularities, such as embedded networks, canalisations, human constructions like houses and walls. Due to all these factors, levees have to be considered as heterogeneous structures. Considering the stretch of hundreds of kilometres and the heterogeneity of the structures, rapid, cost-effective and reliable techniques for assessing and surveying the defence system must be carried out. This report refers to the question of assessing embankment levees safety. The first part briefly presents a synthesis of the global approach related to diagnosis. The second part focuses on the contribution of geophysical methods; guidelines are issued from the conclusions of an International Workshop on Geophysics held in Paris in March 2011. This chapter contains guidelines on application to urban areas for managers to implement and integrate geophysical investigation results into the asset support system. If focuses on technical, practical and economical features such as geophysical method applicability, reliability, rapidity, limitations (particularly in urban areas) and cost-effectiveness. Approaches based on method combination and comprising overall investigation followed by detailed investigation phases are confirmed. Slingram (electromagnetic induction) profiling and Electrical Resistivity Tomography are among the most preferred methods. However, all other methods can play important and specific roles, depending on the stakeholder requirements and the asset features and setting. Temporal approaches have proved powerful tools for weak zone detection and monitoring and should be more widely used in the near future. The third part is dedicated to remote sensing and more specifically to the helicopter borne LiDAR (Light Detection and Ranging) technology, which provides extremely accurate topographic data at a highly efficient rate. In support of a real case study (“Val d’Orléans” Pilot Site), a methodology is developed for performing an helicopter borne survey and for using remote sensing LiDAR data and high-resolution aerial imagery – acquired in “dry conditions” (e.g. not in a flood context) - to contribute efficiently to a rural or urban flood defense structure diagnostic or assessment.

ISI Document Delivery No.: 129XZ Times Cited: 1 Cited Reference Count: 36 Cited References: Altamimi Z., 2007, J GEOPHYS RES, V112 Arnault S, 2011, MAR GEOD, V34, P319, DOI 10.1080/01490419.2011.584833 BAMBER JL, 1994, INT J REMOTE SENS, V15, P925 Berry PAM, 2005, GEOPHYS RES LETT, V32, DOI 10.1029/2005GL022814 Bertiger W, 2010, J GEODESY, V84, P327, DOI 10.1007/s00190-010-0371-9 BERTIGER WI, 1994, J GEOPHYS RES-OCEANS, V99, P24449, DOI 10.1029/94JC01171 BIRKETT C, 1995, INT GEOSCI REMOTE SE, P1979 Birkett CM, 2002, J GEOPHYS RES-ATMOS, V107, DOI 10.1029/2001JD000609 Birkett CM, 1998, WATER RESOUR RES, V34, P1223, DOI 10.1029/98WR00124 Birkett CM, 2010, MAR GEOD, V33, P204, DOI 10.1080/01490419.2010.488983 Birkett CM, 1995, J GEOPHYS RES-OCEANS, V100, P25179, DOI 10.1029/95JC02125 Bonnefond P, 2010, MAR GEOD, V33, P80, DOI 10.1080/01490419.2010.487790 Cheng KC, 2010, MAR GEOD, V33, P186, DOI 10.1080/01490419.2010.487802 Cretaux JF, 2011, MAR GEOD, V34, P291, DOI 10.1080/01490419.2011.585110 Cretaux JF, 2009, J GEODESY, V83, P723, DOI 10.1007/s00190-008-0289-7 Dettmering D, 2010, MAR GEOD, V33, P150, DOI 10.1080/01490419.2010.487779 Dumont J.P., 2008, OSTM JASON 2 PRODUCT Frappart F, 2006, REMOTE SENS ENVIRON, V100, P252, DOI 10.1016/j.rse.2005.10.027 Frappart F, 2005, REMOTE SENS ENVIRON, V99, P387, DOI 10.1016/j.rse.2005.08.016 Fu L., 1991, EOS T AM GEOPHYS UNI, V72 Haines BJ, 2010, MAR GEOD, V33, P91, DOI 10.1080/01490419.2010.491028 Leon JG, 2006, J HYDROL, V328, P481, DOI 10.1016/j.hydrol/2005.12.006 Loyer S, 2012, J GEODESY, V86, P991, DOI 10.1007/s00190-012-0559-2 Marty J.C., 2009, DOCUMENTATION ALGORI, P564 Mercier F., 2007, EOS T AGU S, V89 Mercier F., 2003, JOINT EGS AGU M NIC Mertikas SP, 2010, MAR GEOD, V33, P114, DOI 10.1080/01490419.2010.488973 Mertikas SP, 2011, MAR GEOD, V34, P261, DOI 10.1080/01490419.2011.584837 MORRIS CS, 1994, J GEOPHYS RES-OCEANS, V99, P24527, DOI 10.1029/94JC01642 Pavlis NK, 2012, J GEOPHYS RES-SOL EA, V117, DOI 10.1029/2011JB008916 Ponchaut F, 1998, CR ACAD SCI II A, V326, P13, DOI 10.1016/S1251-8050(97)83198-9 Quartly G.D., 2010, MARINE GEODESY S1, V33 Roux E., 2008, HYDROL SCI J, V53 Silva J.S., 2010, REMOTE SENS ENVIRON, V114, P2160 Washburn SA, 2011, MAR GEOD, V34, P277, DOI 10.1080/01490419.2011.590114 Watson C, 2011, MAR GEOD, V34, P242, DOI 10.1080/01490419.2011.584834 Seyler, Frederique Calmant, Stephane da Silva, Joecila Santos Moreira, Daniel Medeiros Mercier, Franck Shum, C. K. SEYLER, Frederique/D-5518-2011; SILVA, Joecila/B-1478-2014 CASAM Project; IHESA Project; CPRM; IRD (Dinamica Fluvial do Sistema Amazonas-Solimoes); CNES (TOSCA project FOAM); NASA; OSU Climate, Water, and Carbon (CWC) Program CASAM and IHESA Projects supported this research. GPS field work was funded by CPRM and IRD (Dinamica Fluvial do Sistema Amazonas-Solimoes) and by CNES (TOSCA project FOAM). The authors thank the students involved in the Research Initiation Program of RHASA, Research Team at Amazonas State University, Brazil, who produced the Jason 2 time series. The Ohio State University (OSU) component of the research is partially supported by NASA, and by the OSU Climate, Water, and Carbon (CWC) Program. 1 ELSEVIER SCI LTD OXFORD ADV SPACE RES; A major interest of radar altimetry over rivers is to monitor water resources and associated risk in basins where there is little or no conventional in situ data. The objective of the present study is to calibrate altimetry data in a place where conventional data are available, and use the results to estimate the potential error committed in the estimation of water levels in an ungauged or poorly gauged basin. The virtual stations extracted with Jason-2 in this study concern a very broad sample of river channel width and complexity. Minimum channel width has been estimated at 400 m. Unlike TOPEX/Poseidon (TIP), Jason-2 seems to have the capability to distinguish the river bed from its floodplain. The quality of the results obtained with Jason-2 is incomparably better than that obtained with TIP. Despite the fact that no absolute calibration has been assessed for river in this study, the bias calculated converge around 0, 35 m, which could be then the error estimated on the water stage derived from Jason-2 ranges, when no other validation is available. ICE3 algorithm seems to be performing as well as ICE1, and further research is needed to design retracking algorithm specifically for continental water. (C) 2012 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

International audience; The El Niño-Southern Oscillation (ENSO) is driven by ocean-atmosphere interactions in the equatorial Pacific, and this variability is often attributed to coupled modes that are evidenced by the temporal stability analysis of anomaly models. Here, the further diagnostic of absolute/convective instability is considered, which assesses whether small perturbations localized in space and time (e.g. random wind disturbances) lead to instabilities that develop in-place or propagate away from the perturbed region. It is shown that boundary conditions play a secondary role for this approach and that the development of large-scale wave packets in the equatorial Pacific basin is possible, as in the case of an infinite domain. As an illustration, two simple coupled models are diagnosed that rely either on thermocline processes or zonal advective processes. The model with thermocline processes is 'absolutely unstable' and therefore develops intrinsic oscillations, while the model with zonal advective processes is 'convectively unstable' and therefore acts as a noise amplifier. The identification of the two instability regimes may characterize different ENSO formation mechanisms as a response to random wind disturbances. For the absolutely unstable regime, a standing ENSO-like oscillation can develop in the equatorial Pacific without involving boundary reflections, while for the convectively unstable regime boundary reflections are essential. Copyright © 2012 Royal Meteorological Society

The recent and dramatic floods of the last years in Europe (Windstorm Xynthia, February 2010) and United-States (Hurricane Katrina, August 2005) have shown the vulnerability of flood defence systems composed of man-made structures (as levees, walls, etc.) and natural structures (as dunes, etc.). The first key point for avoiding these dramatic damages and the high cost of a failure and its consequences lies in the knowledge of the safety level of the protection system. Identifying weak points of the system is the most important but the most difficult issue. Most of the levees are old structures, built several centuries ago, then rebuilt, modified, heightened several times, with some materials that do not necessarily match the original conception of the structure. Other factors introduce weaknesses in a levee: (i) trees, roots, burrows or nests could modify the structure of the levee and reduce its mechanical properties; (ii) particular geological formations and their evolution could also threaten the dike, as it occurred in the city of Orléans, France, where levees have collapsed in karstic areas. In urban context, the levees present many other singularities, such as embedded networks, canalisations, human constructions like houses and walls. Due to all these factors, levees have to be considered as heterogeneous structures. Considering the stretch of hundreds of kilometres and the heterogeneity of the structures, rapid, cost-effective and reliable techniques for assessing and surveying the defence system must be carried out. This report refers to the question of assessing embankment levees safety. The first part briefly presents a synthesis of the global approach related to diagnosis. The second part focuses on the contribution of geophysical methods; guidelines are issued from the conclusions of an International Workshop on Geophysics held in Paris in March 2011. This chapter contains guidelines on application to urban areas for managers to implement and integrate geophysical investigation results into the asset support system. If focuses on technical, practical and economical features such as geophysical method applicability, reliability, rapidity, limitations (particularly in urban areas) and cost-effectiveness. Approaches based on method combination and comprising overall investigation followed by detailed investigation phases are confirmed. Slingram (electromagnetic induction) profiling and Electrical Resistivity Tomography are among the most preferred methods. However, all other methods can play important and specific roles, depending on the stakeholder requirements and the asset features and setting. Temporal approaches have proved powerful tools for weak zone detection and monitoring and should be more widely used in the near future. The third part is dedicated to remote sensing and more specifically to the helicopter borne LiDAR (Light Detection and Ranging) technology, which provides extremely accurate topographic data at a highly efficient rate. In support of a real case study (“Val d’Orléans” Pilot Site), a methodology is developed for performing an helicopter borne survey and for using remote sensing LiDAR data and high-resolution aerial imagery – acquired in “dry conditions” (e.g. not in a flood context) - to contribute efficiently to a rural or urban flood defense structure diagnostic or assessment.

Seismic exploration is a continuous innovation domain since more than one century. A significant part of the studies consists in separating the various waves propagating in the medium, especially surface waves. In the near-surface, surface waves are useful for tomography. Near-surface imaging becomes possible if they are well modelised. When exploration is dedicated to depth – meaning more than 95% of the seismic exploration business – the surface waves mainly hide body waves, which contains the informations related to the depth. Body and surface wave separation then becomes a fundamental task. In these situations, the surface waves can nevertheless be used to better know the near surface. It allows computing parameters usable to better the depth imaging. Research knew recent developments in this domain due to the recent impulsion given by the passive seismic imaging from ambient noise and the study of new acquisition designs with high spatial density. In parallel, the oil fields study for better exploitation is growing as a new industrial development axis. 4D (i.e. 3 spatial dilensions + time) imaging mastering becomes a key research activity, in which sub-surface parameters are estimated and monitored. This PhD thesis comes from the following remarks: - Despite rich works, surface waves are still an important research issue in seismic exploration. - Laboratory scale experiments know relatively few investigations, especially for high density acquisition design. The first step has been dedicated to the set up and the validation of a complete acquisition environment in the laboratory, adapted to surface wave study and high spatial density. Using Agar-agar phantoms, a mix of S body waves and Rayleigh surface waves comparable to the on-field P body waves and Rayleigh wave mix has been highlighted. Then, using array processing, wave separation has benne successfully demonstrated. After waves separation, it becomes possible to follow their arrival time variation in presence of surface and/or depth variation in the medium, as in reservoir monitoring conditions. A complete 4D study has been performed, allowing not only the arrival time monitoring but also amplitude and arrival and launch directions. A method has been proposed to compensate the near-surface spurious variations. An adaptation of the method on a field data set is then performed. Generally, velocity profiles on the field show weak velocities in the sub-surface. As a consequence, the various waves coming from the depth have weak and comparable incidences angles. Classical separation method using array processing are usually insufficient to work with such incidence angles set. For this reason, a complete part of this work has been dedicated to the study of high resolution algorithms in the frame of seismic exploration and their adaptation. At the end, taking advantage of the high spatial density allowed by the laboratory environment, a comparative study of two designs – the first one theoretically ideal but somewhat unrealistic and the second one more viable economically but less efficient – has been performed to address the scattered waves filtering issue. For the second design, a new filtering method has been proposed to enhance the scattered waves filtering., La sismique pétrolière est un domaine d'innovation continue depuis plus d'un siècle. Une part non négligeable des études concerne la séparation des différentes ondes se propageant dans le milieu exploré, en particulier les ondes de surface. A petite profondeur, les ondes de surfaces servent à la tomographie. Bien les connaître et les modéliser permet d'imager la proche surface. Quand la prospection est tournée vers les grandes profondeurs – soit 95% de l'industrie géophysique - ces ondes masquent les ondes de volume qui contiennent les informations sur les couches profondes. Il est donc fondamental de pouvoir s'en affranchir et l'étape de séparation est des plus importantes. Les ondes de surface peuvent cependant être utilisées pour une meilleure connaissance de la proche surface, ce qui permet d'en déduire après coup des paramètres utilisables pour améliorer l'imagerie en profondeur. La recherche s'est renouvelée dans ce domaine du fait de l'impulsion récente donnée par l'imagerie sismique passive à partir du bruit sismique ambiant ou la mise en place de nouvelles géométries d'acquisition. En parallèle, l'étude des champs pétroliers existants pour une meilleure exploitation tend à se développer dans l'industrie. La maîtrise de l'imagerie 4D (3 dimensions d'espace + le temps, appliqués à la surveillance de réservoir) devient dès lors une activité clé pour la recherche dans laquelle les variations des paramètres du sous-sol sont estimées. Le travail de thèse réalisé est issu des constatations suivantes : - En dépit de travaux très riches, les ondes de surface représentent encore un sujet d'investigation important en exploration géophysique. - Les expérimentations à l'échelle du laboratoire restent relativement peu usitées en géophysiques, en particuliers pour des études impliquant un grand nombre de points de mesure. La première partie de la thèse a permis de valider un environnement de laboratoire adapté à l'étude des ondes de surfaces, en particulier la mise en évidence d'un mélange « ondes de surface – ondes de volume » analogue à celui rencontré lors d' acquisitions terrestres. Ceci a pu être réalisé grâce à des gels d'Agar-agar de forte densité et la mise en place d'une chaine d'acquisition automatisée impliquant des réseaux de sources et de récepteurs denses. Une deuxième partie a permis de séparer les ondes de surface et les ondes de volume à l'aide de traitement d'antennes. Après séparation des ondes, il devient possible de suivre leurs variations de temps d'arrivées en présence de modification du milieu en surface et/ou en profondeur comme dans le cas d'une surveillance de réservoir en sismique pétrolière (4D). Une étude 4D complète a donc été réalisée, permettant de suivre non seulement les variations de temps d'arrivées mais également d'amplitude et de directions de départ et d'arrivées des ondes. Une méthode pour compenser les variations de vitesses parasites de la proche surface à été développée. Cette étude a été complétée par une étude issue de données terrains. Les profils de vitesse rencontrés sur le terrain font état de vitesses relativement faibles en surface. La conséquence en est que les différentes ondes de volume issues de la profondeur arrivent avec des angles d'incidences faibles et voisins les uns des autres. Les méthodes classiques de séparation d'ondes étant souvent inefficaces à ces angles, un chapitre a été consacré à l'étude des algorithmes de haute résolution dans le cadre de l'exploration sismique. Enfin, en tirant partie de la haute densité spatiale de points d'acquisitions rendue possible par l'environnement mise en place, une étude comparée de deux dispositifs - l'un théoriquement idéal mais peu réaliste et l'autre économiquement viable sur le terrain mais moins efficace - a permis de s'attaquer au problème des ondes réfléchies sur des diffractants en surface qui perturbent beaucoup les acquisitions actuelles. Une nouvelle solution de filtrage a été proposée pour le deuxième cas.

Résultats de la première campagne de prospections géophysiques menée sur l'agglomération gallo-romaine de Grozon (Jura).

The purpose of this study on the canonical foundations of Geoffroy du Loroux, Archbishop of Bordeaux from 1136 to 1158, is to reveal the involvement of the prelate in the architectural party of its foundations that seem a priori to show similarities in plan and elevation. As a great artisan of the Gregorian reform in Aquitaine, the action of Geoffroy du Loroux is well surrounded through his collection of sermons while its foundations were never subjected to a dedicated study.Each of the four foundations attributed to the Archbishop, l’Isle and Pleine-Selve (Gironde), Sablonceaux (Charente-Maritime), and Fontaine-le-Comte (Vienne), was subjected to a in depth architectural analysis, completed by a metrological study, to apprehend each building as a whole. The elements preserved from the XIIth century were then subjected to a comparative study. Moreover, a discussion is also conducted on the attribution to Geoffroy du Loroux of the rebuilding of the Cathedral of Bordeaux starting in the XIIth century.It turns out that the Foundations related to Geoffroy du Loroux adopt a stereotypical and ostensibly austere architectural party. The Archbishop appears as a prelate who intended to leave to his successors models to convey the message of the Gregorian reform, both through his sermons and its foundations. The latter had to be representative of the great humility and return to the rigour advocated by the reform, in contrast with the pomp of Cluny. This work brings into question the role of canon communities as a dissemination tool for the reform, which could account for the slowdown of the implementation of Cluny in the region of Bordeaux.; Cette étude menée sur les fondations canoniales de Geoffroy du Loroux, archevêque de Bordeaux de 1136 à 1158, a pour objectif de montrer une implication du prélat dans le parti architectural de ses fondations qui présentent a priori une similitude en plan et en élévation. Grand artisan de la réforme grégorienne en Aquitaine, l’action de Geoffroy du Loroux est bien cernée par sa collection de sermons mais ses fondations n’ont jamais fait l’objet d’une étude de synthèse. Chacune des quatre fondations attribuées à l’archevêque, l’Isle et Pleine-Selve (Gironde), Sablonceaux (Charente-Maritime) et Fontaine-le-Comte (Vienne), a été soumise à une analyse architecturale approfondie, complétée d’une étude métrologique, afin d’appréhender chaque édifice dans sa globalité. Les éléments conservés du XIIe siècle ont ensuite été soumis à une étude comparative. En outre, une discussion est menée autour de l’attribution à Geoffroy du Loroux de la reconstruction de la cathédrale de Bordeaux dès le XIIe siècle.Il s’avère que les fondations liées à Geoffroy du Loroux adoptent un parti architectural stéréotypé et d’une esthétique ostensiblement austère. L’archevêque apparaît comme un prélat soucieux de laisser à ses successeurs des modèles pour transmettre le message de la réforme grégorienne, tant au travers de ses sermons qu’au niveau de ses fondations. Ces dernières se devaient d’être représentatives d’une grande humilité et du retour à la rigueur prôné par la réforme, en totale opposition avec le faste clunisien. Ce travail amène à s’interroger sur le rôle des collégiales qui, utilisées tel un outil de diffusion de la réforme, ont pu freiner l’implantation de Cluny dans le Bordelais.

National audience