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International audience; In the Chaîne des Puys (CdP, France), volcanic edifices and their emissions cover the weathered conductive low-permeable basement and fill the paleo-valleys, hiding the groundwater flows. The 3D delineation of such buried watersheds can be achieved studying variations of conductivity related to primary geological contrasts as well as secondary weathering-induced contrasts.We used AEM data to delineate the geometry of the undercover volcanism-basement interface in the northern part of the CdP and derived watersheds. Despite the highly resistive volcanic cover, our processing allowed structural imaging up to a depth of investigation of 330 meters in average.The processing and inversion of AEM data highlights the interface between a strongly resistant volcanic cover (~104-105 Ω.m) and a decametric conductive weathered horizon at the top of the basement (30-300 Ω.m).We picked the weathered horizon of the basement on several resistivity profiles, to build an elevation model of its top. The newly derived watersheds noticeably differ from the ones proposed in literature.

International audience; The Plateau des Dômes overhangs the Limagne graben by several hundred metres and represents the basement of a Quaternary volcanic chain oriented north-south, the Chaîne des Puys (CdP), consisting of about 80 volcanic edifices spread linearly over thirty kilometers. Since its final emersion in the late Cretaceous, the Plateau des Dôme has been mainly affected by two tectonic events: the formation of the West European Rift (ROE), with its associated volcanism, and a late surrection that is still ongoing. To unravel the Tertiary and Quaternary geological history of the Plateau, a structural approach was defined. At the scale of the Massif central, four families of Variscan crustal faults can be described : 1. the Sillon Houiller family oriented N20E (dir.SH), 2. the Cévennes fault family oriented NE-SW (dir.C), 3. the Villefort fault fa­mily oriented N160-170E (dir.V) and 4. the Armorican family, which oscillates between N110E and N140E (dir.A) due to the orientation of the North and South Armorican Shear Zone. This network of crustal faults can be observed at any scale.It is shown that the Plateau des Dômes is crossed by such a network of variscan faults, which was reactivated during the Tertiary and Quaternary tectonic events occurring in the studied zone. No new faults were created in response to the different stress patterns that prevailed in the Tertiary and Qua­ternary periods.The main conclusions of this study can be summarized as follows :1. The Variscan basement of the Plateau des Dômes was tilted westwards at the end of the Eocene by the formation of the Olby half-graben controlled by the reactivation of the Pontgibaud fault [FdP (dir.SH)]. It was limited to the east by the Limagne fault (FdL), which reactivated two Variscan directions (dir.SH and dir.V), the only two compatible with the east-west extension. At that time, the future plateau was emerged, but at an altitude close to sea level.2. The cessation of the FdP and the continued activity of the FdL in the Oligocene caused the eastern edge of the future plateau to be dissected and lowered down by the activation of FdL's secondary (dir.SH) faults. The future plateau remained close to sea level. The main outlines of its present topography were acquired at the end of the sedimentation period.3. The plateau was uplifted shortly before the emission of the last Montdorian lava flows, dated at 3.5/3 Ma. To the east, the FdL was not reactivated during the regional uplift and the Plateau des Dômes appears as such due to erosion of the Limagne weak sediments, which cleared the fault scarp. The Plateau des Dômes is part of a larger ensemble (i.e. a larger plateau) bounded by the Morge dir.C fault to the north and the Sillon Houiller to the west. Through the coeval reactivation of these two faults, this large north-western quadrant has undergone differential uplift bringing it to a high position relative to areas further north and west. To the south, the Plateau des Dômes is dominated by the large Monts Dore stratovolcano. In this sector, a series of parallel dir.A faults, oriented N110E, as well as the reactivation of the Nébouzat fault, have ensured the differential surrection of the basement in a way similar to successive steps of a staircase.4. The volcanoes of the CdP are aligned along a main fault (the Beauregard fault), which is the backbone of the chain, and along several secondary faults, dir.SH to the NE and dir.A to the SE, all connected to the main fault. The lava flows follow paleo valleys that were dug along the weak zones constituted by the Variscan faults. The north of the plateau, dominated by dir.SH faults, exhibits lava flows that are generally oriented NE-SW, in sharp contrast to the south, dominated by dir.A faults, where the flows are oriented NW-SE.; Le Plateau des Dômes surplombe le graben de la Limagne de plusieurs centaines de mètres et supporte une chaîne volcanique quaternaire orientée nord-sud, la Chaîne des Puys (CdP), constituée d’environ 80 édifices répartis linéairement sur une trentaine de kilomètres. Ce plateau est traversé par un réseau de failles crustales où se reconnaissent les grandes familles varisques, représentées dans le Massif central par des failles emblématiques telles que le Sillon Houiller, la Faille des Cévennes ou la Faille de Villefort. Depuis son émersion définitive vers la fin du Crétacé, le Plateau des Dômes a été principalement affecté par deux événements tectoniques : la formation du Rift Ouest Européen (ROE), avec son volcanisme associé, et une surrection tardive qui se poursuit actuellement.Par une synthèse des données existantes et une réappréciation des cartes géologiques et de l’analyse de la topographie (analyse des MNT : Modèles Numériques de Terrain), cet article montre que la structuration tertiaire et quaternaire du Plateau des Dômes s’est entièrement effectuée par la réactivation de quelques failles varisques majeures qui ont 1) permis le basculement du socle lors de la formation des grabens, 2) assuré sa surrection différentielle par rapport à d’autres secteurs limitrophes et 3) contrôlé l’ascension des magmas vers la surface. Une évolution structurale du plateau est proposée résumant les étapes majeures depuis l’Eocène.

Monogenetic lava domes are a special type of volcanic structure, prone to mass wasting and explosive eruption hazards. The existence of such domes raises fundamental questions about the nature of monogenetic volcanism. We study the iconic Puy de Dôme (Chaîne des Puys, Auvergne) that gave its name to ‘dome’ landforms. It is asymmetric with one side more rugged and steeper than the other. The Puy de Dôme grew rapidly in one simple pulse from a bulging shallow intrusion, the Petit Puy de Dôme, and then solidified in situ. Using mapping and paleomagnetism we find that it was subsequently tilted by ~17° to the southwest by further surface-bulging inflation of the Petit Puy de Dôme intrusion. During the tilting, there were landslides and there was a final small phreatomagmatic eruption. The dome’s history verges on polygenetic, spanning several hundred years of intrusion and eruption, extending hazard periods for such activity. We find other intrusive uplifts with paired domes and tilted cones both in the Chaîne des Puys and in other monogenetic and polygenetic systems., Monogenetic lava domes are a special type of volcanic structure, prone to mass wasting and explosive eruption hazards. The existence of such domes raises fundamental questions about the nature of monogenetic volcanism. We study the iconic Puy de Dôme (Chaîne des Puys, Auvergne) that gave its name to 'dome' landforms. It is asymmetric with one side more rugged and steeper than the other. The Puy de Dôme grew rapidly in one simple pulse from a bulging shallow intrusion, the Petit Puy de Dôme, and then solidified in situ. Using mapping and paleomagnetism we find that it was subsequently tilted by~17°to the southwest by further surface-bulging inflation of the Petit Puy de Dôme intrusion. During the tilting, there were landslides and there was a final small phreatomagmatic eruption. The dome's history verges on polygenetic, spanning several hundred years of intrusion and eruption, extending hazard periods for such activity. We find other intrusive uplifts with paired domes and tilted cones both in the Chaîne des Puys and in other monogenetic and polygenetic systems. Résumé Les dômes de lave monogéniques sont un type particulier de structure volcanique, qui sont souvent associés à des glissements et des événements explosifs. L'existence de telles structures remet en cause les principes fondamentaux du volcanisme monogénique. Nous étudions l'iconique Puy de Dôme (chaîne des Puys, Auvergne) qui a donné son nom à la forme géomorphologique connue comme 'dôme'. Il est asymétrique, avec un coté plus rugueux et pentu que l'autre. En utilisant de la cartographie et du paléomagnétisme, nous remarquons que le dôme fut basculé vers le sud-ouest par une intrusion superficielle, le Petit puy de Dôme, qui bomba la surface. Le puy de Dôme grossit rapidement à partir de cette intrusion, en un seul événement bref, se solidifia, et ensuite fût basculé à environ 17º. Pendant le basculement, des glissements de terrain se produisirent, suivis d'une ultime petite éruption phréatomagmatique. L'histoire du dôme s'approche de celui d'un volcan polygénique, avec une durée d'intrusion de plusieurs centaines d'années qui prolonge de manière considérable la période d'exposition aux aléas. Nous écrivons d'autres exemples de bombements intrusifs avec des dômes jumelés dans la chaîne des Puys et dans d'autres systèmes polygéniques et monogéniques.

The aesthetic beauty of a landscape is an integral value reflected in artistic inspiration. Science, in contrast, tries to quantify the landscape using various methods. Of these, geodiversity indices have been found to be a useful approach, and this geomorphological diversity is characterized through derivatives made from digital terrain models (DTM). While these methods are useful, they have a drawback that the value of some landscape features may be underestimated if they have regular forms. For example, the aesthetic and scientific attractiveness of our study area, the Cha&icirc, ne des Puys (Auvergne, France), a UNESCO World Heritage site, is strongly related to the distinctive small volcanoes, but despite being an outstanding element of the landscape, the scoria cones do not stand out well in geodiversity indices. This is because they have almost symmetrical conical forms and regular slopes that score low in the available geodiversity methods. We explore this problem and investigate how to overcome the low geodiversity performance of these distinctive landscape elements. We propose a modified approach for scoria cones using the normal input layers but adapted to the cone geometry. The modified indices are easy to compute and consider the uniformity and symmetry of larger landscape elements that form scientifically integral and aesthetically vital components of the landscape. The method is applicable to the tens of thousands of small monogenetic volcanoes in the hundreds of volcanic fields around the world, and could be extended to other volcanic features, such as domes. It would be possible to use the method to study larger volcanoes, as they often share and replicate the small-scale monogenetic morphology considered here.

The very recent work carried out within the framework of a Collective Research Project (PCR-Trachytes) supported by the Auvergne-Rhône-Alpes Regional Directorate of Cultural Affairs has completely renewed our knowledge of the use of trachytic lavas from the chaîne des Puys over the last two millennia. A complete petrographic identity sheet has been established for each of these trachytes. This database showed that each trachytic volcano was made up of a different lava from those of its neighbours, except for Cliersou and Aumône which have the same lava. Moreover, for the Puy de Dôme and the Cratère Kilian, it was shown that they were each made up of two different lavas. Thus, the fine characterisation of the materials used in buildings, tombs or sculptures elsewhere in the region now makes it possible to trace them back to the original volcano.During Antiquity, the Temple of Mercury at the top of the Puy de Dôme, the buildings of the Ceyssat Pass agglomeration located on the Agrippa road and the Tourette d'Enval sanctuary were built with one of the Cratère Kilian's trachytes from an important quarrying centre opened for this purpose. Several cinerary chests or statues made from the same material have also been found within a radius of about fifty kilometres around Augustonemetum (Clermont-Ferrand).During the High Middle Ages, the practice of burial in stone sarcophagi became widespread. Around the Puys chain and up to a hundred kilometres away, the archaeological excavations of necropolises from this period has revealed hundreds of sarcophagi carved in trachyte. In addition to the ancient quarry of the Kilian Crater, numerous underground exploitations, some of which were discovered in the course of this work, were used for this purpose. They concern the volcanoes Grand Sarcoui, Cliersou-Aumône and the upper part of the Cratère Kilian.The construction of important religious buildings in the region during the Romanesque period also made use of trachytes from the chaîne des Puys. In addition to the occasional use of sarcophagus fragments, building stones, architectural decorations and sculptures were made from lava from the Dôme, Chopine, Cliersou-Aumône and Sarcoui puys. The corresponding quarries remain unknown.In modern times, attempts were made to diversify the use of this rock. The only one that experienced some industrial development was the use of the ashes of the Grand Sarcoui to make glass. For the rest, all the trachytes of the chaîne des Puys have been used opportunistically in traditional civil construction (framing of openings, chaining). A specific use concerns village bakehouse, more particularly the sole (floor) and the voûte (vault).Thanks to this work, the trachytes of the chaîne des Puys can now be used by archaeologists and historians as indicators of ancient economic circuits and craft practices., Les travaux très récents menés dans le cadre d'un Projet Collectif de Recherche (PCR-Trachytes) soutenu par la Direction Régionale des Affaires Culturelles Auvergne-Rhône-Alpes ont profondément renouvelé les connaissances sur l’emploi des laves trachytiques de la chaîne des Puys au cours des deux derniers millénaires. Une fiche d’identité pétrographique complète a été établie pour chacun de ces trachytes. Cette base de données a mis en évidence que chaque volcan trachytique était constitué d’une lave différente de celles de ses voisins, sauf pour le Cliersou et l’Aumône qui possèdent la même. De plus pour le puy de Dôme et le Cratère Kilian nous montrons qu’ils sont constitués chacun de deux laves différentes. Ainsi, la caractérisation fine des matériaux mis en oeuvre dans des bâtiments, des tombes ou des sculptures, ailleurs dans la région permet maintenant de remonter au volcan origine.Durant l’Antiquité, le temple de Mercure au sommet du puy de Dôme et les bâtiments de l’agglomération du col de Ceyssat situés sur la voie Agrippa ont été construits avec un des trachytes du Cratère Kilian, issu d’un important centre carrier ouvert à cet effet. Plusieurs coffres funéraires ou statues réalisés avec le même matériau ont également été trouvés dans un rayon d’une cinquantaine de kilomètres autour d’Augustonemetum (Clermont-Ferrand).Pendant le haut Moyen Âge, la pratique de l’inhumation dans des sarcophages en pierre s’est généralisée. Autour de la chaîne des Puys et jusqu’à une centaine de kilomètres, la fouille des nécropoles de cette période a révélé des centaines de sarcophages taillés dans du trachyte. Outre la carrière antique du Cratère Kilian de nombreuses exploitations souterraines dont certaines découvertes au cours de ce travail, ont été utilisées à cet effet. Elles concernent les volcans Grand Sarcoui, Cliersou-Aumône et la partie haute du Cratère Kilian.Dans la région, la construction de bâtiments religieux importants à l’époque romane a également fait appel aux trachytes de la chaîne des Puys. Au-delà du remploi ponctuel de fragments de sarcophages, des pierres à bâtir, moellons, carreaux, des décors architecturaux et des sculptures ont été réalisés avec de la lave provenant des puys de Dôme, Chopine, Cliersou-Aumône et Sarcoui. Les carrières correspondantes restent inconnues.À l’Époque moderne, des tentatives ont été faites pour diversifier l’emploi de cette roche. La seule qui a connu un certain développement industriel, aujourd’hui abandonné, a été l’utilisation des cendres du Grand Sarcoui pour fabriquer du verre. Pour le reste, tous les trachytes de la chaîne des Puys ont servi de façon opportuniste dans la construction civile traditionnelle (encadrements d’ouvertures, chaînage). Un usage spécifique concerne les fours à pain de village, plus particulièrement pour leur sole et leur voûte.Grâce à ce travail, les trachytes de la chaîne des Puys peuvent être utilisés dorénavant, par les archéologues et les historiens, comme indicateurs d’anciens circuits économiques et de pratiques artisanales.

International audience

Pierre Boivin, chercheur au Laboratoire Magmas et Volcans (UCA), fait part de ses observations et questionnements concernant la représentation des volcans sur la feuille 52 de la carte de Cassini. Il la compare à d’autres cartes de la même période.

Introduction du Séminaire Atlas historique (CHEC, UCA) GeoHistoricaldata (CRH, EHESS) consacré à l'édition et la valorisation de la feuille 52 de la carte de Cassini (Clermont). Jean-Philippe Luis (MSH Clermont-Ferrand), Stéphane Gomis (CHEC) et Maurizio Gribaudi (CRH) rappellent la genèse de cette collaboration entre l'UCA et l'EHESS ainsi que les enjeux de la vectorisation et de l'édition (IGN) réussies de la "feuille 52".

À l’occasion des Journées départementales de l’archéologie 2017, au sommet du puy de Dôme, au pied du temple de Mercure, Yves Connier, sculpteur-tailleur de pierre, tente de reproduire à l’identique un coffre funéraire gallo-romain en trachyte. Au rythme de la massette et du ciseau, Pierre Boivin, chercheur CNRS au Laboratoire Magma et Volcans, Alain Wittmann, Ingénieur céramologue à l’INRAP Auverge-Rhône-Alpes, Bertrand Dousteyssier, ingénieur de recherche à la MSH de Clermont-Ferrand, et Didier Miallier, Professeur à l’Université Clermont Auvergne, membre du Laboratoire de Physique de Clermont, tous les quatre acteurs du Programme Collectif de Recherche « Le Trachyte en Auvergne », racontent comment l’homme a utilisé, pour la construction comme les rites funéraires, cette roche volcanique aux propriétés si particulières. L’histoire du trachyte à travers les âges…

Bertrand Dousteyssier, archéologue, ingénieur de recherche à la MSH de Clermont-Ferrand codirige le Programme Collectif de Recherche « Le Trachyte en Auvergne ». Dans cet épisode 1 de la série « Trachyte », il présente ce projet en insistant sur sa dimension interdisciplinaire à l’intersection des sciences humaines et des sciences dures…

D’épais dépôts d’une formation pyroclastique inconnue auparavant ont été repérés sporadiquement au centre de la Chaîne des Puys. Avec une lithologie polygénique, cette formation a un caractère phréatomagmatique. Le magma juvénile est une trachy-andésite (latite) à phénocristaux d’amphibole, pyroxène et feldspath. La datation de ces dépôts par thermoluminescence, en 4 sites distincts, donne un âge moyen de 13,6 ± 1,0 ka. Leur suivi au sol conduit à l’hypothèse que ces pyroclastites sont issues du cratère nord-est du Montchié, volcan cartographié jusqu’à présent en cône strombolien à cratères multiples et magma basaltique sensu lato. La situation stratigraphique de la formation sur le volcan suggère qu’elle appartient à sa dernière phase éruptive, ce qui est corroboré par un relevé LiDAR sur lequel il est possible d’inférer la chronologie relative des différents cratères. Le Montchié est donc un volcan moins simple que le schéma actuellement admis. L’éruption identifiée ici fournit un nouveau jalon dans la construction complexe du centre de la Chaîne des Puys au Pléistocène supérieur. Thick layers of a previously unknown volcanic formation were discovered in various places in the centre of the Chaîne des Puys. The new tephra has a polygenic composition with phreatomagmatic features. The fresh magma is trachy-andesite (latite), with phenocrysts of amphibole, pyroxene and feldspar. The deposits were dated by means of thermoluminescence in 4 distinct places, with a mean age of 13.6 ± 1.0 ka. Mapping the deposits allowed assuming that they were emitted by the north-east crater of Montchié volcano. The latter was previously described as a basaltic strombolian volcano, with several craters. Tephrostratigraphy of the deposits on the Montchié itself suggest that they were ejected at the end of the volcanic activity. This conclusion is corroborated by LiDAR survey data, which enable to infer the relative chronology of the craters. Montchié volcano appears to be less simple than previously assumed. The eruption identified in the present work provides a new milestone for the complex formation of the centre of Chaîne des Puys during the Upper Pleistocene.

International audience; The two main magmatic properties associated with explosive eruptions are high viscosity of silica-rich magmas and/or high volatile contents. Magmatic processes responsible for the genesis of such magmas are differentiation through crystallization, and crustal contamination (or assimilation) as this process has the potential to enhance crystallization and add volatiles to the initial budget. In the Chaîne des Puy series (French Massif Central), silica- and H2O-rich magmas were only emitted during the most recent eruptions (ca. 6-15 ka). Here, we use in situ measurements of oxygen isotopes in zircons from two of the main trachytic eruptions from the Chaîne des Puys to track the crustal contamination component in a sequence that was previously presented as an archetypal fractional crystallization series. Zircons from Sarcoui volcano and Puy de Dôme display homogeneous oxygen isotope compositions with δ18O = 5.6 ± 0.25‰ and 5.6 ± 0.3‰, respectively, and have therefore crystallized from homogeneous melts with δ18Omelt = 7.1 ± 0.3‰. Compared to mantle derived melts resulting from pure fractional crystallization (δ18Odif.mant. = 6.4 ± 0.4‰), those δ18Omelt values are enriched in 18O and support a significant role of crustal contamination in the genesis of silica-rich melts in the Chaîne des Puys. Assimilation-fractional-crystallization models highlight that the degree of contamination was probably restricted to 5.5-9.5% with Rcrystallization/Rassimilation varying between 8 and 14. The very strong intra-site homogeneity of the isotopic data highlights that magmas were well homogenized before eruption, and consequently that crustal contamination was not the trigger of silica-rich eruptions in the Chaîne des Puys. The exceptionally strong inter-site homogeneity of the isotopic data brings to light that Sarcoui volcano and Puy de Dôme were fed by a single large magma chamber. Our results, together with recent thermo-kinetic models and an experimental simulation (Martel et al., 2013), support the existence of a large ( 6-15 km3), still partially molten mid-crustal reservoir (10-12 km deep) that is filled with silica-rich magma. Calculated oxygen isotope compositions of the trachytic melts that crystallized the analyzed zircons for Puy de Dôme, Sarcoui dome, and Sarcoui phreatomagmatic deposits, and the range of values for each analyzed zircon grain. The range for trachytes obtained by pure fractional crystallization of mantle melts is given for comparison. See text for details on calculations. Chemical differentiation trend of Chaîne des Puys magmas (data from Boivin et al., 2009), and results of the fractional crystallization models presented herein and in Table 3. L1 is obtained after the first step of differentiation, and L2 after the second. The composition of Sarcoui trachytes is identified by an X. S3.1. Core-rim variations for oxygen isotope compositions of the studied zircons. S3.2. Oxygen isotope compositions of the various zircon domains observed with cathodoluminescence imaging (dark versus bright), and for zircons with different types of zoning (oscillatory versus sector). No systematic variation is observed.

In this thesis, weathering of hiking trails has been studied in the low mountain ranges of the Massif Central (Auvergne, France) through the morphological comparison of four sectors in the Massif du Sancy and the Chaîne des Puys, each one presenting different erosion stages and rhythms of evolution. Our methodological approach is based on the crossing of three unpublished field datasets: topographic data, climate data and cartography of hiker behavior. High resolution topographic data mobilized three complementary data collection methods (terrestrial laser scanning, GPS monitoring and manual monitoring). Cross-analysis of all these data allowed us to: (1) quantify erosion and depositional volumes; (2) map the weathering sensitivity of studied areas; (3) identify the seasonality of weathering processes; (4) propose an operational evaluation tool for the management of hiking trails in low mountain ranges. Weathering quantification results show a clear differentiation of the studied areas. This contrasting erosion gradient has been proved to be linked to: local bioclimatic parameters which command the seasonality of weathering processes, irregular touristic attendance and substratum durability. In response to this erosion, varied management were introduced (guideline, wattle fence, low wall, water bars ...) and globally effective. Nevertheless, it appears that a refinement of the positioning adjustments, based on an understanding of weathering processes over a longer period would optimize the protective role of these structures., L’érosion des sentiers de moyenne montagne auvergnate est étudiée dans cette thèse à travers l’évolution morphologique de quatre secteurs présentant des stades d’érosion et des rythmes d’évolution différents, répartis dans le Massif du Sancy et la Chaîne des Puys. Notre approche méthodologique repose sur le croisement de trois jeux de données inédits collectés sur le terrain : relevés topographiques, données climatiques et cartographie du comportement des randonneurs. Les relevés topographiques fins mobilisent trois méthodes complémentaires de collecte de données (lasergrammétrie, GPS différentiel et relevés manuel). L’analyse croisée de l’ensemble de ces données nous a permis de : (1) quantifier des volumes d’érosion et de dépôt ; (2) cartographier les secteurs les plus sensibles à l’érosion ; (3) identifier une saisonnalité des processus érosifs ; (4) proposer un outil d’aide à la gestion des sentiers.Nos résultats de quantification de l’érosion des sentiers indiquent une différenciation des secteurs étudiés. Ce gradient d’érosion constaté s’explique par : le contexte climatique local qui commande la saisonnalité des processus d’érosion, la fréquentation touristique inégale et l’érodabilité du substrat. En réponse à cette érosion, nous avons observé la mise en place de divers aménagements (fils guide, fascines, murets, rigoles d’évacuation…), globalement efficaces. Néanmoins, il apparaît qu’un affinement du positionnement de ces derniers, sur la base d’une compréhension des processus érosifs sur un temps plus long, optimiserait le rôle protecteur de ces ouvrages.

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.

La chaine des Puys compte un grand nombre de zones humides issues de l’activité volcanique (maars ou lacs de barrage volcanique) dont l’aspect actuel fait passer beaucoup d’entre elles pour « sauvages » auprès des visiteurs car elles ne sont plus entretenues. Pourtant, elles traduisent, par le paysage qu’elles offrent, aussi bien l’histoire géomorphologique que l’histoire des sociétés car elles sont le produit d’une longue évolution. À l’heure où le Conseil général du Puy-de-Dôme présente un dossier de candidature en vue d’un classement au patrimoine mondial de l’UNESCO, cet article montre que reconstruire finement l’histoire de tels milieux peut aider les gestionnaires à penser leur politique de gestion non plus sous un angle conservatoire et strictement de protection mais dans une continuité avec la dynamique historique afin de mieux répondre à la fois aux exigences de l’UNESCO de préserver le site et aux demandes sociales locales de pouvoir maintenir voire développer leurs activités. De ce fait, le double caractère naturel et culturel de ces entités en fait un bon modèle pour intégrer dans le plan de gestion imposé par l’UNESCO des modalités qui concilient la Valeur universelle exceptionnelle (VUE) du site fondée sur des critères esthétiques et géologiques et la valeur écologique et culturelle qui découle de la succession d’aménagements et d’abandons qui les ont affectées. The Chaîne des Puys presents a large number of wetlands or former wetlands (maar, volcanic lakes or dams) whose current aspect gives them a “wild” appearance. Actually, for many of them, their landscape reflects the geomorphological history as well as the history of the local communities. This double aspect, both natural and cultural, makes these sites as a good model for conceiving a management plan that conciliate the Outstanding Universal Value (OUV) based on aesthetical and geological criteria with the local ecological and cultural value that come from a succession of transformations or abandonments during the time. While the local authorities work on the application for an inscription of the Chaîne des Puys Limagne Fault on the UNESCO World Heritage list, this paper shows that by reconstructing precisely the history of these sites, it can help local managers to think about their management policy differently, focusing not on a strict conservation or protection dimension, but taking into account this historical frame in order to conciliate the expectations of the UNESCO with the local social demands.

International audience; The eighteenth/nineteenth century ‘craters of elevation’ theory required magma to uplift strata, doming the surface and creating a central down-fallen ‘crater’ or graben. Exponents of craters of elevation attempted to apply it to explain the origin of all volcanoes, and rapidly the contemporary competing ‘craters of eruption’ theory replaced it as the paradigm for volcano construction. Several historic examples have shown that intrusions can cause uplift, termed bulges and can create features like those proposed for craters of elevation (e.g. at Usu 1944, Bezymianny 1955 and Mt. St. Helens 1980). Work on sedimentary basins that have had igneous activity has shown that intrusions create ‘forced folds’ that uplift and deform strata in a similar way to that originally proposed for craters of elevation. In view of the above, we investigate large-scale intrusion-related topographic changes at two sites where the craters of elevation theory was developed: the monogenetic volcanoes of the Chaîne des Puys, France and the Teide stratovolcano, Tenerife. We combine observations of such features with examples of forced folding to integrate the two fields of research. Our observations in the Chaîne des Puys show that: (1) the Petit Puy de Dôme has a bulge of up to 150-m uplift. The uplift has a central depressed area (a graben), a dense network of normal faults, basal thrusts and an aborted landslide. (2) The Grosmanaux volcano is a forced fold created by uplift of a previously flat-lying area, and has dense faulting and a graben on the resultant topographic bulge. It was the site also of a major vulcanian eruption from the associated Kilian crater. (3) The Gouttes volcano was uplifted by an intrusion like the Petit Puy de Dôme, but then collapsed to generate a landslide and lateral blast. (4) Excavation in the Lemptégy Volcano exposes intra-eruption intrusions with associated uplift, providing examples in cross-section of the internal deformation likely to be found inside other Chaîne des Puys uplifted bulges. On Teide, a bulge near the summit shows similar structures and surface tilting as seen on the Petit Puy de Dôme and this bulging may have formed during the eruption of the Lavas Negras, the most recent activity on the summit area. Fault scarps on Teide also expose small cryptodomes, like those seen at Lemptégy. These examples, coupled with field studies on eroded intrusions, data on forced folds in basins and analogue models, show how large-scale topographic remodelling and structural change can be created by intrusions. These can rapidly and significantly change the volcanic edifice. A crater of elevation bulge, or forced fold that is stabilised by the cooling of the intrusion, will remain an important structural element in a volcano. This process starts even at the small scale of monogenetic volcanoes, and could occur through the lifetime of any growing stratovolcano. Such activity may be commonplace, but may be masked by concomitant eruption or removed by subsequent collapse. Monitoring and hazard strategies should be ready to deal with such large-scale events that will seriously modify the eruptive activity and stability of a volcano within days or weeks.

Systemic interactions between Human and environment are studied in this thesis through the vegetation dynamics of the Chaîne des Puys pastoral area (French Massif central). From field analyses (phytosociological, agronomic) and agropastoral linguiries we establish a diagnosis oh the local pastures. The causes of the ligneous extension and its consequences on the vegetation cover explored through a diachronic survey and mapping of landscape. Our analytical approach is established on a triptyc vegetation - environment - practices based on three spatial and temporal scales. Results shows that agricultural abandonment symptomatic of mountain area correlated to space closure by woody strata do not characterize the observed trajectories of vegetation dynamics. Thus, many disturbances affecting the system (crises, practises) questions the linearity of successions observed in the literature, and affect the vegetation progression velocity and its species characteristics. It appears that the concept of landscape mosaic controlled by dynamically interacting ecological and anthropogenic drvers, is more suited to the field relaity and to intensity of the space use. The mosaic components and their evolutions follow even stochastic or chaotic trajectories which first characterization goes to a healthlang disappearance in favor oh herbaceous stratum and not in a generalized landscape closure., Les interactions systémiques entre l’Homme et son milieu sont étudiées dans cette thèse au travers de la dynamique de la végétation des domaines pastoraux de la Chaîne des Puys (Massif central, France). A partir d’analyses de terrain (phytosociologiques, agronomiques) et d’enquêtes agropastorales nous établissons un état des lieux des estives des Dômes. Une démarche diachronique vise ensuite la recherche des causes de l'extension ligneuse et ses conséquences sur la couverture végétale. Notre démarche d'analyse est fondée sur un triptyque végétation - milieu - pratiques établit sur plusieurséchelles spatio-temporelles. Les résultats montrent que la déprise agricole, symptomatique des zones de moyenne montagne, et la fermeture ligneusedes espaces qui lui est associée ne caractérisent pas les trajectoires observées de la dynamique végétale. Ainsi, les nombreuses perturbations affectant le système (crises, pratiques) remet en cause la linéarité des successions observées dans la bibliographie, tant sur les vitesses de progression que sur les trajectoires et les caractéristiques. Il apparaît alors que le concept de mosaïque phyto-morphologique anthropique, proposé ici soit plus adapté à la réalité du terrain et à l'intensité de l'usage de l'espace. Les composants de cette mosaïque et leurs évolutions suivent des trajectoires stochastiques voire chaotiques dont la caractérisation première tend vers une disparition des landes au profit de la strate herbacée et non à une fermeture généralisée des milieux.

International audience; Petrological data have been acquired on the natural trachytes from the Chaîne des Puys, French Massif Central, and on experimental products from phase equilibria in order to (i) constrain the storage conditions of the trachytic magmas that lead to explosive eruptions (dome destructions as block-and-ash flows or pumice-and-ash flows) and (ii) provide phase relationships and chemical compositions for differentiated alkaline liquids in intraplate continental context. Phase assemblages, proportions, and compositions have been determined on six trachytes with SiO2 contents varying from 62 to 69 wt % and alkali contents of 10.5-12.0 wt %. The samples contain up to 30 % of phenocrysts, mainly consisting of feldspar (15-17 %; plagioclase and/or alkali-feldspar), biotite (2-6 %; except in the SiO2-poorest sample), Fe-Ti oxides (1-3 %) ± amphibole (< 5 %), ± clinopyroxene (~1 %). All samples have apatite and zircon as minor phases and titanite has been found in one sample. Pristine glasses (melt inclusions or residual glasses) in pumice from explosive events are trachytic to rhyolitic (65-73 wt % SiO2 and 10.5-13.0 wt % alkali). H2O dissolved in melt inclusions and the biotite+alkali feldspar+magnetite hygrobarometer both suggest pre-eruptive H2O contents up to 8 wt %. These are so far the highest H2O contents ever reported for alkaline liquids in an intraplate continental context. Melt inclusions also contain ~3400 ppm chlorine, ~700 ppm fluorine, and ~300 ppm sulphur. Crystallisation experiments of the six trachytes have been performed between 200 and 400 MPa, 700 and 900°C, H2O saturation, and oxygen fugacity of NNO +1. The comparison between the natural and experimental phase assemblage, proportion, and composition suggests magma storage conditions at a pressure of 300-350 MPa (~10-12 km deep), melt H2O content ~8 wt % (close to saturation), an oxygen fugacity close to NNO~0.5, and temperatures increasing from 700 to 825°C with decreasing bulk SiO2 of the trachyte. The high H2O contents of the trachytes show that wet conditions may prevail during the differentiation of continental alkaline series. Regardless of the size of the magma reservoir assumed to have fed the trachyte eruptions, calculation of the thermal relaxation timescales indicates that the tapped reservoir(s) are likely to be still partially molten nowadays. The four northernmost edifices may correspond to a single large reservoir with a lateral extension of up to 10 km, which could be possibly reactivated in weeks to months if intercepted by new rising basalt batches.

International audience; D'épais dépôts d'une formation pyroclastique inconnue auparavant ont été repérés sporadiquement au centre de la chaîne des Puys. Avec une lithologie polygénique, cette formation a un caractère phréatomagmatique. Le magma juvénile est une trachyandésite (latite) à phénocristaux d'amphibole, pyroxène et feldspath. La datation de ces dépôts par thermoluminescence, en 4 sites distincts, donne un âge moyen de 13,6 ± 1,0 ka. Leur suivi au sol conduit à l'hypothèse que ces pyroclastites sont issues du cratère nord-est du Montchié, volcan cartographié jusqu'à présent en cône strombolien à cratères multiples et magma basaltique sensu lato. La situation stratigraphique de la formation sur le volcan suggère qu'elle appartient à sa dernière phase éruptive, ce qui est corroboré par un relevé LiDAR sur lequel il est possible d'inférer la chronologie relative des différents cratères. Le Montchié est donc un volcan moins simple que le schéma actuellement admis. L'éruption identifiée ici fournit un nouveau jalon dans la construction complexe du centre de la chaîne des Puys au Pléistocène supérieur.

International audience

International audience; The chronology of major, young (< 15 ka) volcanoes of the central part of the Chaîne des Puys has been revised by means of tephrostratigraphy, thermoluminescence dating and radiocarbon dating. The previously assumed relative chronology between volcanoes like Pariou and Chopine was inverted; more accurate numerical ages were obtained, as exampled in the case of Côme volcano. This revision also includes previously unknown eruptions. Compilation of all available data suggests that an active volcanic period, marked by about two to three eruptions per millennium, terminated about 7 ka ago. This is an issue for interpreting the volcanism of the Chaîne des Puys during both Upper Pleistocene and Holocene. It seems to mark the end of a cycle, initiated about 80 ka ago, of feeding from a deep reservoir before magma differentiation in a system of shallow level magma chambers.; La chronologie relative et absolue de volcans majeurs et récents (< 15 ka) du centre de la Chaîne des Puys a été révisée par une approche téphrostratigraphique combinée à la datation par thermoluminescence et par radiocarbone. La chronologie relative précédemment admise entre certains volcans comme le Pariou et le Chopine a été inversée ; des âges plus précis ont été obtenus, par exemple pour le Côme ; enfin, la révision introduit des éruptions qui n’avaient pas encore été repérées. Le schéma chronologique permet de mettre clairement en évidence le fait qu’une période de volcanisme actif, comprenant autour de deux à trois éruptions par millénaire, s’est achevée il y a environ 7 000 ans. C’est un élément de réflexion pour l’interprétation du volcanisme pléistocène supérieur et holocène de la Chaîne des Puys. Ce volcanisme semble à la fin d’un cycle commencé il y a environ 80 000 ans par une alimentation profonde suivie par une différentiation magmatique dans un système de chambres intermédiaires.

In order to take account of hydrological forest role at the catchment scale, a method for evapotranspiration computation in forest context has been developed and validated on the Volvic site. This method, easily transposable, allows simulating forest management scenarios impact on hydrosystems recharge.Functioning understanding of the Volvic volcanic hydrosystem has been improved, from recharge processes to outlet functioning. The complex geological structure of the Volvic site has been modeled based on data interpretations and using a geological genetic approach. Detailed hydrogeological functioning was studied in several key sectors. The hydrogeological functioning of the Volvic hydrosystem has been modeled using the MODCOU code. In order to take account of the physical processes observed in Volvic, several modeling units has been developed and coupled to the existing tool. This model allows simulating the Volvic outlet discharge since 1985. This modeling allows suggesting a new conceptualization of hydrogeological functioning. The conservative transport modeling (chloride, 18O) validates the transfer function modeling and the evaluated altitudinal variation of climatic parameters. Then contrasted climate change scenarios were simulated.The Volvic hydrosystem functioning model constitutes an operational tool but also a pilot contributing to scientific progress in forest hydrology or in order to evaluate climate change impact on small mountainous watershed., Dans l'objectif d'évaluer l'influence de la forêt sur l'hydrologie des bassins versant, une méthode de modélisation du bilan hydrique en milieu forestier a été développée et validée sur l'hydrosystème de Volvic. Cette méthode, facilement transposable, a permis de simuler l'impact hydrologique de scénarios de gestion forestière.La compréhension du fonctionnement de l'hydrosystème volcanique complexe de Volvic a été améliorée, depuis les processus de recharge jusqu'au fonctionnement des exutoires. La structure géologique complexe du site a été modélisée en utilisant l'ensemble des données disponibles et en mettant en œuvre une approche géologique génétique. Le fonctionnement hydrogéologique détaillé a ensuite pu être étudié dans plusieurs secteurs clés. L'hydrosystème de Volvic a été modélisé en utilisant le code MODCOU. Afin de prendre en compte les processus physiques spécifiques du site, des modules ont été développés et couplés à l'outil existant. Le modèle permet ainsi de simuler le débit à l'exutoire de l'aquifère. La modélisation et l'interprétation de données ont également permis de proposer un nouveau modèle conceptuel de fonctionnement hydrogéologique. La simulation du transport de traceurs tels que le chlorure et le 18O valide la fonction de transfert et les hypothèses retenues quant aux processus de recharge. Le modèle a ensuite été utilisé pour simuler des scénarios d'évolution climatique contrastés.Le modèle de fonctionnement l'hydrosystème de Volvic constitue ainsi un outil de gestion opérationnelle mais surtout un outil pilote permettant d'apporter des réponses à des questions scientifiques d'actualité relatives au rôle hydrologique de la forêt ou à l'impact du changement climatique à l'échelle de petits bassins versants de moyenne montagne.

Rapport d'opération archéologique Opération de prospection thématique annuelle Opération archéologique n° 6889 Arrêté n° 2011-130; Un relevé 3D LiDAR du centre de la Chaîne des Puys, effectué en mars 2011 (Coordination Centre Régional Auvergnat de l'Information Géographique, CRAIG ; contrôle scientifique P. Labazuy, LMV-OPGC, UBP), a compris spécifiquement la zone du Kilian en haute résolution. Le fichier définitif a été livré au CRAIG au mois d'octobre 2011, suite à quoi il a été possible d'extraire les données intéressant le Kilian. Leur analyse a permis de mettre en évidence la très forte anthropisation du cratère et sa complexité. Elle a, de plus, aidé à la définition des parcours d'investigations géophysiques qui seront effectués en 2012. Une campagne de prospection systématique des dépôts de fouille et dépôts de musées (Musées de la Ville de Clermont, dépôts DRAC, INRAP, Conseil Général du Puy-de-Dôme) a été entreprise afin de repérer tous les trachytes gallo-romains provenant, soit de fouilles et découvertes fortuites anciennes - et conservés dans des collections publiques - soit de fouilles récentes. Plusieurs dizaines d'objets ont ainsi pu être inventoriés. Par suite, des prélèvements systématiques de trachyte ont été effectués, en donnant la priorité à des objets documentés et datables. Des lames minces ont été réalisées et analysées. Les conclusions des analyses confirment que le Kilian a été, de beaucoup, la principale source de trachyte dès la seconde moitié du premier siècle de notre ère, aussi bien dans le secteur du puy de Dôme qu'en Limagne. En outre, de rares éléments témoignent ponctuellement de l'utilisation d'autres trachytes : trachyte du puy de Dôme, du Sarcouy et du Clierzou (ou de l'Aumône). En parallèle, des prélèvements de trachyte sur les sites potentiels d'exploitation (volcans trachytiques), ont été poursuivis de façon à enrichir et affiner notre base de données. Enfin, de nouvelles analyses d'éléments traces non encore pris en compte (séries U et Th) ont montré que ces derniers pouvaient être très discriminants dans la recherche des sources.

A widespread trachyandesitic tephra deposit of Alleröd age occurs in the eastern Limagne Rift valley and in the adjacent Forez Mountains. It is called the Ravel Tephra and was produced by the La Nugère volcano around 11,400 BP. Microprobe analyses show it to be characterized by aluminous diopside and labradorite. Its lobe is directed towards the SE. The Ravel Tephra may be distinguished from another trachyandesitic tephra layer of Alleröd age found in the Cézallier and in the Monts Dore, because the latter has more basic plagioclase, and is about 900 years younger. At Gerzat, the Ravel Tephra is overlain successively by a thin lacustrine deposit, a trachytic tephra lamina, and another trachyandesitic tephra bed. The trachytic lamina is correlated with the La Taphanel Tephra, which is supposed to be a mixture of the coeval tephras erupted by the Chopine, Kilian and Vasset volcanoes. A trachyandesitic tephra overlying the La Taphanel Tephra, is attributed to the «Nouveau Pariou» volcano. A common age of about 8500 BP is proposed for the trachytic tephra sheets and the trachyandesitic Pariou tephra., Une téphra trachyandésitique d'âge Alleröd a été découverte dans plusieurs sites de Limagne occidentale et dans les Monts du Forez. Elle a été émise par le volcan de La Nugère il y a environ 11.400 ans, et elle a été appelée Téphra de Ravel. Des analyses par microsonde montrent qu'elle est caractérisée par du diopside alumineux et du labrador. Son lobe est orienté vers le SE. Une autre téphra trachyandésitique d'âge Alleröd, qui a été trouvée antérieurement dans le Cézallier et les Monts Dore, ne peut être mise en corrélation avec la Téphra de Ravel, car la première contient des plagioclases plus anorthitiques, et a un âge plus récent d'environ 9 siècles. Dans l'une des coupes étudiées (Gerzat), la Téphra de Ravel est surmontée dans l'ordre, par une mince couche de sédiments lacustres, une lamine de téphra trachytique, et une autre téphra trachyandésitique. La téphra trachytique est mise en corrélation avec la Téphra de La Taphanel; l'ensemble est considéré comme un mélange des téphras trachytiques pratiquement synchrones, des volcans Chopine, Kilian et Vasset de la Chaîne des Puys. La téphra trachyandésitique sus-jacente est attribuée au Nouveau Pariou. Un âge commun d'environ 8.500 BP est proposé pour l'ensemble des nappes trachytiques et la téphra trachyandésitique du Nouveau Pariou., Juvigné Etienne, Kroonenberg Salomon, Veldkamp Antonie, El Arabi Abdelaziz, Vernet Gérard. Widespread Alleröd and boreal trachyandesitic to trachytic tephra layers as stratigraphical markers in the Massif Central, France . In: Quaternaire, vol. 3, n°3-4, 1992. pp. 137-146.

Hydrogeological characteristics of the Chaîne des Puys are linked with its climatic, geological, morphological and environmental characteristics. These specifities constrain origin, quantity quality and flow of water in volcanic aquifers. As the chemical and isotopic signatures of water reflect processes occurring during the water cycle, their variations into and between the various compartments specifies the role of these factors. The subject of this thesis deals with the chemical (major ions) and isotopic (δ18O, δ2H, δ13C) characterization of different stages of the water cycle to define the operation of sub-volcanic aquifers of the Chaîne des Puys. In this perspective, this work focused on two themes: 1) the definition of the input signal of regional aquifers, a prerequisite to any hydrogeological study, and 2) studying the functioning of the Argnat catchment, located in the North of the Chaine des Puys. The study of the mechanisms of acquisition of the rain chemistry (Na+, K+, Mg2+, NH4+, Ca2+, Cl-, NO3-, SO42- , PO43-, HCO3-) based on its long-distance travel (rainout) and the influence of meteorological parameters on the local chemical input during rain (washout), shows that the majority of rain comes from the Atlantic and the Mediterranean Basin and is predominately influenced by terrigenous (Ca2+, HCO3-) and anthropogenic (NO3-,NH4+,SO42-) elements, often associated (neutralization process). The local influence on the chemistry is largely due to the terrigenous sediments from the basin of the Limagne, but soil moisture, wind direction and speed can promote recharge of cloud by anthropogenic aerosols from Clermont-Ferrand. The evolution of chemical (major ions) and isotopic (δ18O, δ2H, δ13C) parameters between the different compartments of the Argnat basin emphasizes the role of the unsaturated zone in the supply of the saturated zone in volcanic aquifers. Thus it appears that the scheme of a vertical circulation is not simple and that the behavior of the unsaturated zone is close to that of a perched aquifer. In this case, the existence of a perched aquifer can only be explained by superimposed circulations within the basalt flow which is heterogeneous in terms of physical characteristics and therefore the hydrodynamic. From 10 sampling points, the study of the transfer into the saturated zone from upstream to downstream, given the geological context and topography, allows estimate the relative contribution of supply from high and low altitudes. Those from low altitude significantly modify the water chemistry, particularly through chlorides and nitrates contributions. The interpretation of δ13C measurements associated with calculations of pCO2 confirms the presence of deep origin CO2 and precises its geographic distribution within the basin Argnat., Les caractéristiques hydrogéologiques de la Chaîne des Puys sont liées à ses particularités climatiques, géologiques, morphologiques et environnementales qui vont contraindre l'eau souterraine en terme d'origine, quantité, qualité et parcours dans les aquifères volcaniques. La composition chimique et isotopique de l'eau reflétant l'ensemble des processus intervenant lors du cycle de l'eau, ses variations au sein et entre les différents compartiments permettent donc de préciser le rôle de ces différents facteurs. C'est l'objet de cette thèse qui porte sur la caractérisation chimique (ions majeurs) et isotopique (δ18O, δ2H, δ13C) des différentes étapes du cycle de l'eau afin de définir le fonctionnement des aquifères sous-volcaniques de la Chaîne des Puys. Dans cette perspective, notre travail s'est articulé autour de deux thèmes : 1) la définition du signal d'entrée des aquifères régionaux, préalable indispensable à toute étude hydrogéologique, 2) l'étude du fonctionnement du bassin versant d'Argnat localisé au Nord de la Chaîne des Puys. L'étude des mécanismes d'acquisition de la chimie de la pluie (Na+, K+, Mg2+, NH4+, Ca2+, Cl-, NO3-, SO42- , PO43-, HCO3-) en fonction de son trajet longue distance (rainout), et de l'influence des paramètres météorologiques, environnementaux locaux sur le lessivage pendant la pluie (washout), montre que la majorité des pluies proviennent de l'Atlantique et du Bassin Méditerranéen et est essentiellement influencée par les éléments terrigènes (Ca2+, HCO3-) et anthropiques (NO3-,NH4+,SO42-), souvent associés (processus de neutralisation). L'influence locale sur la chimie est surtout liée aux éléments terrigènes provenant du bassin sédimentaire de la Limagne, mais l'humidité du sol, la direction et la vitesse du vent peuvent favoriser une recharge du nuage en éléments anthropiques originaires de l'agglomération de Clermont-Ferrand. L'évolution des paramètres chimiques (ions majeurs) et isotopiques (δ18O, δ2H, δ13C) entre les différents compartiments du bassin d'Argnat met en évidence le rôle de la zone non saturée dans l'alimentation de la zone saturée des aquifères volcaniques. Il apparaît ainsi que le schéma d'une alimentation verticale n'est pas simple et que le comportement de la zone non saturée se rapproche de celui d'un aquifère perché. Dans ce cas, l'existence d'un aquifère perché ne peut s'expliquer que par des circulations superposées à l'intérieur même de la coulée basaltique qui s'avère ainsi hétérogène du point de vue des caractéristiques physiques et donc de l'hydrodynamique. L'étude du transfert en zone saturée depuis l'amont vers l'aval, à partir de 10 points de prélèvements permet d'estimer, compte tenu du contexte géologique et de la topographie, la contribution relative des alimentations de haute et basse altitude. Ces venues de basse altitude modifient significativement la chimie de l'eau, notamment via des apports en éléments anthropiques tels que les chlorures et les nitrates. L'interprétation des mesures de δ13C associées aux calculs de pCO2 confirme la présence de CO2 d'origine profonde et précise sa répartition géographique dans le bassin d'Argnat.

This work is divided in two independent parts which concerns respectively: the geochemistry of lithium isotopes and the geochemical variability in South Pacific MORB. The use of lithium isotopes in the Earth sciences is firstly addressed through the study of lavas from the Chaîne des Puys. Samples from this intraplate volcanic suite can provide constraints on the values of Li isotopic composition in the lower continental crust and in the HIMU mantle beneath the Massif Central. The second study examines the behavior of Li isotopes during the cooling of lavas. In situ analysis of the isotopic composition of Li has been performed through olivine phenocrysts in a picrite sample. These analyses, conducted by ion probe, have highlighted an isotopic fractionation induced by chemical diffusion of Li into the crystals during the cooling time. The second part of this work presents the results of the PACANTARCTIC2 cruise. Major, trace element and Sr-Nd-Pb-Hf isotope data in basalts collected along the Pacific Antarctic ridge axis between 53 and 41°S, far from any hotspot influence, reveal tight coherent geochemical variations within the depleted mantle. This along ridge geochemical variability illustrates the mantle heterogeneity at different scales. These variations are closely related to the morphological segmentation of the ridge.; Ce travail est constitué de deux volets indépendants qui s'intéressent respectivement à la géochimie isotopique du lithium et à la variabilité géochimique des MORB du Pacifique sud. L'utilisation des isotopes du lithium en Sciences de la Terre est abordée dans un premier temps au travers de l'étude des laves de la Chaîne des Puys. Les échantillons de cette série volcanique intraplaque permettent d'apporter des contraintes sur les valeurs de la composition isotopique du Li dans la croûte continentale inférieure et dans le manteau d'affinité HIMU sous le Massif Central. La deuxième étude s'intéresse au comportement du Li lors du refroidissement d'une lave. Pour cela, des analyses in situ de la composition isotopique du Li ont été réalisé au travers de phénocristaux d'olivine d'un échantillon de picrite. Ces mesures ont permis de mettre en évidence un processus de fractionnement isotopique dû à la diffusion du Li dans les cristaux. Le deuxième volet de ce travail présente les résultats de la campagne océanographique PACANTARCTIC2. L'analyse des rapports d'éléments en traces et de la composition isotopique des isotopes radiogéniques (Sr, Nd, Pb et Hf) dans les basaltes collectés entre 53°S et 39°S le long de la dorsale Pacifique-Antarctique, permet d'étudier la variabilité des basaltes de dorsale loin de tout point-chaud. Cette étude mets en évidence différentes échelles d'hétérogénéités géochimiques dans la source de ces MORB. Ces variations le long de l'axe correspondent aux différents types de segmentation de la dorsale.

This work is divided in two independent parts which concerns respectively: the geochemistry of lithium isotopes and the geochemical variability in South Pacific MORB. The use of lithium isotopes in the Earth sciences is firstly addressed through the study of lavas from the Chaîne des Puys. Samples from this intraplate volcanic suite can provide constraints on the values of Li isotopic composition in the lower continental crust and in the HIMU mantle beneath the Massif Central. The second study examines the behavior of Li isotopes during the cooling of lavas. In situ analysis of the isotopic composition of Li has been performed through olivine phenocrysts in a picrite sample. These analyses, conducted by ion probe, have highlighted an isotopic fractionation induced by chemical diffusion of Li into the crystals during the cooling time. The second part of this work presents the results of the PACANTARCTIC2 cruise. Major, trace element and Sr-Nd-Pb-Hf isotope data in basalts collected along the Pacific Antarctic ridge axis between 53 and 41°S, far from any hotspot influence, reveal tight coherent geochemical variations within the depleted mantle. This along ridge geochemical variability illustrates the mantle heterogeneity at different scales. These variations are closely related to the morphological segmentation of the ridge.; Ce travail est constitué de deux volets indépendants qui s'intéressent respectivement à la géochimie isotopique du lithium et à la variabilité géochimique des MORB du Pacifique sud. L'utilisation des isotopes du lithium en Sciences de la Terre est abordée dans un premier temps au travers de l'étude des laves de la Chaîne des Puys. Les échantillons de cette série volcanique intraplaque permettent d'apporter des contraintes sur les valeurs de la composition isotopique du Li dans la croûte continentale inférieure et dans le manteau d'affinité HIMU sous le Massif Central. La deuxième étude s'intéresse au comportement du Li lors du refroidissement d'une lave. Pour cela, des analyses in situ de la composition isotopique du Li ont été réalisé au travers de phénocristaux d'olivine d'un échantillon de picrite. Ces mesures ont permis de mettre en évidence un processus de fractionnement isotopique dû à la diffusion du Li dans les cristaux. Le deuxième volet de ce travail présente les résultats de la campagne océanographique PACANTARCTIC2. L'analyse des rapports d'éléments en traces et de la composition isotopique des isotopes radiogéniques (Sr, Nd, Pb et Hf) dans les basaltes collectés entre 53°S et 39°S le long de la dorsale Pacifique-Antarctique, permet d'étudier la variabilité des basaltes de dorsale loin de tout point-chaud. Cette étude mets en évidence différentes échelles d'hétérogénéités géochimiques dans la source de ces MORB. Ces variations le long de l'axe correspondent aux différents types de segmentation de la dorsale.

Deux marqueurs distaux d’éruptions trachytiques violentes ont été découverts en relation de contemporanéité avec des niveaux archéologiques épipaléolithiques et mésolithiques. Le premier, identifié en 1995, est une coulée boueuse synéruptive, identifiée en bordure de Limagne, au sein de la Formation de Marsat, à plus de onze kilomètres de son volcan source le puy Chopine. Le second, Téphra de la Rodde ou Téphra CF7, observé depuis 1997 sur plusieurs coupes de Limagne, présente un faciès original à fragments trachytiques anguleux centimétriques, témoins de l’explosion d’un dôme trachytique, mis en place par retombée directe ou inclus dans des faciès proximaux de coulées pyroclastiques. Au cours du Boréal, la Limagne occidentale a donc enregistré au moins deux épisodes éruptifs trachytiques violents de la Chaîne des Puys. Ces éruptions ont touché directement des occupations mésolithiques et ont affecté profondément les biotopes. Two eruptive markers of trachytic geochemistry have been identified in close relationships with Epipalaeolithic and Mesolithic archaeological layers. A syneruptive mudflow related to the eruption of puy Chopine was identified in 1995 at Marsat, eleven kilometres from the source-volcano, on the Limagne border. Another tephra, named Tephra de la Rodde or CF7, has been observed since 1997 in several sections in the Limagne plain. It is characterized by angular centimetric fragments generated by a dome explosion, either included in pyroclastic flows or emitted as a fall. During the Boreal, two main violent trachytic eruptions of the Chaîne des Puys had a direct impact upon environments and Mesolithic occupations of the Limagne.

Copyright © 2002 by the author(s). The author(s) of this document and the organizers of the conference have granted their consent to include this abstract in Atlas Conferences Inc.http://atlas-conferences.com/cgi-bin/abstract/caji-22; Late Glacial and Holocene volcanic activity of the Chaîne des Puys had a severe impact on the Limagne plain. An important phase of trachy-andesitic activity was followed by several trachytic volcanic eruptions. Between the Older Dryas and the Atlantic Period, at least ten major pyroclastic formations affected the plain of the Limagne d'Auvergne and they have been preserved in various depositional contexts. Their ejections contributed to the fill of the Limagne hollows and greatly disturbed the regular evolution of these. The volcanic events are useful isochronic markers that have helped construct a detailed tephrostratigraphic framework and their impact on the botanical environment has also been quantified.Archaeological investigations demonstrate that a few Magdalenian and Mesolithic sites were directly affected by tephra falls. For example Les Roches Tephra reached Abri Durif at Enval, 30 km to the southeast of its source which was Puy de la Nugère; the Marsat syneruptive mud-flow extended 11 km from it's volcano source, Puy Chopine, and covered an epipaleolithic site on the edge of the Limagne plain ; the CF7 Tephra, represented by centimetric angular fragments of trachyte noticed in several sections studied to the North-east, East and South of Clermont-Ferrand, resulted from the explosion of a trachytic dome affecting a Sauveterrian camp. Archaeologists must now determine the precise consequences of the stress on the economy of the successive prehistoric groups who were directly affected by this volcanic activity.

L’établissement d’une chronologie précise des différents événements climatiques du Tardiglaciaire et de l’Holocène nécessite l’emploi de différents moyens de datation. Parmi ceux-ci, la téphrochronologie apparaît comme un outil permettant à la fois une datation précise et une synchronisation à l’échelle inter-régionale de ces événements. Dans le cadre de l’étude de l’enregistrement des variations du climat ayant régné en Europe de l’Ouest durant les 20 000 dernières années, des niveaux de téphras et de « cryptotéphras » ont été détectés dans des remplissages de lacs situés dans les massifs du Jura, des Vosges et sur le Plateau suisse. Certains de ces niveaux étant invisibles à l’œil nu, leur détection a été rendue possible grâce à l’emploi de la mesure de la susceptibilité magnétique à un pas de 5 mm. Nos observations permettent de compléter l’extension géographique de la bordure ouest du nuage de dispersion méridional du Laacher See Tephra (env. 12900 ans, Eifel, Allemagne) déjà observé dans d’autres remplissages lacustres du Jura et de l’Europe de l’Ouest et du Nord. Dans les sites étudiés, les échardes de verre volcanique présentent des compositions chimiques comparables à celles des phases les plus jeunes du Laacher See Tephra. D’autres niveaux de téphras, non répertoriés jusqu’à présent dans cette région, ont été détectés et caractérisés. Deux niveaux, très discrets et uniquement présents dans les sites du massif du Jura et du Plateau suisse, sont caractérisés par des âges et compositions chimiques de phénocristaux compatibles avec les produits émis par le Puy de la Nugère (Chaîne des Puys, France) pendant l’Allerød (autour de 13300 ans). Les sites du massif des Vosges, quant à eux, sont caractérisés par l’occurence d’un téphra rhyolitique, le Vedde Ash (env. 12000 ans), déposé durant le Dryas récent. Actuellement, il s’agit là de l’occurence la plus méridio‑occidentale de ce téphra. Nos résultats complètent la téphrochronologie tardiglaciaire de l’Est de la France et offrent donc un « pont » chronologique supplémentaire entre les séquences sédimentaires nord- et centreeuropéennes et celles situées plus à l’ouest. Ils soulignent l’importance du Laacher See Tephra et du Vedde Ash pour les études paléoenvironnementales dans cette partie de l’Europe puisque ces deux téphras encadrent la limite Allerød - Dryas récent et permettent, pour cet intervalle de temps, de pallier l’absence de données radiochronologiques. Establishment of a precise chronicle of the lateglacial and holocene climatic variations requires the use of various dating methods. Among them, tephrochronology allows high-resolution dating and synchronization of these events at a regional scale and sometimes at a continental scale. Study of the record of the climatic variations occuring in western Europe since twenty thousands years leads to the discovery of tephras levels and “cryptotephras” in sediments cored in lakes from the Jura and Vosges mountains, and the Swiss plateau. Some of these levels are invisible to the naked eye. Their detection was obtained using magnetic susceptibility measurement with a 5 mm step along the cores. Our observations allow to complete the western boundary of the southern distribution of the Laacher See Tephra (ca. 12,900 yr, Eifel, Germany). This tephra has been already described in others lacustrine sequences from the Jura and the western and northern Europe. In the sites we have studied, the volcanic glass shards show geochemical compositions comparable to those of the youngest phases of the Laacher See Tephra eruption. Other tephra levels, never described in this region until then, have been detected and characterized. Two very discrete tephra levels, only observed in sites from the Jura and the Swiss plateau, present ages, mineral assemblages and chemical compositions close to those of tephras that were emitted by the Puy de la Nugère (Chaîne des Puys, France) during the Alleröd (about 13,300 yr). Sites from the Vosges mountains are characterized by the occurrence of the rhyolitic Vedde Ash (ca. 12,000 yr, from the icelandic Katla volcano), deposited during the Younger Dryas. Presently, this is the most southwestern occurrence of the Vedde Ash. Our data make up the Eastern France Lateglacial tephrochrology and offer an additional chronological bridge between sedimentary sequences from northern and central Europe and those situated more westerly. They show the importance of the Laacher See Tephra and the Vedde Ash for palaeoenvironmental studies in western Europe since they are flanking the AllerödYounger Dryas transition and allow to compensate the lack of radiochronological data.

The target of this work was to explore the impact of the atmospheric CO2 variations on Scots pine (Pinus sylvestris L.) dynamics occurring in two French sites: the plateau de Caussols (Mediterranean bioclimate) and the Chaîne des Puys (Mountain-Oceanic bioclimate). To this end, we built a spatial individual-based model (AFFORSIMulator) which simulates the extension of Scots pine forest on abandoned lawns. This model takes into account inter-tree competition by computing the light occultation the trees endure from their neighbours. Individual tree growth is based on classical differential equations, weighted by the photosynthetic production calculated from both the atmospheric annual CO2 concentration and the light value. Three scenarios simulating the variations of the atmospheric CO2 through time were implemented. The results of the model mainly suggest that even if the Pine settlement is faster under Mediterranean conditions than Oceanic ones, stand parameters really depend on the way the atmospheric CO2 will change through time. For instance, the model showed that the Chaîne des Puys site may become a greater wood producer that the plateau de Caussols site in the context of a rapid variation in the close future., Le but de ce travail est d`explorer l`impact des variations en CO2 atmosphérique sur la dynamique de colonisation par le pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) dans deux sites français: le plateau de Caussol (bioclimat montagnard méditerranéen) et la Chaîne des Puys (bioclimat montagnard océanique). Dans ce but, nous présentons un modèle spatial individu - centré (AFFORSIMulator) qui simule la colonisation du pin sylvestre sur pelouses abandonnées. Ce modèle prend en compte la compétition entre les arbres par le calcul de l`occultation de la lumière que subissent les arbres par leurs voisins. La croissance individuelle est modélisée à partir d`équations différentielles classiques pondérées par la production photosynthétique calculée à partir de la concentration atmosphérique annuelle en CO2 et de la lumière. Trois scénarios simulant les variations du CO2 atmosphérique en fonction du temps sont testés. Les résultats du modèle suggèrent que même si la colonisation par le pin est plus rapide en climat méditerranéen qu`en climat océanique, les paramètres du peuplement dépendent de la façon dont le CO2 atmosphérique évolue au cours du temps. Par exemple, le modèle montre que le site de la Chaîne des Puys peut offrir une production en bois supérieure au site du plateau de Caussol dans le cas d`une variation rapide du CO2 dans le proche futur.

The Chaîne des Puys, a mid-elevation volcanic massif of the French Massif Central, has been the subject of large-scaled field abandonment the past five decades leading to tree colonization, especially by Scots pine and silver birch. Monospecific woodlands have thus naturally established on past croplands, pastures and heathlands. They often exhibited narrow and unimodal distributions of age whose origin could be explained by a low resistance of the initial ground vegetation after grazing cessation. Woodlands differed in their dendrometric characteristics, floristic composition and soil properties according to past land-use. Stands on past croplands, were less dense but with a more developed shrub layer and showed a greater abundance of nutrient-demanding species. Their soils have a lower C/N ratio, a higher nitrate content and a higher nitrate production. Former agricultural use appears therefore to be a key-component to understand stand development, present vegetation composition and soil fertility of naturally established woodlands., La Chaîne des Puys, moyenne montagne volcanique, a été soumise à des abandons de terres agricoles sur une large échelle au cours des cinq dernières décennies, ce qui a conduit à une colonisation forestière en particulier par le pin sylvestre et le bouleau verruqueux. Des peuplements forestiers spontanés et monospécifiques se sont donc formés sur d`anciennes cultures, landes ou pâtures. Ils se caractérisent souvent par une distribution des âges unimodale et resserrée dont l`origine réside dans la faible résistance à la colonisation ligneuse de la végétation en place après abandon. Ces peuplements diffèrent, en fonction des usages passés, dans les caractéristiques dendrométriques, les compositions floristiques de la végétation au sol et les propriétés des sols. Les peuplements sur anciennes cultures sont moins denses mais présentent un sous-étage plus abondant ainsi qu`une végétation plus nitrophile. Leurs sols ont un ratio C/N plus bas, un plus fort taux de nitrates et une production de nitrates plus élevée. L`usage ancien apparaît comme un facteur clé pour comprendre actuellement la structure des peuplements, la composition de la végétation et la fertilité des sols dans les boisements spontanés.

pdf du manuscrit. Contacter l'auteur pour une version illustrée.; Reconnaissance des éruptions de la Chaîne des Puys par l'étude des retombées distales de cendres volcaniques enregistrées dans les dépôts de la plaine de Limagne.