Academic literature on the topic 'Volcanisme – Environnement – Régions tropicales'

En l’espace de quelques années, ce terme a non seulement envahi la littérature scientifique - au point d’être l’éponyme de la revue Anthropocene créée en 2013 –mais il est aussi devenu familier dans le débat public. On en trouve la trace dès les années 1990, et on pourrait en chercher la genèse dans la notion de noosphère promue par le minéralogiste Vladimir Vernadski et par Teilhard de Chardin, mais ce sont les Prix Nobel Paul Crutzen et Eugene Stoermer (2000) qui l’ont formellement proposé pour désigner l’époque géologique contemporaine, caractérisée par une influence croissante de l’humanité sur son environnement, concomitamment à l’explosion démographique de notre espèce. Selon l’acception qu’ils ont alors donnée à ce terme, cette époque succéderait à l’Holocène. La période charnière serait la fin du XVIIIe siècle (Steffen et al. 2011), qui voit l’invention du moteur à vapeur par James Watt (en 1784) et le début de la révolution industrielle en Europe. Les effets anthropiques sur la nature sont alors devenus tout à la fois intenses et étendus à toutes les régions du monde. Il y a en premier lieu la transformation des sols, érodés et artificialisés, dont l’évidence stratigraphique (Price et al.2011) pourrait justifier à elle seule l’invention de la nouvelle ère géologique. Mais il y a aussi la pollution, l’acidification des océans, la perturbation du cycle des éléments (charbon, nitrogène, phosphore, de nombreux métaux), l’augmentation dans l’atmosphère de la concentration en CO2, N2O, CH4, le changement climatique, la déforestation, l’attrition prononcée des forêts tropicales, la domestication des plantes et des animaux, l’extinction de nombreuses espèces vivantes (Dirzo et al. 2014) avec, peut-être, de nouveaux processus de spéciation et d’hybridation (Thomas 2013), etc.

Les grandes éruptions volcaniques affectent le climat en injectant du dioxyde de soufre gazeux dans la stratosphère qui se transforme en aérosols sulfatés. Ces aérosols ont le pouvoir de réchauffer la stratosphère entraînant un refroidissement de la troposphère en réfléchissant le rayonnement solaire. Depuis l’éruption du Pinatubo en 1991, qui a entraîné un refroidissement global de 0,4◦C, les observations ont montré que la stratosphère a été régulièrement impactée par des éruptions volcaniques de magnitude modérée à l’échelle de l’hémisphère, mais que ces événements ont été moins bien documentés dans les tropiques. Des simulations par le modèle global WACCM-CARMA incluant les cycles chimiques et microphysiques du soufre, ont été effectuées durant nos travaux de thèse pour étudier la variabilité de la teneur en aérosols stratosphériques dans les tropiques sur la période 2013-2019. Il ressort des simulations que les événements volcaniques de la période (Kelud, Calbuco, Ambae, Raikoke et Ulawun) ont influencé de manière significative la couche d’aérosols dans les tropiques, soit par injection directe, soit par transport depuis des latitudes éloignées
Large volcanic eruptions affect the climate by injecting sulphur dioxide gas into the stratosphere which is converted to sulphate aerosols. These aerosols have the power to warm the stratosphere, cooling the troposphere by reflecting solar radiation. Since the Pinatubo eruption in 1991, which resulted in a global cooling of 0.4◦C, observations have shown that the stratosphere has been regularly impacted by volcanic eruptions of moderate magnitude on a hemispheric scale, but that these events have been less well documented in the tropics. During our research, we carried out simulations by the global model WACCM-CARMA, including chemical and microphysical cycles of Sulphur to study the variability of stratospheric aerosol content in the tropics over the period 2013-2019. The simulations show that the volcanic events of the period (Kelud, Calbuco, Ambae, Raikoke and Ulawun) have significantly influenced the aerosol layer in the tropics, either by direct injection or by transport from distant latitudes

Les technologies environnementales socialement appropriees mises au point avec la participation active de : - la communaute concernee, - les conceillers techniques et scientifiques, et - les decideurs locaux et nationaux, peuvent aider a ameliorer et preserver : - la sante publique, - l'environnement naturel el artificiel, et - le developpement socio-economique-culturel dans les regions tropicales
The socially appropriate environmental technologies set up with the active participation of : - the concerned community, - the scientific and technical counsellors, and - the local and national decision makers, can help to improve and to preserve : - the public health, the natural and artificial environment, and - the socio-economic-cultural development in the tropical regions

La complexité du climat repose en grande partie sur le cycle de l'eau. Dans les tropiques,l'eau atmosphérique est un paramètre clef,60% des précipitations globales ont lieu dans lestropiques. La compréhension du cycle de l'eau atmosphérique à l'échelle globale passe par l'utilisation d'observations satellites. Le satellite franco indien Megha-Tropiques, lancé en 2011, permet d'étudier pour la première fois des observations simultanées de l'humidité et de la pluie. La première partie de la thèse consiste en l'étude de l'impact d'un cyclone sur son environnement. Pour cela, un cas d'étude a été sélectionné (typhon Bopha) et undiagnostique a été réalisé pour étudier la production/ consommation d'humidité et de chaleur dans le typhon. La seconde partie de la thèse consiste en l'étude des relations entre les nuages et l'humidité dans la haute troposphère. Cette étude est réalisée au-dessus de l'océan Indien (entre 2011 et 2014) et au-dessus du Sahel (entre 2012 et 2015)
The complexity of the climate depends largely on the water cycle. In the tropics, atmosphericwater is a key parameter, 60% of global rainfall occurs in the tropics. The understandingof the atmospheric water cycle on a global scale need to use satellite observations. The Indo-French satellite Megha-Tropiques, launched in 2011, allows to study for the _rst time simultaneous observations from moisture and rain. The _rst part of the thesis is the study of the impact of a hurricane on its environment. For this, a case study was selected (Typhoon Bopha) and a diagnosis was performed to study the production / consumption of moisture and heat in the typhoon. The second part of the thesis is the study of the relationshipbetween clouds and humidity in the upper troposphere. This study was conducted over the Indian Ocean (between 2011 and 2014) and over the Sahel (between 2012 and 2015)

Dans certaines régions du plateau central brésilien, les parties déprimées du paysage sont fréquemment caractérisées par un microrelief très typique, du à l'association de monticules coniques de tailles très variables que l'on appelle murundus. Ce travail discute de l'origine de ces formations et des relations sols-microrelief dans une de ces régions du Brésil Central. Il est montré que la couverture pédologique de cette région s'organise en toposéquences de couleur, suite à des modifications des teneurs en hématite et en goethite. Mises à part ces variations, les sols y sont très homogènes en ce qui concerne la microstructure, la minéralogie et les propriétés physico-chimiques. Dans ces toposéquences, le microrelief murundus n'existe que dans les parties saisonnièrement engorgées. L'origine proposée pour ces formations est basée sur l'observation que, plus les sols sont affectés par l'hydromorphie saisonnière, plus évidents sont, sur les murundus, les témoignages des activités termitiques. Les monticules résulteraient de l'accumulation de matériel sous-jacent au cours de constructions et destructions cycliques de termitières installées hors du niveau engorgé. Il est montré que plusieurs espèces de termites participent à l'édification de ce microrelief

L'atmosphère tropicale est un système complexe de processus dynamiques et thermodynamiques. A cela, s’ajoute un forçage radiatif dû aux gaz à effet de serre anthropiques et au réchauffement climatique qui en résulte. Les projections climatiques supposent souvent que le paramètre de rétroaction est constant dans le temps, de sorte que les changements de flux radiatif sont proportionnels aux changements de température de surface. En fait, les incertitudes de projections sont associées à la réponse du cycle de l’eau atmosphérique au réchauffement de la surface et motivent ainsi la nécessité de mieux comprendre les processus liant les nuages, la circulation de l’eau atmosphérique et le climat.Ce travail vise à améliorer notre compréhension de la co-variabilité des température de surface de la mer (SST), humidité relative (HR), nuages ​​et précipitations, à différentes échelles temporelles et spatiales dans la ceinture tropicale (30°N à 30°S). Il repose sur un ensemble unique de mesures de journée (13h30) de haute résolution verticale qui regroupe le profil HR, les caractéristiques des nuages ​​et les précipitations près de la surface fournis par le radiomètre micro onde SAPHIR, le lidar CALIOP et le radar CPR. Ces données ont une résolution horizontale de 1° par 1° et couvrent la période de 2012 à 2018. Elles sont associées aux champs de SST et de vitesse verticale de l'atmosphère des réanalyses ERA5.Cet ensemble de données a été exploré selon deux axes:(i) Le premier axe était focalisé sur la co-évolution des profils de HR, de la couverture nuageuse et de la SST, sous contrainte de circulation à grande échelle en exploitant l’échelle instantanée de variation. À notre connaissance, il s’agit d’une première analyse intégrant entièrement des observations de la réponse du cycle de l’eau atmosphérique tropicale à la SST à cette échelle. Des relations physiques sont établies pour les différents régimes de circulation de grande échelle, et leurs caractéristiques se maintiennent avec la variabilité naturelle du climat (comme El Niño-Southern Oscillation). Ainsi, le régime subsident est caractérisé par une troposphère libre sèche et une décroissance, avec l’augmentation de la SST, de la fraction de nuages opaque de phase liquide, et un refroidissement prévu par ciel clair avec SST. Le régime ascendant est caractérisé par des variations non linéaires de la fraction de nuages de phase glacée et d'HR de la troposphère avec un maximum autour d’une SST de 302 K, ce qui implique des impacts non linéaires sur les flux radiatifs.(ii) Le deuxième axe qui a été considéré portait sur l'hypothèse de facteurs de rétroaction invariants dans le temps aux échelles journalière, mensuelle, saisonnière et annuelle. Les taux de changement de l'humidité relative et des caractéristiques des nuages ​​avec la SST définis à l'échelle globale (océans tropicaux) sont comparés aux taux de changement calculés localement, sur chaque point de la grille. Ainsi, à l'échelle globale, les changements en profil de HR et en température des nuages de glace sont peu significatifs , tandis que la couverture de nuages opaques diminue et que l'altitude des nuages ​​de glace augmentent. Ces résultats suggèrent un renforcement du refroidissement radiatif de ciel clair avec la SST, alors que la température d'émission des nuages est invariante, ce qui est à la base de certaines hypothèses sur le fonctionnement de l’atmosphère tropicale. Ces résultats mettent en évidence des différences significatives en fonction de l'échelle de temps considérée, et qui peuvent ainsi être utilisés comme diagnostic pertinent pour l'évaluation des modèles climatiques. Une première analyse du modèle climatique de l’IPSL a été réalisée et souligne l'intérêt de tels diagnostiques basés sur des observations
The tropical atmosphere is a complex system of dynamic and thermodynamic processes. Superimposed on these complexities is a radiative forcing due to anthropogenically emitted greenhouse gases and a resulting global warming. Climate projections often assume that the feedback parameter is constant in time, so that changes in radiative flux are proportional to changes in surface temperature. Projection uncertainties are associated with the atmospheric water cycle’s response to surface warming, and motivate the need to better understand processes linking clouds, circulation of atmospheric water and climate.This work aims to improve our understanding of the covariability of sea surface temperature (SST), relative humidity (RH), clouds and precipitation, on different temporal and spatial scales in the tropical belt (30°N-30°S). It relies on a unique synergistic dataset of high vertical resolution that measures the daytime (01:30 pm) RH profile, cloud characteristics and near-surface precipitation provided by the microwave radiometer SAPHIR, the CALIOP lidar and the CPR radar. This dataset has a 1° by 1° horizontal resolution and covers the time period 2012 to 2018. It is associated to SST and atmospheric vertical velocity fields of the ERA5 reanalysis.The synergistic dataset was explored along two scientific questions:(i) The first question concerned the instantaneous timescale and the co-evolution of RH profiles, cloud cover and SST, under large-scale circulation constraint. To our knowledge, this is the first comprehensive observational view of the tropical atmospheric water cycle’s response to SST on the instantaneous timescale. Different physical relationships are established for the different large-scale circulation regimes, and their characteristics are robust to natural variability (such as El Niño-Southern Oscillation). The descending regime is characterized by a dry free troposphere and decreasing opaque liquid cloud cover with SST, and an expected clear-sky cooling with SST. In contrast, the ascending regime is characterized by a nonlinear response in ice cloud cover and free-tropospheric RH with SST that peak around the 302 K SST, which likely induce nonlinear responses of the radiative fluxes.(ii) The second question addressed the assumption of timescale-invariant feedback factors on daily, monthly, seasonal and annual scales. Rates of changes of RH and cloud characteristics with SST defined on the global scale (tropical oceans) are compared to rates of changes computed on the grid box scale. On the global scale, negligible changes are observed in the RH profile with SST, opaque cloud cover decreases, and ice cloud altitudes rise with SST with little change in cloud temperature. These results suggest an enhanced clear-sky radiative cooling with SST, whilst cloud emission temperatures are invariant, as discussed in some assumptions on the tropical atmosphere. Overall, the results highlight significant differences according to the timescale considered for computing global scale rates of changes, which can be used as a strong diagnostic in the evaluation of climate models. Following this, a first analysis of the IPSL model was performed and shows the interest of such diagnostic based on observations

L’objet de cette thèse est l’étude des comportements mécanique et à la corrosion d’un nouveau système de fondation, dit pieux SPIRMEC, adapté aux structures légères. Le travail s’est focalisé sur deux grands aspects. Le premier aspect concerne l’analyse du comportement sous chargement axiale des pieux SPIRMEC sur la base de l’expérimentation et de la modélisation numérique dans un sol mou non cohésif. Quant au deuxième aspect, il traite du problème de la corrosion de l’acier constituant le pieu dans un environnement tropical humide. Le comportement des pieux SPIRMEC sous une charge axiale de traction, dans un sol fin non cohésif, a montré le développement d’une surface cylindrique de rupture. Celle-ci ne dépend pas de la configuration géométrique des pieux tel que : l’espacement S, le diamètre d’hélice Dh et le diamètre du tube d. En adoptant ce critère de rupture et à l’aide d’une analyse statistique des données, nous avons proposé quatre méthodes analytiques de prédiction de la capacité portante des pieux SPIRMEC à partir des essais in-situ et au laboratoire qui sont: • Méthode CPT basée sur la résistance de pointe pénétromètrique (essai CPT), • Méthode MPT basée sur la pression limite pressiomètrique (essai MPT), • Méthode du couple d’installation, • Méthode analytique basée sur les paramètres de cisaillement de sol notamment l’angle de frottement interne (essais triaxial et boîte de cisaillement). Ces méthodes tiennent compte de la géométrie du pieu, du procédé de mise en oeuvre et de la compacité du sol. L’analyse de performance des méthodes proposées a montré que les méthodes analytique et CPT représentent mieux le comportement des pieux testés. La modélisation numérique du comportement des pieux SPIRMEC sous charge axiale de traction a été également étudiée à l’aide du code de calcul Plaxis 2D. Un modèle axisymétrique a été adopté pour modéliser la géométrie de la structure. Le modèle de comportement hardening soil a été retenu pour modéliser le comportement élastoplastiq des couches de sol. Un modèle élastique linéaire a été retenu pour le pieu. Quant au comportement de l’interface sol-structure, il a été pris en compte par un modèle élastoplastique basé sur les critères de Mohr-Coulomb. L’expansion du sol résultant de l’installation des pieux a été approchée par une cavité cylindrique. Cette dernière a été modélisée par des déformations volumiques anisotropes. Nous avons constaté, qu’appliquer une déformation volumique de l’ordre de 40% permet une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux. L’étude paramétrique nous a également permis de constater l’existence d’une variation linéaire entre la capacité portante et l’espacement S. Le comportement de l’acier galvanisé dans le sol a été également étudié au moyen de trois approches: électrochimique, visuelles grâce au microscope électronique et gravimétrique. Les tests électrochimiques de corrosion du zinc ont été réalisés dans la solution de sol artificielle pour deux périodes bien distinctes : saison des pluies et après 8 mois de contact sol-pieu. Une forte dépendance est constatée de la vitesse de corrosion de zinc au pH et à la conductivité de la solution. La vitesse de corrosion est plus importante en saison des pluies qu’après 8 mois de contact de pieu avec le sol. Les fortes concentrations en sulfates semblent augmenter la vitesse de corrosion. Les analyses menées au MEB montrent que la zone de fluctuation de nappe et en surface externe (sol/air) sont les zones les plus corrodées. La comparaison entre les différentes techniques d’évaluation de la vitesse de corrosion a montré que l’eau de nappe peut être utilisée comme un milieu représentatif du profil chimique d’un sol non cohésif et légèrement granulaire
The purpose of this thesis is to study the both behaviors mechanical and of the corrosion of a new foundation system, called spirec piles, for lightweight structures. The work was based on two main aspects. The first aspect concerns the analysis of behavior of the spirmec piles under axial loading on the basis of experimental and numerical modeling in a non-cohesive soft soil. On the second aspect, it addresses the problem of corrosion of steel forming the pile in a humid tropical environment. The behavior of the tested piles under axial traction load, in a non-cohesive soil, showed the development of a cylindrical surface of failure. This does not depend on the geometrical configuration of the tested piles such that: the spacing s, the helix diameter dh and the diameter of the shaft. By adopting this failure criterion and using statistical data analysis, we proposed four analytical methods for predicting the bearing capacity of the piles from in-situ and laboratory tests, which are: cpt method based on tip resistance penetrometer (cpt test), mpt method based on pressuremeter limit pressure (test mpt), method of installation torque and analytical method based on the shear parameters of soil (triaxial tests and shear box). These methods take into account the geometry of the pile, the method and implementation of soil compaction. Performance analysis of the proposed methods showed that the analytical methods and cpt represent better the behavior of piles tested. An axisymmetric condition was assumed to model this geometry in two-dimensional space. In this study, we proposed to model the pipe screw pile with plates elements available in plaxis 2d. The helixes were modeled as circular disks. Interface elements were incorporated along the pile to simulate the soil-pile interaction. Hardening soil model was chosen to describe the soil with drained behavior was assigned for all layers. Linear elastic for pile and elastic plastic model based on the mohr-coulomb criterion was used to describe the interface behavior. The lateral expansion generated by the pile shaft was modeled by anisotropic volumetric strains (ɛxx=ɛzz, ɛyy=0). The pile behavior under tensile loading at different volumetric strains, it is clear that the best fit was obtained at volumetric strain of 40%. The parametric study also allowed us to establish the existence of a linear variation between the bearing capacity and spacings. The behavior of the galvanized steel in the ground has also been studied using three approaches such as: electrochemical, microscopic imaging and gravimetrically. Electrochemical tests of the corrosion of the zinc have been made in artificial soil solution into two periods, the rainy season and after eight months of contact soil-pile. Is a strong dependence of the observed corrosion rate of the zinc at the ph and conductivity of the solution. The corrosion rate is higher in the rainy season compared to eight months of contact of the pile with soil. High sulfate concentrations increase the rate of corrosion. The meb analysis shows that the fluctuation zone of the water table is the most corroded area. Comparison between the different methods of evaluating the corrosion rate showed that the ground water may be used as a representative profile of the chemical environment of a non-cohesive soil and slightly granular

Les sols représentent environ 63% des émissions de N2O et à eux seuls les sols tropicaux représentent 23% de ce budget soit une contribution bien plus élevé que les sols tempérés. Ces sols sont connus pour abriter une grande biodiversité d'invertébrés dominés par quatre types i.e. termites, vers de terre, fourmis et larves de scarabaeid. Ces groupes macrofaunal sont considérés comme des ingénieurs des sols via notamment leurs actions de régulation de la disponibilité des ressources chimiques, tels que l'azote minéral pour les micro-organismes. Cette régulation est due à leurs capacités de digestion spécifiques de la matière organique ainsi que la création et/ou la modification des habitats des sols. Cette étude est basée sur l'hypothèse suivante (i) l'environnement digestif et les structures biogéniques de ces ingénieurs du sol sont considérées comme des « hot spot » d' émissions de N2O (ii) les taux d'émission de N2O varient en fonction de leurs régimes alimentaires, cette macrofaune ingérant des substrats avec différents C:N (iii) le taux d'émission de N2O de chaque invertébré est corrélé à la densité des communautés bactériennes digestives impliquées dans l'émission de N2O (bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes) et à leur teneur en azote minéral dans leur tube digestif. Pour évaluer ces différentes hypothèses, des mesures des taux d'émission de N2O ont été effectuées in vitro en aérobiose pour la macrofaune (30 espèces différentes en provenance d'Afrique, d'Amérique du Sud et d'Europe) et leurs matériels biogéniques associées (nids, turricules). L'abondance des gènes fonctionnelles des bactéries nitrifiantes (AOA et AOB) et dénitrifiantes (nirK, nirS, nosZ) ont été quantifiés par PCR quantitative. Les termites humivores et champignonnistes ainsi que les larves de scarabaeid émettent des quantités significatives de N2O alors que les fourmis n'en émettent pas. Quand aux termites xylophages et litièrivore, ils absorbent le N2O. Les structures biogéniques des vers de terre (turricules) et des fourmis (nid) émettent des quantités importantes de N2O ce qui n'est pas le cas des nids de termites. La faune du sol et leurs structures biogéniques associées, sont donc, dans la majorité des cas étudiés, un lieu d'émission de N2O, confirmant ainsi notre première hypothèse. Ce travail a également démontré qu'il y a avait une étroite corrélation entre régime alimentaire et intensité de l'émission de N2O au sein de chaque type de macrofaune étudié. En revanche, l'abondance des gènes des communautés digestive nitrifiantes et dénitrifiantes et le contenu en N minéral au sein du tube digestif ne semblent pas être des proxies pertinents des émissions de N2O. A partir de ces mesures, des calculs ont été effectuées pour déterminer l'importance de ces émissions à l'échelle des écosystèmes tropicaux étudiés (forêt et savane). Ces calculs suggèrent que la macrofaune du sol dans ces écosystèmes pourrait contribuer entre 0,1 à 11,7% et 0,1 à 8,8% du budget total des émissions de N2O, respectivement. Les résultats de ces travaux devraient contribuer à une meilleure prise en compte de la composante biotique dans la modélisation des émissions de gaz à effet de serre provenant des sols en milieu tropical
Soils account for about 63% of N2O emissions. Tropical soils are estimated to emit 23% of global N2O emission budget which is much higher than temperate soil N2O emissions. These soils also harbor a huge biodiversity of invertebrates dominated by four types of macrofauna i.e. termites, earthworms, ants and scarabaeid grubs. These macrofaunal groups are considered as soil engineers because they regulate the availability of chemical resources, like mineral nitrogen, for the microorganisms via their specific digestion capabilities and/or by creating and modifying soil habitats. This study is based on the following hypothesis (i) the gut environment or biogenic structures of these soil engineers are considered as hotspots of N2O emission (ii) the N2O emission rates will vary according to their feeding behavior as these macrofauna thrive on diverse substrates with different C:N ratio (iii) the rate of N2O emission in each soil fauna will also depend on the gut density of the bacterial communities involved in the N2O emission (nitrifiers and denitrifiers) and on the mineral nitrogen content within the gut. To assess these different hypotheses in-vitro short-term N2O emission rates were assessed for either live macrofauna (30 species collected from Africa, South America and Europe) or their biogenic materials or both under aerobic incubations. Genes abundance of nitrifiers (AOA and AOB) and denitrifiers (nirK, nirS, nosZ) were quantified by real time quantitative PCR. Soil-feeders and fungus-growing termites and scarabaeid grubs emitted in-vivo N2O while ants did not. Surprisingly, wood- and grass-feeding termites revealed an uptake of N2O. Biogenic structures of earthworms and ants emitted substantial amount of N2O while those of termites did not. The emission difference between macrofauna or their biogenic materials and their control materials was significant for most of the macrofaunal groups studied confirming our first hypothesis. We also confirmed that the feeding behavior (total N content and C:N ratio of food material) is the main factor explaining the observed N2O emission pattern of each macrofaunal group investigated whereas genes abundances, particularly of denitrifiers and gut N mineral content did not appear to be relevant proxies of the N2O emissions rates. A back-on-the-envelope data upscaling suggests that soil macrofauna could contribute from 0.1–11.7% and 0.1–8.8% of the total soil N2O emissions, respectively, for the tropical rainforest and dry savanna ecosystems. This work should contribute to a better estimation of the soil biotic compartment in the different models of greenhouse gas emissions from tropical soils