Rozprawy doktorskie na temat „Fonds marins – Géologie”

Une large part des deformations observees dans les marges actives est liee a la subduction des reliefs du plancher oceanique (volcans sous-marins, rides et plateaux volcaniques). Afin d'etudier les mecanismes et la cinematique de ces deformations, nous avons analyse des donnees geophysiques provenant de campagnes oceanographiques et des donnees experimentales issues de modelisations analogiques. L'etude des deformations en trois dimensions de la structure interne de la marge a permis de mettre en evidence le role majeur que joue la subduction des reliefs oceaniques dans l'evolution structurale de la plaque chevauchante et dans les transferts de matiere au sein de la marge. La subduction de ces asperites engendre un champ de contraintes caracteristique qui se traduit par un soulevement et un poinconnement de la marge en avant du relief qui subduit, suivie par une phase de subsidence tres rapide en arriere. La propagation du niveau de decollement basal est fortement perturbee par la subduction du relief et se traduit par la formation d'une zone abritee dans son sillage. Une partie du front de la marge est alors entrainee en subduction en arriere du relief puis finalement sous-plaquee a la base de la marge. L'intense fracturation de la marge favorise aussi l'expulsion des fluides et a probablement pour consequence une diminution de la pression de fluide au niveau du decollement basal et donc une augmentation locale du couplage mecanique inter-plaque.

La Mer du Japon s'ouvre en bassin "Pull-Apart" entre deux zones décrochantes dextres N-S. La déformation contemporaine de l'ouverture est décrite à Sakhaline et dans le Japon Sud-Ouest. L'étude du champ de contraintes le long de la zone décrochante Est-Mer du Japon permet de conclure qu'il subit l'influence de la subduction au Sud et évolue indépendamment au nord. La composante décrochante de la déformation est reliée à la déformation de l'Asie. La synthèse des données de fracturation autour de la mer du Japon montre la cohérence des directions du champ de contraintes Miocène inférieur et moyen, en accord avec le modèle d'ouverture en bassin Pull-Apart. La distribution des rotations paléomagnétiques est liée au champ de déformation: horaires dans les zones de déformations néogènes dextres et dans le Japon SO, et anti-horaires dans les blocs non déformées du Japon NE. Nous proposons que 30 de la rotation du Japon SO sont dus à l'ouverture asymétrique de la Mer du Japon, et que 15 sont dus au cisaillement dextre du Japon SO et absorbés localement. La ligne tectonique médiane du Japon SO est une faille de second ordre pendant l'ouverture à un jeu normal senestre. Des expériences de modélisation analogique d'indentation, réalisées pour tester l'interaction de la collision et de l'extension dans la déformation continentale, suugèrent un modèle reliant l'ouverture de la Mer du Japon à la collision Inde-Asie. Une large zone de cisaillement senestre d'orientation NE accommode la remontée vers le NE de L'Asie par rapport à la Sibérie. La zone de cisaillement dextre de la Mer du Japon est incluse dans cette zone de cisaillement senestre limitée au sud et au nord par le Qinling Shan et les monts Stanovoi. Elle accommode la rotation anti-horaire de blocs continentaux et l'ouverture de la mer du Japon. La rotation anti-horaire du Japon NE est attribuée au cisaillement senestre

Dans une problématique de réinterprétation géodynamique de la zone de suture Yarlung Zangbo (ZSYZ) au sens large, la pétrographie, la chimie minérale et la li- thogéochimie ont été effectuées sur des roches mafiques, ultramafiques et sédimentaires provenant de trois unités géologiques situées immédiatement au sud des ophiolites de la ZSYZ : le mélange ophiolitique crétacé précoce, le mélange de Yamdrock mésozoïque et le flysch triasique tardif. La majorité des roches mafiques du mélange ophiolitique montrent des caractéristiques géochimiques typiques d'un bassin d'arrière-arc, certaines d'un arc intra-océanique. De même, les roches ultramafiques possèdent des caractéristiques géochimiques qui suggèrent une origine dans un environnement de supra-subduction. Ces caractéristiques varient selon le taux de fusion partielle et le degré d'interac- tion magma-manteau enregistrés par les péridotites. Une analogie peut être faite avec des systèmes océaniques modernes de type arc-bassin. Le mélange ophiolitique résulte bien de la désagrégation des massifs ophiolitiques sus-jacents. Les roches mafiques du mélange de Yamdrock montrent une affinité géochimique avec le magmatisme intra- plaque océanique (de type OIB). Les roches mafiques du flysch triasique montrent une signature géochimique double qui suggère qu'elles dérivent d'une même source magma- tique intraplaque enrichie, mais qu'elles ont subi des processus d'assimilation et de cris- tallisation fractionnée (ACF). Cette contamination crustale continentale semble résulter de la dislocation de la Plaque Indienne lors de l'ouverture de l'Océan Néo-Téthys. Une analogie peut être faite avec le point chaud de la Réunion, dans l'Océan Indien, et les Trapps de Deccan, à l'ouest de l'Inde. Les roches sédimentaires de ces deux unités possèdent une signature géochimique qui concorde avec un environnement de déposition le long d'une marge passive et avec une source au niveau de la croûte continentale supérieure ancienne de l'Inde. Les blocs mafiques d'affinité intraplaque induiraient une contribution mafique et les batholites granitiques démembrés une contribution felsique à la source de ces turbidites. L'évolution paléozoïque du bassin néo-téthysien a ainsi été reconstituée en fonction de l'environnement tectonique défini pour chaque unité géologique associée à la ZSYZ.

Au large de Dieppe, sous l’action d’une marée mégatidale et de la houle, les fonds marins sablo-graveleux sont modelés de dunes et de bancs sableux, et caractérisés par un gradient hydro-morpho-sédimentaire. Des analyses multivariées ont montré que la granulométrie et le disponible sédimentaire sont les facteurs principaux de contrôle de la morphologie et de la dynamique des dunes. Sur une période de 56 ans, des levés bathymétriques répétés montrent un ralentissement des vitesses de migration des dunes lorsque la période d’observation s’allonge, ce qui témoigne d’une oscillation importante et fréquente des déplacements des dunes. Des calculs de flux charriés en granulométrie étendue montrent qu’une houle, même faible, peut inverser le transport sédimentaire résiduel et augmenter les quantités de sédiments transportées. Des mesures de sismique THR permettent de visualiser des discontinuités pentées (0,5- 4°) qui constituent le maître-litage des dunes et dont la périodicité de formation est similaire à celles observées à partir des analyses en ondelettes réalisées sur les chroniques de marée et de houle de la zone d’étude, et sur une chronique d’indice NAO. Ces discontinuités sont interprétées comme des surfaces érosives dues à une inversion temporaire de migration des dunes, provoquée par des évènements de tempêtes exceptionnelles. Leur mise en place semble oblitérer plusieurs discontinuités formées précédemment pendant des épisodes de houles plus faibles. Les fluctuations climatiques à moyen terme qui contrôlent la variabilité des évènements de tempête sont présentées comme étant le facteur principal influençant la dynamique des dunes sur le long terme
Submarine dune dynamics is studied in the context of a macrotidal continental shelf subjected to the swell action. Off Dieppe, the gravelly-sand seabed is moulded by dunes and sand banks, and characterized by gradients in hydrodynamics, morphologies and sediment grain-size, which are studied according to various spatial and temporal scales. Multivaried analysis showed that the sediment grain-size and sediment availability are the main controlling factors of the morphology and the dynamics of the dunes. Over a 56-year period, repeated bathymetric surveys show a decrease in dune migration rates when observation periods are longer, implying a significant and frequent oscillation of dune displacements. Sediment flux calculations (bedload, non-uniform sediment) show that waves, even weak, can reverse residual sedimentary transport direction and increase the amount of transported sediments. VHR seismic measurements make it possible to visualize dune internal architecture. 0. 5 to 4 ° dipping discontinuities constitute the dune master-bedding and their periodicity of formation is estimated to be similar to those observed from the wavelet analysis carried out on the chronicles of tide and wave time-series recorded in the study area, and on a NAO index chronicle. Preserved discontinuities are interpreted as erosive surfaces due to a temporary inversion of dune migration, caused by exceptional storm events. Their formation seems to obliterate several discontinuities formed previously during weaker wave events. The medium term climatic fluctuations, which control the variability of the storm events, are presented as being the main factor influencing dune dynamics on the long term

Comprendre le mécanisme de saltation dans des zones à fort courant de marée tel que le Raz Blanchard est nécessaire pour l’exploitation hydroélectrique. Dans ces zones, le transport sédimentaire est caractérisé par le régime inertiel. Une approche expérimentale en chenal et une approche numérique de la saltation ont été utilisées. La modélisation de la saltation en chenal a été réalisée par le lâcher de sphères rigides dans différents écoulements sur une rugosité de fond fixe. Après avoir caractérisé le profil de l’écoulement, le déplacement des particules a été enregistré par caméra rapide afin d’identifier la hauteur et la longueur des sauts de particules, les angles et les vitesses d’impact et de rebond. Une loi reliant rugosité relative et ratio longueur / hauteur de saut est proposée, ainsi qu’une loi liant le paramètre de Shields et la hauteur de saut. Il est alors possible à partir de la connaissance du paramètre de Shields, de la rugosité de fond et du diamètre des particules sédimentaires présentes de prédire la hauteur et la longueur moyennes des sauts observés. Les résultats expérimentaux sont en accord avec les lois établies dans la littérature à partir de nombreuses études expérimentales et les complètent pour le régime inertiel. Ces propositions de lois ont modèle numérique de saltation périodique (Berzi et al. 2016). Puis elles ont été appliquées sur la zone d’étude du Raz Blanchard et ont mené à la réalisation de cartes simples, renseignant sur la caractéristique des sauts spécifiques à chaque position du Raz Blanchard
Understanding the mechanism of saltation in areas of high tidal currents such the Alderney Race, is needed to develop exploitation of hydrokinetics energy. In these areas, sediment transport is characterized by inertial regime. An experimental study in a channel and a numerical simulation are used. The principle consists to let spherical particles roll in different flows on a defined bed roughness. After having characterized the flow, we recorde the particles movement with a Fastcam in order to identify height and length of jumps, impact and rebound velocity and angle. A first law between relative roughness and length/height ratio is established, as well as a second law linking the Shields parameter and the height of the jumps. It is then possible, with the knowledge of theShields parameter, the bed roughness and the diameter of the sediments, to predict the mean jumps height and length. The experimental results are in agreement with the laws described in the literature, and complete them for the inertial regime. These proposed laws are then compared and completed by a numerical model of periodical saltation (Berzi et al. 2016). Finally, they are applied on the study area of the Alderney Race to carry out simple maps. These maps characterize the jumps in different places of the Alderney Race

La baie des Anges se caractérise par de fortes valeurs de gradient de pente (présence d'une marge continentale très réduite). Les sédiments sont essentiellement des silts argileux. Les fonds des canyons montrent une sédimentation plus grossière. L’homogénéité des sédiments fins permet de les considérer en un ensemble unique en ce qui concerne leurs caractéristiques en conditions drainées. En condition non-drainées, une analyse plus fine fondée sur leur état de consolidation permet de repartir les matériaux en quatre grandes familles. Cette répartition a permis d'effectuer une cartographie géotechnique. À chaque zone est associée une loi de la cohésion non-drainée cu, avec la profondeur. Le comportement du matériau sous l'effet d'un chargement cyclique (surpression interstitielle en réponse à la houle ou à une vague) ou vis-à-vis du fluage peut être exprime à l'aide d'une loi de comportement unique. Trois phases distinctes peuvent y être observées. Le devenir du matériau peut alors être prédit dés que l'on connait les conditions initiales de chargement. Le gradient de pente est le paramètre qui influence le plus le calcul de stabilité. Deux types d'instabilités ont été mises en évidence: celles de haut de plateau continental, affectant cycliquement les sédiments sous-consolidés sur une faible profondeur et ceux affectant les sédiments de flanc de crêtes. Ces derniers impliquent un fort volume de matériau et seront préférentiellement mis en mouvement par un séisme. Ils pourront alors dégénérer en courant de turbidité. L’ensemble des résultats confirme les observations qui ont pu être effectuées soit par plongée de soucoupes, soit par cartographie sonar. L’étude des hauteurs de sédiment impliquées dans des glissements fossiles peut être effectuée à partir d'un unique carottage; les résultats sont homogènes avec ceux utilisant le modèle du glissement plan. L’ensemble de l'étude montre que la baie des anges peut être considérée comme un exemple type d'étude des instabilités mécaniques en mer. Ce risque permanent de glissement de terrain devra être considéré lors des projets futurs d'aménagement de la baie

Les sables réservoirs de la Marge Atlantique Nord Européenne résultent d'écoulements turbiditiques de haute densité (sables massifs pro parte), dont le transit et le dépôt sont contrôlés par la topographie du bassin. Par conséquent, et qu'elle que soit l'échelle du système (sables confinés ou sables tabulaires), ils sont caractérisés par des géométries lenticulaires à base concave et des réflecteurs sismiques qui présentent des biseaux d'aggradation. La restitution de la paléotopographie au moment du dépôt, l'identification des sources de sédiments, des voies de transit et des aires de dépôt sont des éléments prédictifs sur la localisation des sables. Cette approche révise le modèle des "sandy debris flow" qui a été élaboré sur cette même zone et qui est actuellement très discuté. La présence de courants de fond intervient comme un facteur de tri granulométrique, soit en captant les particules fines lors de l'écoulement, soit en remaniant les particules après leur dépôt. L'identification des éléments architecturaux d'origine diagénétique apporte également des outils prédictifs sur la localisation des réservoirs, sur la perméabilité des roches couvertures et permet aussi d'éviter les confusions dues aux grandes similitudes qu'ils présentent fréquemment avec les géométries sédimentaires
The NE Atlantic margin reservoir sands result from high density turbiditic flow (massive sands pro parte). Their transport and deposition are controlled by the basin floor topography. Consequently, whatever the observation scale, the open and confined sands are characterised by onlap on the basin floor and by lenticular shape with convex up base. The restitution of the paleotopography, sedimentary source, transit surface and deposit areas, give some relevant tools to predict the sands. This approach reviews the "sandy debris flow" model, defined in the same area, which is today the subject of a large debate. The bottom currents are a sorting factor, either intercepting the finest grain of a turbulent flow, or reworking the grains, after their deposition. The post-depositional architectural element identification, gives some tools to predict the reservoir location, the cover rock permeability and to avoid confusion caused by the similarity with sedimentary elements

Au début des années 1960, le sous-sol océanique est devenu un nouveau territoire dont l'image a été façonnée par des imaginaires sur l'abondance de ressources naturelles, prêts à découvrir et à exploiter. L'industrie pétrolière est devenue un mécène pour la géologie marine, tandis que les gouvernements se sont empressés de réclamer la souveraineté sur les régions sous-marines à partir de leurs données géophysiques. Cette thèse étudie le rapport entre le patronage étatique et la production de connaissances sur le sous-sol marin, en s'interrogeant sur la construction du sous-sol marin en tant que territoire en relation aux inquiétudes et priorités découlant du contexte de la décolonisation. La thèse met le focus sur l'industrie pétrolière française et les politiques qui ont promu l'exploitation des ressources marines, en étudiant l'articulation entre les géosciences marines, les mécanismes institutionnels et motivations commerciales qui les ont promus. La thèse indique que ces connections ont été tissées par un réseau d'acteurs connectant des élites politiques, industries extractives et laboratoires scientifiques, créant des interactions académiques-industrielles pour explorer le sous-sol marin dans lesquelles le secret commercial s'est dissous. La thèse montre l'existence d'un continuum de pratiques, infrastructures et acteurs impliqués initialement dans l'exploitation pétrolière dans les colonies françaises et qui considéraient les fonds marins dans leur quête de nouveaux terrains de production. Dans ce contexte, les connaissances géologiques du sous-sol marin sont devenues un atout crucial pour le gouvernement français, qui pouvait les mobiliser pour négocier des relations internationales et renforcer son prestige national. Cette recherche montre que les motivations économiques pour explorer le sous-sol marin et le mécénat de l'industrie pétrolière ne doivent pas être négligés dans notre compréhension de l'histoire des océans
Early in the 1960s, the seafloor began to emerge as a new territory, over which imaginaries of limitless natural resources, to be explored and exploited, were projected. The oil industry became a patron for marine geosciences, whereas coastal governments hastened to ground in geophysical data their sovereign claims over underwater regions. This thesis inquiries through which mechanisms the patrons’ motivations to explore the seafloor drove the production of knowledge about it; while it explores how the seafloor emerged as a territory, shaped by concerns and priorities deriving from decolonization. Focusing on France’s oil industry and political stances interested in exploiting marine resources, I analyze the institutional and social mechanisms through which commercial motivations were articulated with marine geosciences. A singular network, weaved by a political elite, grew connecting government instances, extractive industries, and scientific laboratories, creating academic-industrial interplays to explore the seafloor in which trade secrecy dissolved. This research suggests a continuum in practices, infrastructures, and state actors from the decolonization of France’s oil-producing territories to the seafloor, in the quest for new productive grounds. In this context, geological knowledge from the seafloor increasingly became a crucial asset for the French government, which could mobilize it to negotiate international relations and foster national prestige. This thesis conveys that economic motivations to explore the seafloor and the oil industry’s patronage shall not be overlooked in our understanding of the oceans’ history

La mer Ionienne est une zone à la géodynamique active en raison de la convergence entre les plaques Nubie et Eurasie. Elle correspond aux derniers stades de vie d’un océan, la Téthys. De ce fait, la tectonique et la sédimentation y sont très réduites ; et les faibles flux sédimentaires permettent ainsi d’enregistrer une multiplicité de processus sédimentaires.Néanmoins, c’est une zone encore peu étudiée d’un point de vue sédimentaire, notamment sur les échelles de temps de l’ordre de la centaine de milliers d’années. Ce travail est basé sur une étude sédimentologique d’archives marines complétée par des données acoustiques (bathymétrie et multi-faisceau) issue de campagnes océanographiques du SHOM. L’analyse détaillée des faciès et des séquences sédimentaire a permis, dans un premier temps, d’établir un calendrier des risques naturels (séismes, tsunamis, volcanisme), leurs sources et leurs processus de dépôt dans le bassin pour les derniers 330 000 ans. Puis, dans un second temps, de retracer l’évolution sur les derniers 400 000 ans de la circulation et de l’oxygénation des eaux de fond dans le bassin ionien et l’influence du détroit de Sicile, et notamment de la plate-forme de Malte, sur les échanges entre les bassins occidental et oriental. L’intégration des données sédimentologiques dans un modèle géoacoustique développé par le SHOM a finalement permis de déterminer l’impact des variations sédimentaires (distribution spatiale, lithologie, stratification) sur la propagation des ondes acoustique pour différentes gammes de fréquences (300 Hz - 3000 Hz) et d’angle d’incidence (0 -90°) et d’établir une cartographie de la réponse sédimentaire du le signal acoustique
The Ionian Sea is an active geodynamic area because of the convergence between theNubia and the Eurasia plate. It corresponds to the last stage of the Tethys ocean life. Therefore,the tectonics and the sedimentation are much reduced; and the low sedimentary supply enables torecord a multiplicity of sedimentary processes. Nevertheless, this area still poorly studied from asedimentary point of view, in particular on timescales on the order of hundred thousand years.This work is based on a sedimentological study of marine archives supplemented by acoustic data(bathymetry and multibeam imagery) recovered during oceanographic campaign leaded by theSHOM. The detailed sedimentary analysis of facies and sequences allows, at first, to established acalendar of the natural hazard (earthquakes, tsunamis, volcanism), their origins and theirdepositional processes into the basin over the last 330 000 years. Then, secondly, to reconstructthe evolution over the last 400 000 years of the circulation and the oxygenation of bottom waterthrough the Ionian basin and the influence of the strait of Sicily, in particular of the Malta Plateau,on the exchanges between the western and the eastern basins. The integration of thesedimentological data in a geoacoustic modelling developed by the SHOM finally allowed todetermine the impact of the sedimentary variability (special distribution, lithology, stratification)on the acoustic waves propagation for various frequency bands (300 Hz - 3000 Hz) and incidentangle (0 - 90°) and to established a mapping of the sedimentary answer of the acoustic signal

Les dunes marines sont de grandes structures sédimentaires qui, ensemble, couvrent de larges zones appelées champs de dunes. Des dunes ont été découvertes dans tous les océans, de la côte jusqu'aux talus continentaux. Leur forme et mobilité sont des témoins du lien étroit qui existe entre le transport sédimentaire, l'hydrodynamique (courants marins) et la topographie du fond. L'étude des dunes est intéressante scientifiquement parlant, mais elle est également motivée par des enjeux économiques et environnementaux. Les dunes peuvent être étudiées de deux manières : La modélisation et l'analyse de données de terrain (granulométrie, courantométrie, données sismiques, données bathymétriques). Ces deux approches sont très différentes mais complémentaires. Avec l'amélioration des données Sondeur Multi-Faisceaux (SMF), il est maintenant possible de visualiser la morphologie des dunes et de suivre leur évolution de manière plus détaillée. Plusieurs méthodes automatiques d'analyse de la morphologie et de la dynamique des dunes ont été développées pour analyser les Modèles Numériques de Terrain (MNTs) construits à partir de ces données SMF. Pourtant, aucun ne permet d'estimer les valeurs de descripteurs morphologiques et dynamiques pour chaque dune. L'analyse et l'évaluation de ces descripteurs restent régionales avec le découpage des MNTs en régions rectangulaires. Seul un traitement manuel permet d'estimer ces descripteurs pour chaque dune. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes automatiques permettant de quanti er la morphologie et la dynamique de chaque dune. Pour ce faire, une représentation des données SMF sous forme d'une tessellation triangulaire a été préférée au classique MNT régulier. Tout d'abord, les dunes doivent être extraites de la topographie du fond marin. Un algorithme par accroissement de régions avec adaptation de l'échelle d'analyse, issu de la géomorphométrie est proposé. Les crêtes de dunes sont d'abord extraites en combinant un algorithme de simplification de tessellations avec un algorithme d'extraction de lignes de crête. La résolution de la tessellation est adaptée par l'algorithme de simplification afin de faciliter l'extraction des lignes de crête. Les lignes de crête sont des objets bien définis en géométrie différentielle. Leur extraction s'appuie sur l'interprétation de cette définition appliquée à des modèles discrets du fond (tessellations). Les crêtes servent d'embryons à l'algorithme d'extraction des dunes. L'estimation des paramètres morphologiques des dunes (longueur, largeur, hauteur, etc.) découle de l'extraction automatique des dunes. L'utilisation d'une méthode de recalage non rigide (isométrique) pour la quantification de la dynamique est discutée. Des tessellations représentant la topographie d'un même champ de dunes à différents moments sont analysées par l'algorithme d'extraction des dunes. Ensuite, une dune est associée à une dune d'une autre tessellation qui lui correspond (même dune à un autre instant). La dynamique de chaque dune est quantifiée à partir des résultats de l'algorithme de recalage : les transformations permettant d'aligner différentes représentations d'une dune
Marine dunes are large sedimentary mounds often organized in dunefields. Theyhave been discovered in oceans all around the globe, from continental rises to nearshore areas. These mobile seafloor structures reflect the unique and complex relationship between the sediment, the seafloor topography and the hydrodynamics (currents). Dunes are not only interesting at a scientific level. In fact, their study is also motivated by economic, safety and environmental reasons. The study of dunes can be divided into two complementary approaches: Modelling and analysis of in situ data (granulometry, current, bathymetric data).The increased quality of MultiBeam EchoSounder (MBES) data allows scientists to monitor and visualize the complexity of, both, dune morphology and dynamics. Au-tomatic methods to characterize dune morphology and dynamics using Digital TerrainModels (DTMs) have already been proposed. But, none does it at the dune scale. Mor-phological and dynamical descriptors are estimated for patches of the dunefield. Today, the evaluation of such descriptors for each dune can only be achieved manually.The objective of this thesis is to design automatic algorithms for the quantification of dune morphology and dynamics. A representation of MBES data as triangular meshes has been preferred to the usual gridded DTMs. The first stage consists of delineating dunes in the seafloor. A scale adaptative, region growing algorithm based on geomorphometry is proposed. The combination of mesh implification and crest extraction algorithms enables to accurately recover dune crest lines. The mesh simplification facilitates the crest extraction by adapting the mesh resolution. Crest extraction is based on the discrete interpretation of the definition of crest lines in differential geometry. The crests are, then, used as seed regions by the dune extraction algorithm

Depuis plus de quinze ans, l'enregistrement des signaux hydroacoustiques par des hydrophones dans le canal SOFAR (SOund Fixing And Ranging) a permis la détection et la localisation de nombreux séismes de faible magnitude dans l'océan. Cependant, l'interprétation de ces signaux hydroacoustiques appelés ``ondes T'' ne permet pas de fournir une information directe sur les magnitudes, les mécanismes aux foyers et les profondeurs focales des séismes en cause. Cette limitation vient en partie du fait que le mécanisme de conversion des ondes sismiques en ondes acoustiques au passage du fond océanique n'est pas totalement compris à ce jour. Pour tenter de résoudre ce problème, nous avons développé un code mécanique 2D solide-fluide capable de modéliser le processus de conversion sismo-acoustique. En calculant de manière exacte la solution du champ de vitesses de l'onde acoustique produite, notre modèle montre qu'une source en double couple dans la croûte océanique produit des ondes T dans la colonne d'eau avec des angles permettant de se propager dans le SOFAR. Notre modèle confirme également l'importance relative des ondes P et S dans l'amplitude de l'onde T produite. Des développements sont en cours pour modéliser l'effet des caractéristiques topographiques régionales ou locales du fond océanique sur la production des ondes T. A terme, les sorties de ce modèle, utilisées comme entrées d'un code de propagation acoustique longue distance, pourraient permettre de modéliser l'onde T sur l'ensemble de son trajet, de la source sismique à l'hydrophone.

Afin d'apporter une contribution à l'étude des problèmes liés au transport sédimentaire tels que l'envasement des ports, la pollution des plages, l'érosion des côtes, etc. Nous avons effectué une étude expérimentale portant sur la couche limite sur un fond hydrauliquement lisse générée par le courant seul, la houle seule, et l'interaction houle-courant (la houle et le courant se propageant dans le même sens). Une analyse bibliographique sur les études de couche limite est représentée dans le chapitre I. La description de la technique expérimentale est présentée dans le chapitre ii. Les chapitres III, IV & V représentent les résultats obtenus en courant seul, houle seule, et en houle combinée au courant, et leurs comparaisons avec les résultats analytiques et numériques. Pour finir, une analyse de ces résultats en application au transport de sédiments et une conclusion générale ont été représentées. La plateforme expérimentale est constituée d'un canal à houle/courant de 25 m de long et 0,8 m de large. La hauteur d'eau moyenne est de 0,27 m pour les différents essais effectues. Les mesures de vitesse sont faites par vélocimétrie doppler laser à deux composantes à la mi-distance des deux parois latérales. Après une première série d'essais sur plusieurs sections le long du canal, plusieurs autres essais ont été effectués à 11 m du filtre place dans la partie amont du canal. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats classiques analytiques, numériques, et expérimentaux. Ils mettent en évidence un modèle de longueur de mélange dans la couche limite générée par le courant seul, et montrent une présence de la turbulence et l'apparition des instabilités (à certaines phases) dans la couche limite générée par la houle seule sur fond lisse à de faibles nombres de Reynolds. On observe dans les cas houle combinée au courant, une décroissance de la rugosité hydraulique quand l'amplitude de la vague augmente. Ces résultats permettent enfin de justifier les implications que peuvent avoir la couche limite sur le transport de sédiments

Ce travail présente une analyse des systèmes turbiditiques actuels du Golfe d’Oman et de la marge est-africaine (océan Indien occidental), auparavant méconnus. Il se base sur une base de données acoustique (bathymétrie, imagerie multifaisceaux, sismique THR et multitraces) et sédimentologique (carottes küllenberg et calypso) issues de campagnes successives réalisées par le SHOM et l’IFP. L’architecture des systèmes de dépôts profonds et les processus associés ont révélé une grande diversité selon le contexte géodynamique et physiographique des marges étudiées (marge passive, marge transformante, marge active). Les différents systèmes étudiés illustrent notamment le rôle du contexte tectonique régional sur la répartition et la morphologie des dépocentres à plusieurs échelles d’observation. L'analyse détaillée des faciès et séquences sédimentaires a permis de mettre en évidence le fonctionnement sédimentaire des différents systèmes en lien avec les conditions physiographiques et environnementales régionales (influence des crues liées à la mousson sur le transfert sédimentaire). A travers la reconstruction des transferts sédimentaires dans ces systèmes turbiditiques, nous discutons de l’impact relatif des différents facteurs forçant la sédimentation gravitaire sous-marine à haute-fréquence (eustatisme, climat, et tectonique). Pour cela, une étude stratigraphique détaillée a été réalisée sur la base de différents outils (datation radiocarbone, géochimie élémentaire, biostratigraphie) permettant de contraindre dans le temps les séries sédimentaires gravitaires. L’évolution des apports sédimentaires et des processus de dépôt au cours du Quaternaire terminal, en relation avec les modifications paléo-environnementales continentales, a permis d’identifier l’impact, l’importance relative et les interactions entre les forçages externes sur le développement à haute-fréquence (103-104ans) de systèmes de dépôt gravitaires, dans divers contextes géodynamiques. Les connaissances acquises sur la sédimentation du Golfe d’Oman ont finalement permis d’alimenter une base de données sédimentologique conséquente. L’intégration de cette base dans un modèle numérique géoacoustique (« simulateur ») développé par le SHOM a permis d’évaluer quantitativement l’impact des variations sédimentaires à différentes échelles (distribution spatiale, lithologie, stratification, processus de dépôt) sur la propagation du signal acoustique pour différentes gammes de fréquence (de 300 Hz jusqu’à 3 kHz) et angles d’émission (de 0 à 90°). Ces travaux constituent une base pour la réalisation d’un modèle géoacoustique régional robuste
This study focuses on the Late Quaternary turbidite systems of the Gulf of Oman and the East-African margin (western Indian Ocean), previously poorly studied. It is based upon a compilation of acoustic data (bathymetry, multibeam imagery, 3.5 kHz and multi-channel seismic) and sedimentological data (küllenberg and calypso piston cores) recovered during several cruises leaded by the SHOM and IFP institutes. Turbidite system architecture and sedimentary processes revealed a strong variability primarily related to the physiographic, hydro-climatic and geodynamic context of each margin. High-resolution stratigraphy has been achieved using a combination of radiocarbon dating, XRF geochemistry, biostratigraphy). This allowed to investigate the impact, the interaction and the relative importance of the external forcings on deep water sedimentation (i.e. tectonics, climate and eustasy) at high- frequency (103 -104 yrs) in different tectonic setting (active & passive margins). Finally, integration of the sedimentological data set in a geoacoustic numerical modelling leaded to a first quantitative estimation of the regional relationship between sea-floor properties (lithology, depositional environment, stratification) and propagation of acoustic signal at 300 Hz- 3kHz frequencies and 0-90°. This work constitutes a basis for future geoacoustic modelling in the area

Non renseigné
Most mega-earthquakes (i.e. earthquakes with Mw ≥ 8.5) occur along subduction mega-thrusts, the interfaces between the subducting - and the overriding plates in convergent margins. These events may have catastrophic impact on human societies due to their destructive potential. For this reason being able to predict the timing and size of these earthquakes became one goal of the international scientific community. The subduction seismic cycle is influenced by many different parameters. The interplay between these parameters governing the frequency and size of megathrust earthquakes still remains unclear, mainly due to the short (i.e. limited to the last century) seismic record.The seismogenic part of the subduction thrust fault spans between depths of 11±4 and ± 51 km (Heuret et al. 2011). In this zone a combination of temperature, pressure and rocks characteristics creates conditions favourable for seismic behaviour. Whether a specific area in the subduction thrust fault has the ability to trigger mega-earthquakes can be expressed using the degree of seismic coupling, i.e. the amount of slip that occurs with respect to the total amount of plate convergence (e.g. Scholz 1998; Scholz & Campos 2012). When a fault is fully coupled, all of the fault slip occurs during earthquakes instead of also during aseismic behaviour (e.g. slow slip events). The internal structure of the interplate fault zone mainly determines whether an area within a subduction zone behaves seismic or aseismic (Wang & Bilek 2011). This is influenced by the topography of the plate interface (e.g. subducting seamounts; Wang & Bilek 2014), but also subducted sediments and fluids in the subduction channel may play an important role.The main goal of this project is to understand which parameters affect the behaviour of mega-earthquake ruptures. This will be done by comparing natural data (e.g. seafloor roughness, sediment thickness and fluid content in the subduction channel) to rupture characteristics of major recent earthquakes. With this analysis also more knowledge can be gained on the triggering of slow earthquakes instead of mega-earthquakes. These are slow slip events with lower frequencies and longer durations than ‘regular’ earthquakes (Saffer & Wallace 2015).The database of natural data, implemented by the long-term scientific joint venture between the Univ. Montpellier and the LET (Roma Tre) will be used for the analysis. Ongoing work is done on determining a method for estimating the seafloor roughness, i.e. the distribution of high, low and smooth areas (by Michel Peyret in collaboration with Serge Lallemand, Univ. Montpellier). Also data is available on the trench sediment thickness around the world (Heuret et al. 2011). In the frame of this project, information on the roughness of the seafloor will be added to the database. In addition the rupture characteristics of major recent earthquakes will be collected. By performing a multiparametric statistical analysis of the database, a conceptual model will be realized, exploring the possible link between all the different parameters. The aim is to validate this model in the lab using scaled 3D analogue models. This will be done both at the LET and at Univ. Montpellier by using a broad range of geometries and contact materials with different rheologies (e.g. gelatin, foam rubber and a new analogue material; Caniven et al. 2015; Corbi et al. 2013). This jointed experimental approach with both the Univ. Montpellier and the LET involved creates a rich environment where differences and similarities of the two different approaches can be used to validate the results

Le présent travail de thèse aborde la question du couplage entre fluides et déformation en milieu sous-marin, un sujet d'importance dans le domaine des risques, naturels (séismes, glissements de terrain) ou industriels (stabilité des plateformes de forage en mer, par exemple). Trois études de cas sont présentées : les deux premières concernent la Mer de Marmara, en Turquie, une zone fortement exposée au risque sismique, du fait de la proximité de la Faille Nord-Anatolienne ; la troisième concerne une zone pétrolifère offshore, sur la pente continentale du delta profond du Niger. La première étude de cas en Mer de Marmara porte sur l'activité micro-sismique qui caractérise l'escarpement ouest du Bassin de Tekirdag. Notre étude montre que la déformation contribue à maintenir des perméabilités élevées associées au réseau de failles sous l'escarpement, ce qui permet aux fluides de remonter des réservoirs gaziers du Bassin de Thrace jusqu'à la surface. La deuxième étude de cas porte sur des micro-évènements enregistrés par les sismographes de fond de mer, non sismiques, de courtes durées (200 à 600 msec), et caractérisés par des fréquences comprises entre 10 et 30 Hz. Notre étude montre que ces micro-évènements sont liés à des expulsions de gaz. Les OBS fournissent donc des informations inattendues pour l'étude des processus de dégazage naturel en fond de mer. La troisième étude de cas, sur la pente continentale du Nigeria, démontre que la combinaison de piézomètres et d'OBS voisins en fond de mer permet de suivre l'évolution des phases d'accumulation et de vidange de gaz dans les sédiments superficiels. La détection et la surveillance des phénomènes de dégazage naturel en fond de mer est d'une importance qui pourrait s'avérer critique dans les zones d'exploitation pétrolière en domaine offshore. D'une manière générale, ce travail plaide pour la nécessité : i) de disposer de plusieurs réseaux d'observatoires sous-marins câblés en Mer de Marmara et d'un modèle de vitesse-3D rendant compte du fort gradient de vitesses sismiques dans les couches superficielles (la structure de vitesses du domaine sous-marin étant radicalement différente de celle du domaine émergé, la combinaison des données sismologiques à terre et en mer s'avère très difficile); ii) de développer des approches de surveillance multi-paramètres. Pour chaque paramètre, il est nécessaire de connaître la variabilité naturelle "normale", de manière à détecter les variations anormales. La recherche sur les processus physiques et le développement algorithmique doivent être conduits de front.

La forme des grains est reconnue comme influençant leur comportement hydraulique mais n’est pas utilisée dans les modèles de transport par charriage pour deux raisons: les mécanismes de mise en mouvement des sédiments selon leur forme sont mal connus et la difficulté à définir cette forme selon des paramètres communs. De nombreux instruments ont été déployés in-situ, en amont de cette thèse, au large des côtes de Manche Orientale en Mars 2011. Une analyse détaillée des données collectées est effectuée afin de suivre l’évolution des quantités de matériaux charriées au cours d’un cycle tidal sur les zones ateliers explorées. Ces mesures in-situ sont ensuite confrontées aux formulations existantes selon deux approches : mono-fractionnée, utilisant le diamètre médian du mélange, et multi-fractionnées, impliquant une discrétisation de la courbe granulométrique. La nécessité d’osciller entre ces deux méthodes selon l’étendue granulométrique du site est mise en évidence. Des photographies des grains du disponible sédimentaire puis charriés in-situ mettent en avant un transport préférentiel sur le fond des particules les plus circulaires. Une nouvelle formule est développée prenant en compte l’hétérogénéité en taille et en circularité des sédiments pour l’estimation du transport charrié sous l’action d’un courant seul. La modification proposée améliore significativement les prédictions des modèles, en particulier pour les fractions grossières. Des tests préliminaires en canal à courant sont également effectués pour valider un nouveau montage et protocole expérimental dans le but de confronter les résultats in-situ et expérimentaux
Particle shape is recognized to influence the hydraulic behavior of grains but is not used in current bedload transport models for two reasons: the mechanisms of initiation of motion of sediments according to their shape are not well understood and the difficulties to define particle shape with common parameters. Several instruments were deployed in-situ, before this study, in the Eastern English Channel in March 2011. A detailed analysis of the data collected is carried out to monitor the quantities of bedload transported materials along a tidal cycle in the three study areas explored. These in-situ measurements are then compared to existing formulations using two approaches: a single fraction approach, using the median diameter of the sediment mixture, and a multiple fraction approach, involving a discretization of the granulometric curve. The need to oscillate between these two methods according to the granulometric extent of the site studied is highlighted. Photographs of grains of the sediment cover and transported in-situ by bed load highlight a preferential transport of the most circular particles of the seabed. A new formula is developed, which takes into account the heterogeneity of particles in size and in circularity, to estimate bedload sediment transport under the action of a single current. The proposed adjustment significantly improves model predictions, especially for coarse fractions of sediments. Preliminary tests in a current channel are also performed to validate a new experimental set-up and protocol in order to compare in-situ and experimental results

L'étude de la variabilité spatio-temporelle des flux sédimentaires sous l'influence des forçages naturels et des activités de chalutage a été entreprise à l'échelle du plateau continental du Golfe de Gascogne, en associant des données in situ et une modélisation numérique 3D déterministe. Deux campagnes en mer spécifiques ont été menées pour quantifier les impacts physiques induits par un chalut professionnel au niveau de la Grande-Vasière, en termes de remise en suspension (panache turbide), et de perturbation de la structure et de la nature du sédiment superficiel. Ces données ont permis d'estimer à 0.13 kg.m-2 le taux d'érosion moyen. Leur croisement avec des données d'effort de pêche a conduit à une cartographie mensuelle du flux d'érosion par chalutage. D'autre part, un modèle hydro-sédimentaire 3D réaliste a été mis en place et calibré à partir de mesures au point fixe. Une attention particulière a été accordée au paramétrage de l'érosion naturelle sous l'influence combinée des vagues et des courants. Une nouvelle formulation de la loi d'érosion adaptée aux mélanges de sable fin et de vase classiquement rencontrés sur les plateaux continentaux a été proposée et a permis d'optimiser significativement la réponse du modèle en termes de turbidité. Deux simulations de 5 ans ont été réalisées en incluant ou non l'influence du chalutage de fond, dans le but de quantifier et comparer les contributions relatives des forçages naturels et anthropique sur les flux verticaux (érosion) et horizontaux (transport solide) de sédiments. La variabilité temporelle des flux est décrite en une succession de régimes caractéristiques répondant à divers forçages (e.g. marée, vent, vagues, chalutage), et les flux résiduels saisonniers et annuels sont commentés : sans tenir compte des apports fluviaux, le flux de matériel vaseux a été estimé à 1.6 Mt/an sortant par le nord (au droit de La Pointe du Raz) et à 0.62 Mt/an vers le talus continental (au niveau de l'isobathe 180 m)
The spatio-temporal variability of sediment fluxes under the influence of natural forcings and trawling activities was assessed at the scale of the Bay of Biscay shelf, from in situ data and a 3D process-based numerical modelling. Two sea trials were carried out to quantify physical impacts induced by a professional trawling gear over an intensively trawled area of the shelf, the "Grande-Vasière", in terms of resuspension (turbid plume) and alteration of the surficial sediment nature and structure. These data enabled to estimate an average trawling-induced erosion rate of 0.13 kg.m-2. Their combination with fishing effort data led to monthly spatial distributions of trawling-induced erosion fluxes.Besides, a 3D realistic hydro-sedimentary model has been set up and calibrated from measurements acquired at a mooring station. The calibration task mainly consisted in assessing the natural erosion law setting under the influence of waves and currents. A new formulation of the erosion law has been proposed to describe the erosion of any mixture of mud and fine sand (sediment facies classically encountered on continental shelves) and led to a noteworthy improvement of the model response in terms of turbidity. Two 5-year simulations were performed accounting for natural forcings only or both natural and anthropogenic forcings in order to quantify and compare their respective contributions to sediment fluxes (vertical and horizontal sediment dynamics). The temporal variability of sediment fluxes is described in a succession of typical regimes occurring in response to various conditions of forcings (e.g. tide, wind, wave, trawling), and residual fluxes are assessed at seasonal and annual scales: without accounting for riverine sediment inputs, the mud flux is estimated to 1.6 Mt/yr outflowing northward (at the latitude of the Pointe du Raz) and to 0.62 Mt/yr toward the continental slope (through the 180 m isobath)

L’espace souterrain, qui s’étend depuis la surface des terres émergées et des fonds marins jusqu’au centre de la Terre, est délaissé par le droit international. Aucune règle de droit international positif ne vient réglementer l’utilisation que les Etats font de leur espace souterrain territorial, cette utilisation et le régime de la propriété souterraine faisant partie de leur domaine réservé. Si les normes internationales régissent l’utilisation de l’espace souterrain extra-territorial, celui des grands fonds marins et celui de l’Antarctique, elles n’appréhendent l’espace souterrain qu’en termes d’utilisation et de mise en valeur des ressources minérales. De ce régime juridique d’exploration et d’exploitation des ressources minérales dépend d’ailleurs le statut juridique de l’espace souterrain qui va de la pleine souveraineté de l’Etat côtier à l’exclusion de toute appropriation nationale ou individuelle. Devant la multiplication des utilisations souterraines et face aux dommages environnementaux et aux violations des droits de l’homme liés à certaines de ces utilisations, le droit international doit réinvestir l’espace souterrain et notamment le contenu et l’étendue des droits qui le concernent tant dans l’ordre interne qu’international afin d’en réglementer la mise en valeur et d’en assurer la protection
Until today, there has been little interest of international Law concerning the earth’s subsurface, as the space that extends from the surface of the soil or of the seabed to the center of the earth. On the one hand, there is no rule of international law that regulates the use Sovereign States have of their territorial subsurface. It is currently understood that subsburface activities and property law that regulates them, are within domestic jurisdiction only and do not come under international law scrutinity as they waive the exercice of an absolute independance of States. On the other hand, the existing rules of international law that regulates extraterritorial subsurface, notably the seabed and ocean floor and subsoil thereof beyond national jurisdiction and the Antarctic, consider the earth’s subsurface mostly in terms of use and exploitation of mineral resources. Faced with the evergrowing uses of the subsurface that are solely used for extraction or for injection and storing, and regarding the impacts of some underground activities on the environment and on human rights, International Law must play a role by regulating the content and extent of rights that are exercised over the earth’s subsurface inside and outside territorial jurisdiction for development and protection purposes