La mer Ionienne : évolution de l'activité sédimentaire au cours des derniers 400 000 ans dans un système en contexte tectonique convergent et influence de la sédimentation sur les propriétés géoacoustiques des fonds
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.
(09/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Transfert de carbone le long du continuum végétation-sol-nappe-rivière-atmosphère dans le bassin de la Leyre (Landes de gascogne, SO France)
Les systèmes aquatiques continentaux sont des vecteurs majeurs du cycle global du carbone, recevant une quantité importante de carbone qu’ils émettent vers l’atmosphère et exportent aux océans. Nous caractérisons les concentrations et les transferts de toutes les formes carbonées à l’interface eau souterraine-ruisseau-atmosphère, dans un bassin versant de plaine, tempéré, forestier et sablonneux, où l’hydrologie se produit majoritairement au travers du drainage des eaux souterraines. Nous suivons différentes stations couvrant l’ensemble de la variabilité du bassin, depuis les eaux souterraines jusqu’à l’exutoire, avec des proportions variables d’occupation du sol. Le DOC est exporté majoritairement en périodes de crues alors que la même quantité de DIC est exportée entre périodes de crues et d’étiages. Le carbone terrestre dérivé des sols forestiers est la source principale de carbone dans les eaux superficielles et seulement 3% de la NEE est exportée. L’occupation du sol modifie localement les formes de carbone dans les ruisseaux mais à l’échelle du bassin la forêt prédomine. Nous quantifions le dégazage de CO2 en s’appuyant sur un bilan de masse isotopique. Environ 75% du dégazage total se produit dans les ruisseaux de premiers et de seconds ordres, qui se comportent comme des points chauds pour l’émission de CO2. Ce travail de thèse contribue à une meilleure définition du rôle des ruisseaux et des rivières dans le cycle global du carbone. De manière plus précise, il améliore les connaissances sur la proportion du pompage biologique de CO2 atmosphérique d’un écosystème qui est exportée vers le réseau hydrographique, ainsi que le devenir de ce carbone en aval.
(08/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
La matière organique particulaire dans les systèmes côtiers : composition, dynamique et forçages à l'échelle multi-systémique
Les systèmes côtiers pélagiques sont caractérisés par de multiples apports de matière organique particulaire (MOP) d’origine autochtone (phytoplancton) ou allochtone (continentale, benthique) dont la variabilité spatiale et temporelle peut être forte. L’objectif de ma thèse était 1) de quantifier la composition de la MOP des systèmes côtiers pélagiques, 2) de déterminer les forçages à sa dynamique spatio-temporelle et 3) d’investiguer le lien entre bactéries et composition de la MOP. Cette étude a été menée sur douze systèmes (estuaire, lagune, rias, baies, littoraux) distribués sur les trois façades maritimes françaises, en combinant rapports isotopiques et élémentaires (composition), acides gras (lien MOP-bactéries) et statistiques multivariées (forçages).A l’échelle multi-systémique et/ou intra-systémique, deux grands gradients sont observés :- un gradient côte (plus forte contribution continentale et benthique) – large (MOP phytoplanctonique), principalement lié à l’hydrodynamique sédimentaire (débits des fleuves, remise en suspension du matériel benthique) et à la proximité des sources allochtones- un gradient Sud (présence de MOP issue de la diazotrophie) – Nord (absence de cette MOP), en lien avec le statut trophique (oligo vs méso/eutrophie) des systèmes.La saisonnalité de la dynamique temporelle de la composition de la MOP est fortement variable selon les sites. Elle est généralement plus forte près de la côte et plus faible au large et en zone amont de l’estuaire étudié. Cette dynamique est également reliée à l’hydrodynamique sédimentaire.Enfin, l’étude a révélé que la biomasse bactérienne est principalement associée à la MOP continentale et benthique.
(08/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Fossil plants and environmental changes during the Permian-Triassic transition in Northwest China
Permian-Triassic transition is an important period in the Earth’s history. The end-Permian mass extinction is the Earth's most severe known extinction event. Previous studies mainly focused on the biotic events in the ocean. Recently more and more researches on the terrestrial events during the Permian-Triassic transition attracted many attentions. The Junggar and Turpan basins of Northwest China command a unique and significant position in the study of terrestrial Permian-Triassic boundary (PTB) events as it contains well and continuously exposed PTB sections. The lithostratigraphy, biostratigraphy, and cyclostratigraphy have been well established in the two basins. The problem we are trying to solve, based on paleobotanical studies associated with sedimentological analyses, is the environmental changes during the Permian-Triassic transition in the research area.The terrestrial facies in the Dalongkou section on the south flank of Junggar Basin and the Taoshuyuan section on the north flank of Turpan Basin have been selected as the researching ones for this thesis. The Permian-Triassic transition strata have been included in the “Wutonggou”, “Guodikeng” and “Jiucaiyuan” formations. Abundant fossil woods and plant impressions have been discovered and collected in these sections. Detailed sedimentary logs of the sections were drawn. The approach that we adopt to recognize the environmental changes is the fossil wood and plant impression species, growth-ring pattern, and sedimentary facies analysis.Five genera and six species of fossil woods were discovered. We establish three new genera: Junggaropitys, Xinjiangoxylon and a new genus (submitted for publication). The CSDM (Cumulative Sum of the Deviation from Mean diameter) curve was used to analyse the growth rings to determine the intraseasonal conditions and leaf longevity patterns of the trees. We recognise that Junggaropitys dalongkouensis is evergreen, and the leaf longevity may be 3–6 years; XTT-C-4 gen. et sp. nov. is evergreen too, and the leaf longevity may be 3 to 15 years. Septomedullopitys, Junggaropitys, Xinjiangoxylon and XTT-C-4 gen. nov. all show a Protophyllocladoxylon-type secondary xylem. According to palaeobiogeographic analysis, the Protophyllocladoxylon-type woods distributed mainly in the cool temperate climate zone of the southern hemisphere, various climate zones of the northern hemisphere and equatorial zone during the Late Paleozoic. The results of fossil woods analysis obtained in this research shows the climate in the Junggar terrane around the PTB was warm and humid and the temperature and precipitation remained relatively stable. It did not exist a heavy dryness in the earliest Triassic. Meanwhile, the Palaeo-Tethys megamonsoons did not influence the Junggar terrane along the east coast of mid-latitude Pangaea. Combined with the previously reported fossil woods, it shows that the climate had no prominent change from the Middle Permian to earliest Triassic.Plant fossil analysis show that the numbers of plant genera and species gradually decreased from 26 genera and 53 species in the Wuchiapingian, to 10 genera and 15 species in the Changhsingian, and only 6 genera and 7 species in the Induan. The trend in the plant assemblage reduction in the Junggar and Turpan basins appears to be indicative of a long, protracted extinction process that may have started well before the Permian-Triassic boundary. During the plant recovery period, the lycopsids (Annalepis) and ferns (Neocalamites and Pecopteris) played roles of pioneer species during the plant recovery period.
(07/12/2016)
CR2P, MNHN, UPMC, CNRS
Modélisation de la dynamique de l'oxygène dissous dans l'estuaire de la Gironde
L’estuaire de la Gironde est sujet à des épisodes d’hypoxie très marqués en été dans la Garonne estuarienne autour de Bordeaux, lorsque le bouchon vaseux y est très concentré, le débit fluvial faible et la température élevée. Les observations indiquent que la diminution des concentrations en oxygène est liée à la combinaison des facteurs naturels (apports par le bassin versant et hydrodynamique sédimentaire) et anthropiques (rejets d’eaux urbaines partiellement traitées). Afin de quantifier les mécanismes contrôlant les variations temporelles et spatiales de l’oxygène dissous, un modèle biogéochimique a été couplé à un modèle hydro-sédimentaire à 3D, capable de simuler le transport des variables dissoutes et particulaires, les réactions consommant l’oxygène, et la ré-aération par l’atmosphère. Le modèle biogéochimique reproduit bien les variations d’oxygène dans la Garonne à Bordeaux à l’échelle saisonnière et lunaire et permet de quantifier les contributions relatives des rejets urbains et des apports du bassin versant à la consommation en oxygène. Utilisé pour simuler des conditions futures (d’ici à 50 ans), le modèle indique que les phénomènes d’hypoxie estivale ont tendance à s’amplifier dans la Garonne estuarienne du fait de l’augmentation de la température de l’eau, de la diminution des débits fluviaux et de l’augmentation de la population dans l’agglomération bordelaise. Les simulations de différents scenarii de gestion indiquent que des soutiens d’étiage, une amélioration du traitement des eaux urbaines et éventuellement un transfert des rejets vers l’aval seraient nécessaires pour éviter une altération drastique de la qualité du milieu aquatique.
(06/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Modélisation de la dynamique de l'oxygène dissous dans l'estuaire de la Gironde
L’estuaire de la Gironde est sujet à des épisodes d’hypoxie très marqués en été dans la Garonne estuarienne autour de Bordeaux, lorsque le bouchon vaseux y est très concentré, le débit fluvial faible et la température élevée. Les observations indiquent que la diminution des concentrations en oxygène est liée à la combinaison des facteurs naturels (apports par le bassin versant et hydrodynamique sédimentaire) et anthropiques (rejets d’eaux urbaines partiellement traitées). Afin de quantifier les mécanismes contrôlant les variations temporelles et spatiales de l’oxygène dissous, un modèle biogéochimique a été couplé à un modèle hydro-sédimentaire à 3D, capable de simuler le transport des variables dissoutes et particulaires, les réactions consommant l’oxygène, et la ré-aération par l’atmosphère. Le modèle biogéochimique reproduit bien les variations d’oxygène dans la Garonne à Bordeaux à l’échelle saisonnière et lunaire et permet de quantifier les contributions relatives des rejets urbains et des apports du bassin versant à la consommation en oxygène. Utilisé pour simuler des conditions futures (d’ici à 50 ans), le modèle indique que les phénomènes d’hypoxie estivale ont tendance à s’amplifier dans la Garonne estuarienne du fait de l’augmentation de la température de l’eau, de la diminution des débits fluviaux et de l’augmentation de la population dans l’agglomération bordelaise. Les simulations de différents scenarii de gestion indiquent que des soutiens d’étiage, une amélioration du traitement des eaux urbaines et éventuellement un transfert des rejets vers l’aval seraient nécessaires pour éviter une altération drastique de la qualité du milieu aquatique.
(06/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Rencontre avec le thème 4 de la Zone Atelier Brest Iroise "Dynamiques d'implantations humaines et paléoenvironnements
(05/12/2016)
LDO, INSU - CNRS, UBO EPE, CNRS
Rip current types, circulation and hazard
Rip currents are narrow and concentrated seaward-directed flows that extend from close to the shoreline, through the surf zone, and varying distances beyond. Rip currents are ubiquitous on wave-exposed coasts. Each year they cause hundreds of drowning deaths and tens of thousands of rescues on beaches worldwide and are therefore the leading deadly hazard to recreational beach users. The broad definition above masks considerable natural variability in terms of rip current occurrence in time and space, flow characteristics and behaviour. In particular, surf-zone rip currents have long been perceived as narrow flows extending well beyond the breakers, flushing out the surf zone at a high rate ('exit flow' circulation regime), while more recent studies have shown that rip flow patterns can consist of quasi-steady semi-enclosed vortices retaining most of the floating material within the surf zone ('circulatory flow' circulation regime). Building upon a growing body of rip current literature involving numerical modelling and theory together with emergence of dense Lagrangian field measurements, we develop a robust rip current type classification that provides a relevant framework to understand the primary morphological and hydrodynamic parameters controlling surf-zone rip current occurrence and dynamics. Three broad categories of rip current types are described based on the dominant controlling forcing mechanism. Each category is further divided into two types owing to different physical driving mechanisms for a total of six fundamentally different rip current types: hydrodynamically-controlled (1) shear instability rips and (2) flash rips, which are transient in both time and space and occur on alongshore-uniform beaches; bathymetrically-controlled (3) channel rips and (4) focused rips, which occur at relatively fixed locations and are driven by hydrodynamic processes forced by natural alongshore variability of the morphology in both the surf zone and inner shelf zone; and boundary-controlled (5) deflection rips and (6) shadow rips, which flow against rigid lateral boundaries such as natural headlands or anthropogenic structures. For each rip current type, flow response to changes in hydrodynamic and morphologic forcing magnitude is examined in regard to velocity modulation and changes in circulation regime, providing key force-response relationships of rip currents. We also demonstrate that in the real world, rip currents form through a mixture of driving mechanisms and the discrete rip types defined in fact form key elements in a wide and complex spectrum of rip currents on natural beaches. It is anticipated that this rip current type classification will serve as a resource for coastal scientists and non-specialists with an interest in the rip current hazard, and as a platform for future rip current studies. Finally, we suggest some important future research directions highlighting the need for coastal and beach safety communities to collaborate in order to improve rip current education and awareness.
(Earth-Science Reviews. vol. 163, n° 0012-8252, pp. 1-21, 01/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Spatial distribution of trace elements in the surface sediments of a major European estuary (Loire Estuary, France): Source identification and evaluation of anthropogenic contribution
Assessing the extent of metal contamination in estuarine surface sediments is hampered by the high heterogeneity of sediment characteristics, the spatial variability of trace element sources, sedimentary dynamics and geochemical processes in addition to the need of accurate reference values for deciphering natural to anthropogenic contribution. Based on 285 surface sediment samples from the Loire Estuary, the first high-resolution spatial distributions are presented for grain-size, particulate organic carbon (POC) and the eight metals/metalloids identified as priority contaminants (Cd, Zn, Pb, Cu, As, Cr, Ni, Hg) plus Ag (an urban tracer). Grain-size and/or POC are major factors controlling the spatial distribution of trace element concentrations. The V-normalized trace metal concentrations divided by the V-normalized concentrations in the basin geochemical background showed the highest Enrichment Factors for Ag and Hg (EF; up to 34 and 140, respectively). These results suggest a severe contamination in the Loire Estuary for both elements. Intra-estuarine Ag and Hg anomalies were identified by comparison between respective normalized concentrations in the Loire Estuary surface sediments and those measured in the surface sediments at the outlet of the Loire River System (watershed-derived). Anthropogenic intra-estuarine Ag and Hg stocks in the uppermost centimetre of the sediment compared with rough annual fluvial flux estimates suggest that the overall strong Enrichment Factors for Ag (EFAg) and and Hg (EFHg) in the Loire Estuary sediments are mainly due to watershed-derived inputs, highlighting the need of high temporal hydro-geochemical monitoring to establish reliable incoming fluxes. Significant correlations obtained between EFCd and EFAg, EFCu and POC and EFHg and POC revealed common behavior and/or sources. Comparison of trace element concentrations with ecotoxicological indices (Sediment Quality Guidelines) provides first standardized information on the sediment quality in the Loire Estuary. The overall mean Effect Range Median quotients (m-ERM-q) results suggested that the Loire Estuary is mainly characterized by slightly toxic sediments even if ecotoxicological impacts have been previously reported on biota.
(Journal of Sea Research (JSR). vol. 118, n° 1385-1101, pp. 77-91, 01/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LIENSs, INSU - CNRS, ULR, CNRS, GéHCO, UT, LPG-ANGERS, LPG, UA, UN UFR ST, UN, INSU - CNRS, CNRS
Flux de polluants organiques dans le bassin de la Seine
(23/11/2016)
METIS, UPMC, EPHE, PSL, CNRS, LEESU, ENPC, UPEC UP12, INERIS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, SIAAP