Propositions de stages de Master 2 au LPG (année 2019 - 2020)

*) Analyse géologique et minéralogique du bassin d'Hellas Planitia, Mars.

Hellas Planitia est un grand bassin d'impact qui a été rempli par des roches volcaniques et de multiples dépôts d'origine sédimentaire variés. Etant localisé à une altitude de – 6000m et 40° de latitude sud, cette dépression a été particulièrement favorable à l'arrivée d'eau liquide, de surface ou souterraine tout comme à la formation de dépôts glaciaires. L'objectif du stage sera de coupler les données de spectro-imagerie de type OMEGA-CRISM avec les données de morphologies à toutes les échelles. Les résultats seront à comparer aux résultats déjà obtenus sur la marge Nord d'Hellas où des dépôts sédimentaires sont couplés à la présence de phyllosilicates.

Encadrement: N. Mangold (LPG), J. Carter (IAS Orsay).

*) Origine de veines de gypse et anhydrite sur Terre et analogies avec Mars.

Le rover Curiosity a observé des veines de gypse et anhydrite tout au long de sa traversée. Ces veines recoupent les roches sédimentaires fluvio-lacustres en suggérant un ou plusieurs épisodes de circulations de fluides. L'origine du soufre et des fluides restent incomprises, de même que la profondeur d'enfouissement. Dans les Alpes italiennes, un ensemble de roches sédimentaires fluvio-lacustres est traversé par des veines de gypse, probablement formées lors de deux phases. Nous souhaitons analyser ces veines afin de déterminer si l'origine des fluides et du soufre peut apporter des éléments de réponses aux questions martiennes. Le stage se passera en deux parties. Une première partie sera focalisée sur l'analyse minéralogique (Infra-Rouge) et chimique (LIBS) d'échantillons récoltés sur le terrain en Italie. La deuxième partie focalisera sur le contexte géologique de ce terrain et les analogies avec les observations du rover Cur iosity sur Mars.

Encadrement: N. Mangold (LPG), M. Massironi (Padoue).

*) Paleotemperature reconstructions using clumped isotopes in the Tropical Pacific Ocean: relationship between western Pacific Warm Pool mean SST and ENSO variability.

El Niño Southern Oscillation (ENSO) is the strongest source of interannual climate variability. This climate phenomenon is associated with changes in the patterns of sea surface temperatures across the Pacific Ocean and changes in atmospheric pressure gradients. The result is a oscillatory mode between warm phase (El Niño) and a cool phase (La Niña) with frequencies of 2-5 years. There is a known relationship between ENSO and global warming trend: the warmest years on record correspond to El Niño years and the colder years to La Niña. The processes that govern this observed relationship are still poorly understood and future predictions provide a range of estimates that question the relationship between ENSO behaviour and background climate state (Collins et al., 2010). Furthermore, several recent studies question the role of changes in incoming solar radiation, precessional forcing in controlling past changes in ENSO frequency (Cobb et al., . Thus there remains a series of fundamental questions to be addressed which would improve our understanding of the processes that control long and short term changes in ENSO and increase the reliability of future predictions. Paleoclimate records offer the possibility to explore past changes in ENSO and test the relationship between background climate, insolation and ENSO amplitude/frequencies. In this masters project we will use a series of fossil giant clam shells of the Tridcana species collected in fossil uplifted reefs in Papua New Guinea. Tridacna sp. are large marine bivalves that secrete layers of CaCO3 with daily resolution. The resulting shells are very large meter scale and provide unique opportunities to reconstruct climate with seasonal resolutions. Previous work on the fossil samples that will be studied here have shown they precipitate their shells in isotopic (18O) equilibrium (Welsh et al., 2011). 18O have been measured on all samples to be studied, ages are constrained by radiocarbon 14C dates and dating of the coral material by U/Th close to the samples. Estimates of interannual climate variability, ENSO, have shown that modern day frequency and amplitude of ENSO at this locality is higher than any of the estimates derived from fossil Tridacna and corals with ages ranging from 1-60ka. ENSO frequencies during the early Holocene (6-9ka) are lower than those observed during the more recent times and ENSO frequencies are variable during the glacial period (30-60ka) (Tudhope et al., 2001; Driscoll et al., 2014). Because 18O values reflect both changes in temperature and salinity we have not yet been able to explore precise links between regional temperature and changes in ENSO frequencies. We propose to study this link by conducting measurements of clumped isotopes (47) on fossil samples of Tridacana. Clumped isotopes (47) is a method for extracting temperature estimates from biocarbonate (see Meckler et al., 2014; 2015). We have conducted a series of tests during the past 6 months at the UiB that conclusively demonstrate the ability to quantify tropical sea surface temperatures. The samples that will be studied in this project have already been dated, the mean 18O values and profiles of 18O from which have been estimated changes in ENSO are already available (Driscoll et al., 2014). The candidate for this masters project will conduct one month of this project in Bergen, Norway (February/March period) and the remaining time in Nantes University. He/she will learn to prepare samples by microdrilling samples and participate in measurements of clumped isotopes facility at the University of Bergen with Nele Meckler's research group. References Collins, et al., (2010), The impact of global warming on the tropical Pacific Ocean and El Niño, Nature Geosci, 3 (6), 391{397, doi:10.1038/ngeo868. Driscoll et al. (2014), ENSO Reconstructions over the past 60 ka using giant clams (Tridacna sp.) from Papua New Guine a, Geophysical Research Letters, 41, 6819{6825, doi:10.1002/2014GL061446. Emile-Geay et al., (2016), Links between tropical pacific seasonal, interannual and orbital variability during the holocene, Nature Geosci, 9 (2), 168{173, doi:10.1038/ngeo2608. Tudhope, et al. (2001), Variability in the El Niño-Southern Oscillation through a glacial-interglacial cycle, Science, 291, 1511{1517, doi:10.1126/science.1057969. Welsh et al. (2011), Giant bivalves (Tridacna gigas) as recorders of ENSO variability, Earth and Planetary Science Letters, 307 (3{4), 266{270, doi:10.1016/j.epsl.2011.05.032. Meckler, A.N., et al., 2014, Long-term performance of the Kiel carbonate device with a new correction scheme for clumped isotope measurements, Rapid Communications in Mass Spectrometry 28, 1705-1715. Meckler, A.N., et al., 2015, Glacial–interglacial temperature change in the tropical West Pacific: A comparison of stalagmite-based paleo-thermometers, Quaternary Science Reviews 127, 90-116.

Encadrement: Prof Mary ELLIOT (LPG) and Prof Nele MECKLER (UiB).

*) Complémentarité des méthodes géophysiques électriques et de corrélation de bruit sismique pour la caractérisation de systèmes hydrogéologiques.

Les méthodes géo-électriques sont à ce jour largement utilisées pour l'étude des systèmes hydrogéologiques car les propriétés électriques des sols sont particulièrement sensibles au contenu en eau, à sa répartition dans l'espace poral et à sa composition chimique. Néanmoins, les méthodes sismiques, permettant d'estimer la distribution de vitesses sismiques dans le sous-sol peuvent également apporter des informations précieuses sur la composition de la subsurface. Le développement relativement récent (Shapiro & Campillo, 2004) de la méthode de corrélation de bruit sismique comme une méthode passive, relativement facile à implémenter sur le terrain, ouvre progressivement la voie à son utilisation dans de nouveaux contextes : caractérisation de digues (Le Feuvre et al. 2015), contexte géotechnique (Olivier & Brenguier 2016), et récemment réservoir aquifère (James et al. 2017, Voisin et al. 2017) où la méthode a permis d'o btenir des informations structurales précieuses. A ce jour, le couplage de méthodes géo-électriques et de corrélations de bruit sismique pour une application hydrogéologique sont rares. L'objectif de ce stage est de réaliser une étude géophysique multi-méthodes d'un site hydrogéologique bien caractérisé (Observatoire hydrologique de Ploemeur), et d'analyser l'apport respectif des méthodes électriques (tomographie de résistivité électrique (ERT), polarisation induite (IP)) et de la méthode de corrélation de bruit sismique, pour la compréhension du fonctionnement hydrogéologique du système étudié. L'étudiant participera à l'acquisition des données lors d'une ou deux missions de terrain de plusieurs jours, au traitement des données et à l'interprétation des résultats (inversion, quantification des incertitudes). Un état de l'art/recherche biblio sur la combinaison de ces méthodes et leur complémentarité est également attendu.

Encadrement: Thomas Kremer (LPG), Sergio Palma-Lopes (IFSTTAR), Eric Beucler (LPG), Mickaël Bonin (LPG).

*) Inversion homogénéisée de la forme d'onde complète pour des modèles 2-D avec des données 3-D.

L'inversion sismique de forme d'onde complète basée (FWI) sur l'homogénéisation utilise le fait que les ondes sismiques ne voient pas le vrai milieu géologique qu'elles traversent, mais une version floue. On peut montrer que cette version floue correspond au milieu effectif que l'on peut obtenir par la méthode d'homogénéisation à deux échelles. L'idée de la FWI homogénéisée est de ne chercher à retrouver que la version effective du milieu et pas le vrai milieu. Un programme prototype appliquant le principe de la FWI homogénéisée dans un environnement à 2-D a été développé et montre de très bon résultat. L'objectif à moyen terme est de développer un programme similaire, mais à 3-D. Une première étape est de continuer à travailler à 2-D pour le modèle, mais d'utiliser des données générées dans une géométrie à 3-D. C'est l'objectif de ce stage.

Encadrement: Y. Capdeville (LPG).

*) Étude expérimentale et morphologique des rides éoliennes terrestres et martiennes. Application aux rides éoliennes de Valles Marineris.

L'étude expérimentale aura pour objet d'étudier la formation des rides éoliennes dans des conditions qui se rapprochent de celle sur Mars. Les conditions de transport éolien sur Mars diffèrent de celles sur Terre sur au moins deux points : une gravité et une atmosphère de densité réduites. On s'attachera à se placer dans des conditions où la rapport de densité entre le sédiment et le fluide se rapproche des conditions de transport Martien. Pour cela, nous utiliserons un sédiment plus dense que le sable. L'objectif sera de reproduire avec ces particules les mêmes expériences que celles qui seront réalisées avec du sable sous conditions terrestres et d'étudier comment les lois d'échelles de la longueur d'onde par exemple sont affectées. L'objectif de ce stage est de déterminer si les rides détectées au fond de Valles Marineris sont bien générées par transport granulaire ou par un autre processus (sublimation à travers une couche gra nulaire). Il s'agira dans un premier temps d'analyser les morphologies de surface au fond de Valles Marineris afin de repérer de potentiels sites montrant des rides, 2. d'étudier les conditions environnementales (pression, température, humidité, vent, etc...), 3. de cartographier ces rides et de les décrire (morphologie, dimension, longueur d'onde,...), 4. de comparer la carte réalisée aux lois d'échelle obtenues à l'issue des expériences.

Encadrement: S. Carpy (LPG) & A. Valance (Univ. Rennes).

*) Limites de la tomographie sismique probabiliste haute-résolution.

La tomographie sismique à l'échelle globale repose principalement sur l'inversion des temps de trajets des ondes volume et/ou sur les vitesses de phase/groupe des ondes de surface. Afin de dépasser les limites inhérents aux méthodes inverses de type optimisation (gradient, moindres-carrés), une approche probabiliste est développée au LPG permettant de prendre en compte les informations contenues dans les formes des ondes de surface (Rayleigh et Love). Cette approche infère des densités de probabilités de modèles 1D de vitesses sismiques (P et S), de masse volumique et de paramètres d'anisotropie. En utilisant un réseau de capteurs, il devient alors possible de réaliser une imagerie tri-dimensionnelle pour chaque type de paramètres. Cette méthode est développée et utilisée à l'échelle globale, en se servant des séismes, et à l'échelle régionale, en utilisant des techniques de reconstruction de la fonction de Green par corrélation de s ignal sismique continu (bruit sismique ambiant). Une première étude semble montrer qu'il est possible d'aller à encore plus haute résolution et le but de ce stage est d'explorer les limites de cette approche probabiliste. Afin d'atteindre les longeurs d'ondes du génie civil (quelques mètres maximum), il faut envisager acquérir du signal entre 50 et 500 Hz. Très peu d'études existent pour 1) décrire le bruit enregistré à ces fréquences et 2) voir si des méthodes probabilistes peuvent apporter des résultats différents des approches classiques reposant sur de l'investigation active (e.g. MASW). Cette étude de faisabilité associera acquisition sur le terrain, traitement du signal et utilisation des approches bayésiennes. Les cibles choisies seront soient des recherches de cavités ou de présence d'eau souterraine. Les travaux qui pourront découler de ce stage permettront d'apporter un regard différent sur la notion d'anisotropie, les effets d'homogénéisation et l 'imagerie sismique.

Encadrement: Éric Beucler, Mickaël Bonnin, Antoine Mocquet (LPG). 

*) Rhéologie des poudres de glace : Application aux corps glacés du Système solaire.

En raison des faibles pressions et températures régnant à la surface des corps glacés du système solaire externe, les couches de glaces superficielles pourraient se comporter comme un matériau granulaire ayant peu de cohésion. La mission Cassini a par exemple révélé que la surface d'Encelade est recouverte d'une épaisse couche de poudre de glace très fine, dont la taille moyenne irait de 7 à 100 μm en fonction de la distance du pôle sud. Il s'agit donc d'une espèce de neige très fine, qui n'existe pas dans les conditions terrestres. Les matériaux granulaires ayant une distribution de tailles très fines (poudres) sont caractérisés par une forte cohésion interne due aux forces de Van der Waals. Cela leur donne un comportement mécanique particulier, permettant de stabiliser des empilements peu denses qui peuvent s'effondrer suite à l'application d'une contrainte. On peut imaginer que ces propriétés soient exacerbées par les conditions extrêmes d'Encelade (taille très fine, basse température...) et par les propriétés particulières de la glace. Des processus dynamiques impliquant de la glace poudreuse, mais dans des conditions de température plus élevées, sont également attendues sur Mars, où des avalanches ont pu être observées au niveau de la calotte polaire nord. En étudiant des surfaces glacées exposées à différentes températures, allant des froids modérés de Mars et de Cérès (-30/-60°C) aux froids extrêmes rencontrés sur les lunes de Saturne (-200°C) voire sur Pluton et Charon (-230°C), nous aurons l'opportunité de mieux comprendre comment ce type de poudre de glace se comporte. Ce stage a pour objectif de déterminer expérimentalement les propriétés physiques et mécaniques de poudre de glace à basse température, représentative des sols glacés de différents corps planétaires du système solaire. L'enjeu est de développer un dispositif expérimental pe rmettant de quantifier le degré de cohésion de poudres de glace ayant une taille de grain représentative des surfaces glacées des corps du système solaire externe. Il s'agira dans un premier temps de synthétiser des poudres de glace avec des tailles de grain contrôlées, de les caractériser en utilisant de la microscopie optique et la spectroscopie infra-rouge, puis de déterminer leurs propriétés mécaniques à différentes températures en utilisant un dispositif de type « tambour tournant ». Le stage sera réalisé au LPG en utilisant la plateforme dédiée à la synthèse et à la caractérisation de matériaux glacés, en étroite collaboration avec l'IFSTTAR (MAST/GPEM).

Encadrement: E. Le Menn (LPG), A. Riccardo(IFSTTAR), P. Richard (IFSTTAR), G. Tobie (LPG).

*) Détection d'événements sismiques par une approche de template matching: application aux données d'InSight, Elysium Planitia, Mars.

Les approches classiques de détection de signaux sismiques impulsifs dans le signal continu (par exemple STA/LTA) sont très efficaces pour détecter rapidement (à des fins d'alerte par exemple) les événements les plus puissants. Cependant, pour fonctionner convenablement pour des événements de faible amplitude, ce type d'approche nécessite (sous peine d'être submerger par les détections) que le point de mesure soit relativement calme d'un point de vue sismique. Le capteur SEIS étant installé directement à la surface de Mars, il est sensible aux perturbations atmosphériques et il est donc illusoire d'espérer y détecter des événements de faible puissance avec les approches décrites précédemment. Une façon de pallier cette difficulté est d'utiliser une methode d'analyse du signal basée sur la corrélation de segments temporels avec un catalogue d'événements préalablement constitué. Ce type d'approche nommée template matching permet de détecter de manière récursive (en mettant à jour le catalogue avec les nouveaux événements caractérisés) des événements d'une amplitude inférieure de plusieurs ordre de grandeur à ceux du catalogue initial. L'objectif de ce stage est (i) de mettre en place un algorithme de template matching, et (ii) de l'appliquer aux données martienne dans le but de densifier le catalogue d'événement de la mission InSight. Pour mettre au point cet outil, l'étudiant aura à sa disposition les données terrestre disponibles à l'observatoire (données du réseau permanent français et/ou d'expériences temporaires) et les données librement disponible d'InSight.

Encadrement: Mickaël Bonnin (LPG) / Éric Beucler (LPG).

*) Rôle des complexants organiques dans la transformation de l'opale du sol.

 L'activité des organismes vivants peut s'accompagner de minéralisations qui constituent parfois l'unique vestige de cette activité, lors de l'enregistrement fossile de la vie passée dans les roches. Ces biominéralisations sont cependant souvent difficiles à interpréter car les mêmes minéraux peuvent se former par des processus physico-chimiques strictement abiotiques. Nous nous intéressons ici à l'opale, silice amorphe hydratée, minéral ubiquiste de l'enveloppe la plus externe de la lithosphère. L'opale est documentée dans des formations très anciennes de la Terre et peut ainsi constituer un témoin pertinent du développement de la vie passée sur Terre. Elle peut se former selon trois grands processus : (1) altération continentale, par interaction de l'eau météorique avec les minéraux primaires ; (2) hydrothermalisme, par interaction des eaux chaudes souterraines avec les minéraux primaires ; (3) biominéralisation, où des organismes co mme les diatomées ou les radiolaires fabriquent leur squelette en opale, squelettes qui s'accumulent en sédiment à leur mort. Ce stage s'intègre dans l'étude des interactions entre l'opale et les microorganismes. L'objet sélectionné est l'opale de feu d'Éthiopie, qui s'est formée par altération continentale dans un paléosol à l'Oligocène. En particulier, les opales d'Éthiopie montrent souvent une texture particulière : le cœur de l'opale est orange, transparente et massive (opale de feu), quand la périphérie est blanche, translucide et poreuse (opale hydrophane). Cette disposition suggère une transformation centripète de l'opale qui se serait formée initialement dans son état interne (opale de feu), puis transformée en son état périphérique (opale hydrophane). La question est la suivante : les molécules organiques des fluides du sol sont-ils responsables de cette transformation de l'opale ? L'objectif de ce stage est de modéliser au laboratoire la tran sformation de l'opale de feu en opale hydrophane sous l'action de complexants organiques tels que les sidérophores microbiens véhiculés par l'eau du sol. La pyoverdine, produite par des micro-organismes, sera la molécule testée sur les opales. Les échantillons seront préparés soit en lames à faces parallèles pour favoriser l'observation, soit en cassures fraîches pour optimiser les réactions. Les techniques de caractérisation incluent la microscopie optique, la microscopie à force atomique (AFM), la spectrométrie Raman, et la tomographie 3D.

Encadrement: Benjamin Rondeau (LPG). Co-encadrants : Thierry Lebeau (LPG), Yann Morizet (LPG), Guy Louarn (IMN), Isabella Pignatelli (Géoressources, Nancy).

*) Caractérisation de la composition et de la morphologie de différents sites d'atterrissages lunaires.

La Lune revient sur le devant de la scène avec l'atterrissage successif de deux rovers chinois, un troisième étant prévu pour 2023. D'un point de vue méthodologique, la photogrammétrie est une technique en plein essor, permettant de reconstituer des terrains d'intérêt géologique à partir d'un jeu de photographies prises depuis le sol sous différents angles de vues. Les modèles photogrammétriques 3D peuvent ensuite être restitués dans des casques de réalité virtuelle (VR), facilitant ainsi la compréhension des échelles et des morphologies associées aux différents processus de mise en place des terrains. Cette technique peut s'appliquer aux archives de photographies Apollo ou aux images des rovers. L'imagerie satellite très haute résolution permet en outre de voir des détails respectivement de l'ordre de 30, 40 et 50 cm sur Mars, la Lune et la Terre, donnant le contexte d'un site d'intérêt géologique. Ces données peu vent être couplées à de la spectro-imagerie satellite à plus basse résolution (respectivement 18m, 40m et 30m sur ces trois corps) donnant une information complémentaire sur la composition des terrains. La photogrammétrie en local, à partir des données des rovers ou des astronautes, couplée aux images satellites, permet donc d'obtenir une compréhension allant de l'échelle locale à l'échelle régionale. Le sujet du stage consistera à traiter, analyser et fusionner des jeux de données orbitaux et in situ, en commençant par le site d'atterrissage Apollo 17, afin de caractériser au mieux la composition et la mise en place des terrains. Une partie du travail sera consacrée à la reconstitution 3D d'affleurements rocheux. Ces modèles seront replacés dans le contexte plus général déterminé par imagerie satellite (données à très haute résolution LRO, imagerie multispectrale Clementine et imagerie hyperspectrale M3). Une application particulière sera portée à l'analyse des roches ignées et des brèches d'impact, et à l'influence du régolite sur la signature spectrale vue depuis l'orbite. En fonction de l'état d'avancement, la zone d'étude sera étendue aux sites des rovers Chang'E3 et Chang'E4.

Encadrement: Stéphane Le Mouélic,  Nicolas Mangold (LPG).

*) Evolution primitive de la Lune : rôle des marées et des impacts planétaires.

Après sa formation suite à un impact géant, la Lune a préservé un océan magmatique pendant plusieurs dizaines millions d'années sous une croûte anorthosique. Au cours de cette première phase d’évolution, la Lune se trouvait à faible distance de la Terre et était soumise à de puissantes forces de marée.  La cristallisation de l’océan magmatique subsurfacique a été vraisemblablement affectée par l’intense production de chaleur résultant des interactions de marée entre la Terre et la Lune. Tout au long de la phase de cristallisation, la croûte lunaire a, en outre, été soumise à un intense bombardement météoritique. Les plus gros impacteurs ont probablement perforé la croûte et déposé une partie significative de leur masse et énergie dans l’océan magmatique sous-jacent.
L’objectif de ce stage est de développer un modèle couplé d’évolution thermique et orbitale de la Lune permettant de quantifier le rôle de la dissipation de marée et des impacts météoritiques sur la cristallisation de l’océan magmatique lunaire. L’effet des impacts météoritiques sur la structure et composition de la croûte et de l’océan magmatique sera déterminé en effectuant une série de simulations numériques avec l’hydrocode iSALE, pour différentes épaisseurs de croûte et d’océan magmatique, correspondant à différents stades d’avancement de la cristallisation. Il s’agira de déterminer la quantité d’éléments volatils potentiellement apportée par les impacteurs dans l’océan magmatique et la conséquence des impacts sur le bilan énergétique. L’ensemble des simulations réalisées sera ensuite utilisé pour développer une paramétrisation simplifiée des processus d’impact qui sera intégrée dans le modèle d’évolution couplée. Le modèle d’évolution sera réalisé à partir des codes de diffusion thermique et de déformation de marée préexistants développés au LPG (Nantes) et les simulations d’impact seront réalisées avec l’hydrocode iSALE dans le cadre d’une collaboration avec le LMV (Clermont-Ferrand).  Le stage se déroulera en grande partie au LPG, avec un séjour d’environ 1 mois prévu au LMV.

Encadrants : G. Tobie (LPG), J. Monteux (LMV); Collaboration : M. Kervazo (LPG), M. Laneuville (ELSI, Japon).

*) Molards on Mars.

This research internship forms part of a larger project PERMOLARDS or "Tracking the degradation of mountain permafrost with molards" and will be partly based in Caen. Molards in permafrost terrains are cones of loose debris that result from thawing of blocks of ice-rich sediments mobilised by a landslide (Morino et al., EPSL 2019). Molards cannot form without ground ice, which cements the source material, allowing it to behave like solid during transport. Once the ground ice has thawed, its cementing action is lost, inducing collapse of the material into molards. These landforms are an indicator of recent and ongoing permafrost degradation on Earth. They have spatial and geomorphic characteristics that reveal the dynamics of the landslides that formed them. We have also identified candidate molards on Mars where the presence of ground ice is known, but evidence pointing to its thaw is controversial. The student(s) will study conical mounds that resemble mo lards in Hale Crater ejecta and compare them with remotely sensed data of molards on Earth in different settings. Hale Crater is thought to have been emplaced into an ice-rich substrate and its ejecta are already recognised to be fluidised (e.g. Jones et al., Icarus 2011), however the state, distribution and quantity of the ground ice are unknown. If time permits, the student will also consider the potential role of ground ice degradation in the formation of the chaos terrains on Mars and make a similar comparison to molards on Earth. The student will use a Geographic Information System (GIS) to study the morphology and spatial/topographic distribution of the mounds using digital terrain models of the candidate molards on Mars and of known sites with molards on Earth (Iceland, Canada, Greenland). Where possible the student will use thermal and spectral data to understand the types of materials comprising the mounds on Mars. On Earth an understanding of the materials involved in mola rd-formation will be gathered from the literature and existing field photos. The student will consider, from a theoretical viewpoint, the potential differences between molards formed by thaw and by sublimation. Based on the results of their study the student will help to design the experimental campaigns which will be the subject of a PhD thesis starting in 2020 (under consideration for funding), where the degradation of ice-cemented blocks into molards will be studied in the cold chamber in Caen.

Encadrement: Susan Conway (LPG), Marianne Font (M2C, Caen), François Costard (Geops, Paris-Sud), Costanza Morino (EDYTEM, Grenoble).

*) Inferring the level of equatorial symmetry in Earth's core flow from numerical dynamos and geomagnetic field models.

Dominant rotational effects in outer core dynamics are expected to produce equatorially symmetric flows (Jault, 2008). The observed geomagnetic secular variation (SV) can be explained by core flow models with imposed equatorial symmetry (Gillet et al., 2015). However, other effects including turbulence, magnetic diffusion and boundary heterogeneity might break this symmetry. Indeed, core flow models without imposed equatorial symmetry contain a significant amount of anti-symmetry (Amit and Pais, 2013).Comparable geomagnetic SV power in its symmetric and anti-symmetric parts could be explained by field-flow interactions (Amit et al., 2018). In particular, if the symmetric flow is nearly aligned with the field, then it will produce little advective SV. Unravelling such field-flow interactions is therefore crucial to understanding the symmetry properties of core dynamics.In this M2 stage the student will analyze output from self-consistent 3D numerical dynamo simulations. The radial field and the tangential flow at the top of the core will be decomposed into symmetric and anti-symmetric parts. Multiple SV contributions resulting from the interactions of the different field and flow parts will be calculated and visualized. The objective is to establish the efficiency of each of these interactions in inducing SV in the dynamo models. The results will be applied to the observed geomagnetic SV in order to infer the field-flow interactions and level of equatorial symmetry of the flow at the top of Earth’s core.Compétences souhaitées : A fundamental level of deep Eartn geophysics, mathematics and programming.

Encadrement: Hagay Amit (LPG).

*) Complémentarité des méthodes géophysiques électriques et de corrélation de bruit sismique pour la caractérisation de systèmes hydrogéologiques.

Les méthodes géo-électriques sont à ce jour largement utilisées pour l’étude des systèmes hydrogéologiques car les propriétés électriques des sols sont particulièrement sensibles au contenu en eau, à sa répartition dans l’espace poral et à sa composition chimique (Hubbard & Linde, 2010). Néanmoins, les méthodes sismiques, permettant d’estimer la distribution de vitesses sismiques dans le sous-sol peuvent également apporter des informations précieuses sur la composition de la subsurface. Le développement relativement récent (Shapiro & Campillo, 2004) de la méthode de corrélation de bruit sismique comme une méthode passive, relativement facile à implémenter sur le terrain, ouvre progressivement la voie à son utilisation dans de nouveaux contextes : caractérisation de digues (Le Feuvre et al. 2015), contexte géotechnique (Olivier & Brenguier 2016), et récemment réservoir aquifère (James et al. 2017) où la méthode a permis d’obtenir des informations structurales précieuses. A ce jour, le couplage de méthodes géo-électriques et de corrélations de bruit sismique pour une application hydrogéologique sont rares. L’objectif de ce stage est de réaliser une étude géophysique multi-méthodes d’un site hydrogéologique bien caractérisé (un cordon dunaire sur l’île de Noirmoutier), et d’analyser l’apport respectif des méthodes électriques (tomographie de résistivité électrique (ERT), polarisation induite (IP)) et de la méthode de corrélation de bruit sismique pour la compréhension du fonctionnement hydrogéologique du système étudié. L’étudiant participera à l’acquisition des données lors d’une ou deux missions de terrain de plusieurs jours, au traitement des données et à l’interprétation des résultats (inversion, quantification des incertitudes) dans une démarche de mise en valeur de leur complémentarité. Un état de l’art/recherche biblio sur la combinaison de ces méthodes et leur complémentarité est également attendu.

Encadrement: Thomas Kremer (LPG), Sergio Palma-Lopes (IFSTTAR), Eric Beucler (LPG).

Références : Hubbard, S. S., & Linde, N. (2010). Hydrogeophysics (No. LBNL-3341E). Lawrence Berkeley National Lab.(LBNL), Berkeley, CA (United States).James, S. R., Screaton, E. J., Russo, R. M., Panning, M. P., Bremner, P. M., Stanciu, A. C., ... & Farrell, M. E. (2017). Hydrostratigraphy characterization of the Floridan aquifer system using ambient seismic noise. Geophysical Journal International, 209(2), 876-889.Le Feuvre, M., Joubert, A., Leparoux, D., & Cote, P. (2015). Passive multi-channel analysis of surface waves with cross-correlations and beamforming. Application to a sea dike. Journal of Applied Geophysics, 114, 36-51.Olivier, G., & Brenguier, F. (2016). Interpreting seismic velocity changes observed with ambient seismic noise correlations. Interpretation, 4(3), SJ77-SJ85.Shapiro, N. M., & Campillo, M. (2004). Emergence of broadband Rayleigh waves from correlations of the ambient seismic noise. Geophysical Research Letters, 31(7).

*) Étude expérimentale du système H2O-CO2-NH3 -- Application aux lunes-océans du Système solaire.

La structure interne des hydrosphères des grands satellites de glaces (Europe, Ganymède, Callisto et Titan) est contrôlée par les conditions physico-chimiques (pression, température et composition) régnant dans ces corps. L'utilisation du diagramme de phase de l'eau pure a permis l'établissement de la structure suivante: croûte de glace Ih en surface, océan liquide et, sauf sur Europe, couche basale de glace haute pression. Cependant la présence d'espèces en solution (ioniques et non ioniques - héritées et/ou issus d'interactions fluides/roches) induit d'importantes modifications - densités, conductivité électrique, mais aussi pressions et températures associées aux transitions de phases - qui sont à même de bouleverser notre vision actuelle de la structure interne de ces hydrosphères. Parmi ces espèces, l'ammoniac (NH3) et le dioxyde de carbone (CO2) sont, de par leurs abondances initiales, leurs stabilités et leurs aptitudes à f ormer des phases condensées, des candidats susceptibles de jouer un rôle prépondérant. Aussi, une meilleure connaissance du système H2O-CO2-NH3 pour les conditions P,T et X rencontrées dans les satellites de glaces préside à l'élaboration de modèles plus aboutis de leur structure interne mais aussi, plus largement, à une meilleure compréhension de leur histoire évolutive. Ce stage propose la réalisation expérimentale du diagramme de phase du système H2O-CO2-NH3 pour les conditions rencontrées dans les hydrosphères des satellites de glaces (ie: P = 0.1-1.5GPa, 250-400K, [CO2] + [NH3] = 0.1 - 10 pd.%). Les expériences, conduites au LPG, se décomposeront en deux étapes: 1) réalisation de solutions présentant des concentrations en NH3 et CO2 contrôlés, 2) étude du comportement ces solutions dans l'espace P-T au moyen d'une cellule à enclumes diamant couplée à un spectromètre Raman, 3) détermination des conditions de stabilité des cristaux de carbonate d'ammonium.

Encadrement: E. Le Menn, C. Fauguerolles, G. Tobie (LPG).