Sujets de stage proposés par le LPG en 2023

Les candidatures et les demandes de renseignements complémentaires doivent être adressées directement aux directeurs et encadrants dont les coordonnées figurent dans le descriptif de chaque sujet.

Date limite de dépôt des demandes de stage :

  • pour les étudiants en M2 EPS/CGE de NU : 11 novembre 2022
  • pour les étudiants en M2 hors NU : 18 novembre 2022
  • pour les étudiants en M1 et L3 : 9 janvier 2023

Niveau Master 2

Sujet 1 : Rhéologie des mélanges des graines glace-sédiments sous conditions froides – application à la planète naine Cérès et autres corps glacés de système solaire Rheology of mixed ice-sand powders in cold conditions – applications to dwarf planet Ceres and other icy bodies in the solar system

The objective of the internship is to experimentally investigate the rheology of mixed ice-sand powders under the cold conditions experienced in the outer solar system and to relate the results to measurements of downslope flows on Ceres (and other bodies if time allows). This work would be the first to evaluate the role of ices in the mobility of downslope flows on icy bodies and to infer the cohesion properties of icy regolith in Ceres’ conditions.  Using a rotating drum apparatus developed at LPG and capable of reaching temperature down to  200°C (Jabaud et al. 2022), it is possible to assess the dynamic angle of friction for a variety of planetary analogue powders, thus providing constraint on the flow mobility at cold surface conditions.  First results performed on pure ice powders have already highlighted the strong influence of temperature on the cohesion of small ice grains (Jabaud et al. 2022). The aim of this internship would be to extend these cohesion measurements to mixtures of sand grains and ice grains of the same size mixed in different ratios at different temperatures relevant for Ceres and other more distant icy bodies. Slope movements on icy bodies are likely to be mixtures of ice and sediments so it is important to understand the difference in rheology between ice and ice-sediment mixes, using ice-sand mixtures as planetary analogues.  These laboratory measurements of cohesion parameters will be put in to perspective using remote sensing observations of Ceres, and possibly other icy objects. Ceres has been investigated by the DAWN spacecraft and has a wealth of images publicly available as well as digital terrain models derived using stereo-photogrammetry techniques. The intern would survey the data for downslope flows (Sam and Bhardwaj, 2022) and catalogue their morphology. Where available the slopes would be measured with digital terrain models (Park et al. 2019) to understand the mobility of the flows to compare to the rheology measured in the laboratory. The intern would use either ArcGIS or QGIS for this task. This approach could be extended to Vesta or other icy bodies of the solar system, in particular Saturn’s icy moons, for comparison, as time allows.

Encadrants : Susan Conway (LPG Nantes), Riccardo Artoni (Univ Eiffel), Gabriel Tobie (LPG Nantes), Benoit Jabaud (LPG, Univ Eiffel)

Sujet 2 : Fluid flow at Jupiter’s deep interior from observed magnetic secular variation

Magnetic measurements by the Juno mission led to the construction of small-scale field and secular variation (SV) models at the top of Jupiter’s dynamo region (Sharan et al., 2022). Detailed geomagnetic SV models are commonly used to invert for the flow at the top of Earth’s core (e.g. Holme, 2015). In this Master 2 internship we propose to invert the Jovian SV for the flow that induces these field changes deep inside Jupiter’s interior. The student will examine the validity of theoretical assumptions often used in the context of Earth‘s core. In particular, the effects of rapid rotation on compressible fluids will be studied. The student will learn to implement a classical inverse theory code. The results for Jupiter’s deep internal flows will be investigated, including sensitivity to the depth of the dynamo region, validity of the frozen-flux hypothesis, zonality of the flow, degree of field-aligned flow, equatorial symmetry, and more. These results will provide unprecedented information on the dynamics in Jupiter’s interior which may constrain numerical dynamo simulations for the generation of the field by deep convective motions.

Encadrants : Hagay Amit (LPG Nantes), Alexandra Pais, Benoit Langlais (LPG Nantes)

Sujet 3 : Potentiel planétologique de la silice pour préserver la matière organique

De nombreux témoins ont été utilisés pour tracer l’évolution de la vie sur les corps planétaires (dont la Terre) sur de longues durées géologiques. La matière organique qui peut résulter de l’activité biologique est en général destinée à être dégradée par les processus géologiques : les liaisons chimiques des molécules complexes se rompent et la forme résultante ultime est le carbone amorphe. C’est ce qui se passe lors de la maturation des hydrocarbures. Ainsi, les plus vieux témoins de matière organique sur Terre sont des inclusions de carbone dans des stromatolites. Les sépiolites roses du centre de la France sont exceptionnelles au sens où leur couleur rose est due à des molécules organiques complexes, des quinones, qu’elles conservent depuis 40 millions d’années. Ces phyllosilicates sont encaissés soit dans des carbonates (calcaire), soit dans de la silice (opale et calcédoine). Carbonate et silice se comportent différemment à l’irradiation solaire : le calcaire rose perd sa couleur en quelques années alors que les couleurs de l’opale et la calcédoine rose sont réputées stables. Cette observation naturaliste amène l’hypothèse que la silice est un encaissant qui protège les molécules organiques de la dégradation par les UV solaires, quand les carbonates protègent moins. L’objet de ce stage est de tester le potentiel de séquestration et préservation de molécules organiques complexes par la silice sur des durées géologiques longues. L’expérience principale de ce stage sera de mesurer l’intensité de la couleur rose d’échantillons variés (calcaire, opale et calcédoine), puis de soumettre ces échantillons à l’irradiation UV, puis de remesurer l’intensité de la couleur rose après irradiation. Cette intensité sera considérée comme un proxy de la préservation des quinones.  L’intensité de couleur sera mesurée par spectrophotométrie d’absorption UV-visible, et l’irradiation sera menée en conditions martiennes et terrestres sous lampes UV monitorées. Une approche par mesure de fluorescence sera également envisagée.

Encadrants : Benjamin Rondeau et Simon Gouzy (LPG Nantes), Fabien Stalport (UPEC, Créteil) pour les expériences d’irradiation, Florian Massuyeau (IMN) pour les mesures spectroscopiques d’absorption et de fluorescence

Sujet 4 : Chemically stratified layers in the ocean of Ganymede and their signatures in observations of the future JUICE mission

Ganymede is the largest icy moon of the Solar system and possesses an internal liquid ocean sandwiched between two layers of ice. The ocean is considered a good potential candidate for extraterrestrial life and its characterization is one of the main goals of the future JUICE mission. The habitability of the ocean largely depends on its composition, dynamics and interactions with the adjacent ice shells. A key question is the dynamical effect of chemicals delivered to the ocean by melting/crystallization at the ocean/ice interface and due to chemical transport across the ice shells. Indeed, local enrichment/depletion in salts may drive chemical convection in the ocean or, on the contrary, lead to the formation of chemically stratified layers which can grow owing to chemical diffusion. Stratifications could prevent chemical mixing and decrease heat transport across the ocean, affecting its habitability potential. The goal of the present study is to define a methodology to determine plausible 1D models of the ocean of Ganymede including chemical stratifications and anticipate the specific signatures of chemically stratified layers in the shape, gravity and magnetic induction data that will be collected by the future JUICE mission. The aim of this project is to establish a proof of concept and a full methodology to make predictions in future observations by the JUICE mission from numerical simulations and a priori constrains on the ocean. The first 2 months of the project will take place at LPG, Nantes (France) with Mathieu Bouffard as main advisor. Numerical simulations of the growth of a chemically stratified layer will be performed in a 3D, thermally convecting rotating spherical shell with the PARODY code to confirm the results of previous 2D Cartesian simulations. As a full exploration of the parameter space would be very cumbersome, only the flux of chemical elements will be varied. The numerical domain will be restricted to a quarter of a spherical shell to save computational time. The shape and time evolution of the stratification will be studied. The student will then come to JPL for 3 months with Steve Vance as the main advisor. Constrains on the global composition of the ocean and on the rate of chemical exchanges with the ice shells will first be determined from the literature in collaboration with Mohit Melwani Daswani. These will then be combined with the results of the numerical simulations to determine plausible 1D chemical profiles of the ocean of Ganymede including chemical stratifications. These models will be used as inputs for the PlanetProfile Python code written by Marshall Styczinski to simultaneously evaluate the signatures of stratified layers in these 1D models on the magnetic induction and gravity field. Preliminary conclusions will be drawn on the interpretation of the data of the JUICE mission. A 20-page report will be provided and the methodology and results will be presented in front of JPL scientists at the end of the internship.

Encadrants : Mathieu Bouffard (LPG Nantes), Steve Vance (JPL)

Sujet 5 : Le rôle des océans dans la modification de la population et de la morphologie des cratères sur Mars

La présence d’anciens océans à la surface de Mars reste l’un des aspects les plus débattus de l’histoire géologique de Mars. Alors que les observations de la géomorphologie et de la minéralogie de la surface démontrent que de l’eau liquide était présente sous forme de ruissellement de surface et de lacs sur les premiers temps de Mars, les preuves de l’existence d’océans sont restées plus évasives. Les aspects en faveur de l’existence d’un ancien océan comprennent la distribution des dépôts deltaïques sur une ligne équipotentielle lorsqu’on tient compte de la déformation crustale post-Tharsis (Di Achille et Hynek, 2010, Perron et Mitrovica, 2006, Cardenas et Lamb, 2022), Les modèles climatiques, d’autre part, suggèrent que la stabilité d’un océan dans les basses terres du nord ou le bassin Hellas serait difficile à atteindre, et impliquerait des conditions très spécifiques pour la composition, la pression et l’isolation atmosphériques (Wordsworth, 2016). De plus, la distribution des minéraux sur les basses terres du nord, où l’eau se serait accumulée, est constituée de roches ignées mafiques et ultramafiques qui sont sèches et très sujettes à l’altération hydrique, et donc leur présence et leur forte concentration est aussi largement incompatible avec la présence d’eau.  Ce projet propose le développement d’une observation indépendante basée sur les statistiques de comptage des cratères et leur morphologie pour réévaluer l’hypothèse océanique. Le stagiaire M2, en collaboration avec le Dr Aleksandra Sokolowska (Université de Berne, Université Brown), utilisera le code de physique des chocs iSALE-2D (Wünnemann et al. 2006) et son extension aux matériaux cibles en couches développée par le Dr Sokolowska, pour modéliser les résultats d’un impacteur de différentes tailles, moments et angles, dans une couche d’eau d’une épaisseur allant de zéro (contrôle, conditions actuelles), 100 m, et 1 km, sous gravité martienne. Les résultats des simulations comprendront la morphométrie des cratères, la morphométrie des éjectas et les histogrammes de fréquence des tailles de cratères, comparés entre les différents scénarios d’épaisseur. Le projet vise à mieux comprendre les questions scientifiques suivantes : – Comment la présence d’un océan (couche d’eau de ~1 km d’épaisseur) affecte-t-elle les morphométries des cratères et des éjectas, définies par les rayons et la morphométrie des cratères et des éjectas, et comment se comparent-elles aux scénarios ” océan peu profond ” (~100 m) et ” sec “? – Comment la présence d’un océan filtre-t-elle la taille des cratères, et donc affecte-t-elle l’histogramme des statistiques de taille des cratères  – Observons-nous des différences dans les statistiques de taille des cratères dans les régions qui étaient couvertes par l’ancien océan hypothétique (Hellas, basses terres du nord) et les régions qui étaient probablement sèches au cours des périodes noachienne et hespérienne (par exemple, Arabia Terra)? Qu’en est-il des régions qui étaient sous glaciation dans la région circumpolaire sud de Dorsa Argentea? Les résultats permettront de mieux comprendre les enregistrements de cratères sur Mars, et de savoir si nous pouvons ou non utiliser les histogrammes de fréquence de taille, et la morphométrie des cratères, pour interroger la présence ou l’absence d’anciens océans sur Mars.

Encadrantes : Anna Grau Galofre (LPG  Nantes) et Susan Conway (LPG Nantes)

Sujet 6 : Role of carbon in the composition and formation of the dwarf planets and the icy moons of the giant planets

Dwarf planets like Pluto and icy moons like the satellites of Jupiter and Saturn record the composition of the solids present in the solar nebula at the time of their formation. The composition of these solids, and those of the planets and moons, depends on the position of the “ice line” beyond which water ice crystallizes, the “soot line” beyond which carbon condenses into organic compounds, and the temperature distribution in the nebula. Our recent models show the importance of compounds of organic origin to explain the structure and the thermal evolution of these bodies. The proposed subject aims at establishing the composition of icy moons and dwarf planets and their evolution from astronomical observables such as the moment of inertia. The subject may include experimental measurements and modeling of the density and the thermal conductivity of organics in addition to a deep literature search. It will also include a study on the kinetics of carbonaceous matter transformation. The results will be included into density profile models and thermal evolution models of these bodies.  The selected candidate must demonstrate skills or interest in high-pressure high-temperature experiments or/and thermodynamics. The experimental and theoretical study will be conducted between Lyon and Nantes.   This is part of the PROMISES project (PI C Sotin) funded by the ERC.

Encadrants : Christophe Sotin (LPG Nantes) & Bruno Reynard (LGL Lyon)

Sujet 7 : Les isotopes du fer comme traceur des hétérogénéités Redox du manteau Indien

La fugacité d’oxygène (fO2) est une propriété thermodynamique intrinsèque qui mesure le potentiel oxydant d’un système et contrôle la spéciation des éléments multivalents. Une fO2 élevée désigne par exemple un système oxydé caractérisé par des rapports Fe3+/Fe élevés (Fe= Fe2+ + Fe3+). La fO2 de la Terre interne est un paramètre important qui influence aussi bien les processus magmatiques de fusion partielle ou de différenciation, que les paramètres géophysiques de conductivité électrique ou de vitesse de propagation des ondes sismiques dans le manteau.  Depuis plusieurs décennies, la caractérisation de la fO2 du manteau terrestre est un sujet de controverse. L’étude du rapport Fe3+/Fe dans les produits et résidus de fusion partielle tient une place centrale dans les débats en cours sur cette thématique de recherche. Une question fondamentale se pose notamment sur le rôle de la fusion partielle pour connecter les fO2 des basaltes et péridotites résiduelles à celle du manteau convectif non fondu. L’étude du fractionnement des isotopes de fer (noté 56Fe, déviation en ‰ du rapport 56Fe/54Fe par rapport à la valeur référence du standard international) peut potentiellement apporter de nouvelles contraintes sur cette question. En effet, l’état d’oxydation du fer exerce un contrôle important sur la magnitude du fractionnement des isotopes du fer. L’énergie de liaison augmentant avec la charge des cations, l’isotope lourd du fer (56Fe) favorisera donc le Fe3+ par rapport au Fe2+. Par ailleurs, ces deux états d’oxydation du fer montrent des comportements géochimiques contrastés pendant la fusion partielle. Le Fe2+ est compatible (D~1) et le Fe3+ modérément incompatible (D~0,4).

Encadrant : Antoine Bézos (LPG Nantes)

Sujet 8 : Analyse des répliques du séisme du Layon de juin 2019 : estimation des paramètres de source du choc principal et du champ de contrainte local

Le 21 juin 2019 à environ 6h50 TU, un séisme de magnitude Ml=4.9 a secoué la région du Layon, entre Cholet et Saumur, et a été largement ressenti dans une large zone des Pays de la Loire et du Poitou. Une équipe du LPG et de l’OSUNA a installé dans l’après-midi du 21 juin 2019 un réseau de 8 stations accélérométriques dans la zone épicentrale. Ce réseau a permis de détecter près de 200 répliques (stage de Céline Hourcade en 2020) dont la répartition semble correspondre au mécanisme au foyer estimé à partir des stations du réseau permanent (cisaillement dextre sur un plan E/O).  L’objectif du stage est d’obtenir à partir de ce jeu de données des informations plus précises sur les paramètres de source du choc principal. L’étudiant devra d’abord effectuer une relocalisation des répliques par différentes approches, notamment par double-différence (logiciel HypoDD). Cette étape permettra d’affiner la position des séismes et donc la géométrie du plan de faille. Il conviendra, ensuite, de déterminer les magnitudes des événements, si possible des magnitudes de moment par une approche spectrale (logiciel SourceSpec) afin d’en produire un catalogue complet. Une localisation précise des répliques devrait en outre permettre d’étudier la polarisation des ondes S et possiblement l’anisotropie (shear-wave splitting) due à la présence de fractures orientée parallèlement à la contrainte horizontale maximale. L’obtention de cette information donnerait accès à l’orientation locale du champ de contrainte, paramètre clef pour la compréhension de l’origine de la sismicité à l’échelle régionale.

Encadrants : Mickaël Bonnin (LPG Nantes) et Clément Perrin (LPG Nantes)

Sujet 9 : Etude morphologique et minéralogique des sites d’atterrissage lunaire : d’Apollo à Artemis

Dans les prochaines années, la Lune sera le corps planétaire le plus visité par les agences spatiales et certaines compagnies privées de différentes nations. La Lune est un cas unique au sein du système solaire. C’est le seul corps planétaire pour lequel on dispose à la fois d’échantillons bien documentés et de jeux de données d’imagerie satellitaires à très haute résolution, et ce dans plusieurs gammes de longueurs d’ondes, dans un cas où il n’y a pas d’atmosphère pour perturber le signal.      Le sujet du stage consistera à traiter, analyser et fusionner des jeux de données orbitaux et in situ, en commençant par les sites d’atterrissage Apollo, 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 et d’échantillons lunaires prélevés sur ces affleurements, lorsque les données photographiques disponibles dans les archives le permettent. Une première approche effectuée en 2022 a déjà démontré la faisabilité de ces reconstructions 3D. Ces modèles seront replacés dans le contexte plus général déterminé par imagerie satellite (données à très haute résolution LRO, imagerie multispectrale Kaguya/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. L’un des objectifs sera de relier les propriétés spectrales des roches et sols lunaires à leur degré de vieillissement (processus d’altération spatiale) et à leur composition, notamment leur teneur en fer et en Titane. Pour ce faire, une comparaison détaillée des spectres d’échantillons lunaires bien caractérisés sera effectuée avec les données hyperspectrales orbitales M3 acquises sur les sites Apollo, en apportant une attention particulière aux échantillons prélevés sur des cratères d’impact récents (ayant excavé des roches peu altérées). Ces techniques spectroscopiques de cartographie du fer et du Titane permettront d’affiner les prédictions concernant les futurs sites d’atterrissage des missions du programme Artemis à partir des données orbitales et bientôt in situ.

Encadrants : Stéphane Le Mouélic (LPG), Nicolas Mangold (LPG)

Sujet 10 : Etude des régimes hydrauliques des dépôts sédimentaires fluviaux de Gale crater, Mars

Le rover Curiosity a observé dans Gale crater un ensemble des roches sédimentaires fluvio-lacustres avec présence locale de dépôts éoliens. Tandis que les facies sédimentaires éoliens et lacustres commencent à être bien connus, les dépôts fluviaux sont diversifiés en texture et facies (conglomérats, grès avec stratification entrecroisées…). L’objectif du stage sera (1) de reprendre des données in situ du rover Curiosity et les images orbitales haute résolution d’imagerie visible couleur et stéréoscopique (HRSC, HiRISE et CaSSIS) afin de retracer les principales unités fluviales et les contacts géologiques avec d’autres unités,  et les identifier sur les panoramas d’images au sol prises par le rover Curiosity et leurs équivalents en 3D, puis (2) coupler ces données avec les facies correspondant sur les images de proximité MAHLI et ChemCam pour en déduire des régimes fluviaux (orientation, débits estimés, sources, etc.) . Certains aspects de ces travaux seront traités avec des outils de Réalité Virtuelle.

Encadrant : Nicolas Mangold (LPG Nantes)

Sujet 11 : Étude de la potentielle activité quaternaire du Cisaillement Sud Armoricain (CSA) via une approche géomorphologique et géophysique

La région du nord-ouest de la France est traversée par une multitude de failles crustales et de zones de cisaillement héritées, pour la plupart, du Paléozoïque. Ces cicatrices témoignent d’une histoire riche, des orogénèses cadomienne (650-540 Ma) et hercynienne (370-300 Ma), en passant par l’ouverture des bassins Méso-Cénozoïque et différentes phases de compressions Cénozoïque. Cependant, une question centrale demeure: comment ces zones de discontinuités majeures sont-elles impliquées, voire réactivées, dans le champ de contraintes régional actuel ? Le sismicité historique et instrumentale régionale montre une activité modérée, semblant suivre une direction SE-NW, de l’Auvergne au Finistère, en accord avec la direction des grandes zones de cisaillements, dont le CSA. Malgré ces observations il reste difficile de clairement identifier quelles sont les failles actives de la région (c.-à-d. actives au cours du quaternaire, soit dans les 2 derniers Ma) et quel serait le moteur de la déformation. En effet, la France métropolitaine est située loin des frontières de plaques et est désormais considérée comme une zone continentale stable soumise à un champ de déformation faible, en particulier dans la région grand-ouest. Cela étant, le récent séisme du Teil en 2019 a mis en évidence la méconnaissance des failles actives en France métropolitaine, et la nécessité de mieux les caractériser sur l’ensemble du territoire. Ce stage propose d’analyser une des structures majeures de la région, le CSA. En se basant dans un premier temps sur les données hautes résolutions disponibles (imagerie satellitaire, topographie), l’étudiant.e réalisera une cartographie fine du CSA et une analyse des interactions avec la morphologie (pente, cours d’eau, etc) associée à des dépôts quaternaires. Dans un second temps, les sites d’intérêts identifiés pourront être étudiés sur le terrain afin de compléter des mesures géologiques et préparer une instrumentation géophysique non destructive (électrique, radar, sismique) afin d’évaluer la structure du CSA en profondeur, et son lien avec les escarpements observés en surface. Le but étant à la fois de détecter et de localiser le plus précisément possible d’éventuelles discontinuités, mais aussi de caractériser la nature des terrains associés et, le cas échéant, de quantifier l’épaisseur de sédiments présents. Si le temps le permet, l’étudiant.e participera à la réalisation de tranchée paléosismologique et de constater si les sédiments sont bien affectés par une potentielle déformation récente.

Encadrants : Clément Perrin (LPG/OSUNA), Philippe Steer (Géosciences Rennes), Donatienne Leparoux (UGE), Sergio Palma Lopes (UGE)

Sujet 12 : Cartographie LiDAR hyperspectral 2017-2021 de l’estran de Jard sur Mer

Un suivi aéroporté du littoral est effectué tous les ans depuis 2017 sur l’estran et les falaises de Jard-sur-Mer. L’hyperspectral permet de cartographier en détail la géologie en 2017 mais la majorité des acquisitions suivantes a été fait en LiDAR à retour d’onde. Le but de ce stage est d’étudier ces deux sources de données pour démontrer ou pas qu’un état de surface LiDAR peut nous renseigner sur la géologie des surfaces. Un secteur plus étroit est suivi en photogrammétrie drone, LiDAR terrestre et hyperspectral panoramique de terrain. Il servira de zone de validation.

Encadrants : Patrick Launeau (LPG Nantes), Pierre Strzerzynski (LPG Le Mans)

Sujet 13 : Développement logiciel pour la librairie python moon-coverage en support des observations de la mission ESA JUICE

À partir de 2030-2031, deux sondes planétaires exploreront le système de Jupiter. L’une européenne, ESA/JUICE, fera une série de survols des 3 principales lunes de Jupiter (Europe, Callisto et Ganymède) avant de se mettre en orbite autour de Ganymède en 2035 pour plusieurs mois d’opération en orbite. L’autre américaine, NASA/Europa Clipper, se concentrera principalement sur une série de survols à très basse altitude sur Europe tout en effectuant quelques observations des autres lunes de Jupiter lors de survols proches. Le Laboratoire de Planétologie et de Géosciences  (CNRS/Nantes Univ./Univ. Angers/Le Mans Univ.) est fortement impliqué sur ces deux sondes (JUICE IDS, co-Is sur 5 instruments de JUICE (MAJIS, JANUS, GALA, 3GM, JMAG) et sur un instrument d’Europa Clipper (SUDA) et développe en interne depuis 2019 une librairie python open-source, le `moon-coverage` ([](, permettant de visualiser des opportunités d’observations des lunes et des anneaux de Jupiter et de faciliter ainsi les prises de décisions sur les séquences d’observation des différents instruments.   Le stage proposé porte sur le développement de nouvelles fonctionnalités pour le `moon-coverage` afin d’améliorer la planification et les analyses du centre des opérations scientifiques de l’ESA (SOC) et des équipes instrumentales (en particulier le spectro-imageur MAJIS et la caméra JANUS). Le candidat sera intégrer au sein de ce projet open-source et participera de manière active à son écriture et son évolution. Au terme du stage, il devra être en mesure de collecter les retours des utilisateurs, implémenter, tester et documenter ces nouvelles fonctionnalité et les publier sur l’index des packages python ([PyPI]( pour les rendre disponibles à la communauté.  Pour rester au plus près des besoins des utilisateurs de nombreuse interactions avec les différents membres de l’équipe JUICE sont prévus: 1 à 2 téléconférence mensuelle ainsi qu’une participation aux exercices de planning des observations prévu sur le 1er semestre 2023. Un séjour à l’ESAC (à Madrid) est également envisagé durant la période du stage pour pouvoir interagir directement avec les membres du SOC JUICE.

Encadrants : Benoît Seignovert (OSUNA), Gabriel Tobie (LPG Nantes)

Sujet 14 : Environnement graphique du Master Erasmus Mundus GeoPlaNet

Il s ‘agit de créer une charte graphique et les différents supports de com du Master International: identité visuelle (images et logo), site internet et comptes linkedIn, twitter, goodies, background PPT, de rapports, participation à l’élaboration du plan de communication et de dissémination, projets vidéos de témoignages, trombinoscope, plaquette du Master.

Encadrantes : Sabrina Carpy (LPG Nantes), Marie-Pierre Jousse (LPG Nantes)

Sujet 15 : Développement d’une méthode de repérage automatique de microfaunes marines à partir d’analyses en micro-tomographie

Le projet de recherche BEGIN (Benthos under Arctic melting Glacier Influence, financement LEFE, INSU) vise à étudier le fonctionnement des écosystèmes des fonds marins subissant des apports massifs de sédiment induits par la fonte des glaciers en Arctique sous l’effet du changement climatique. Dans le cadre de ces travaux de recherche, des méthodes innovantes d’échantillonnage et d’analyse sont mises en œuvre, notamment pour étudier des micro-organismes (foraminifères), d’une taille de quelques centaines de microns, très abondants dans les sédiments marins. Des échantillons de sédiment préservés par de la résine ont été analysés par micro-tomographie aux rayons X dans le but de repérer les foraminifères à coquille calcaire. Cette technique d’analyse non-destructive permet d’obtenir des images en 3 dimensions de l’intérieur des carottes sédimentaires. La composition de la coquille atténue les rayons X, ce qui permet leur identification visuelle sur les images obtenues. Néanmoins le sédiment dans lequel se trouvent ces foraminifères est constitué de grains de différentes natures minéralogiques (dont le calcaire) qui compliquent substantiellement l’analyse. Le premier objectif de ce stage est donc de mettre au point une méthode automatisée pour identifier et compter les foraminifères dans les images de micro-tomographie en les distinguant des autres particules minérales et d’extraire leur position précise dans le sédiment afin d’obtenir leur distribution verticale et horizontale. Pour cela, des optimisations dans les différentes étapes de traitement des images devront être réalisées afin de mettre en évidence exclusivement les coquilles de foraminifères. Une fois cette méthode établie, le deuxième objectif du stage sera de l’appliquer pour étudier des échantillons, déjà analysés par micro-tomographie, issus d’un dispositif expérimental visant à étudier l’effet d’apports brusques et importants de sédiments sur les communautés de foraminifères vivant à la surface des sédiments. Le but sera d’obtenir la distribution spatiale des foraminifères afin de caractériser leur migration verticale en réponse à ces perturbations.

Encadrants : Pia Nardelli (LPG Angers), Aurélia Mouret (LPG Angers) et Nicolas Vanderesse (Univ. Bordeaux)

Sujet 16 : Evolution historique des faunes de foraminifères benthiques en réponse à l’impact du chalutage dans le Golfe du Lion

Avec la mise en application de la Directive Cadre Stratégie pour le Milieu Marin (DCSMM), il est désormais nécessaire d’évaluer la qualité des milieux marins au large (e.g. plateaux continentaux, bathyal) sur lesquels la principale pression anthropique exercée est la pêche aux arts trainants. Dans le cadre du projet IMPEC « IMpact de la PEChe sur les écosystèmes benthiques du large » (collaboration avec le LECOB de Banyuls-sur-Mer et l’Office Français pour la Biodiversité), le LPG étudie la réponse de l’écosystème à un gradient d’abrasion lié au chalutage sur le plateau continental du Golfe du Lion (Nord-Ouest de la Méditerranée). Pour cela, nous suivons une approche pluridisciplinaire afin d’étudier la perturbation induite sur les caractéristiques sédimentaires et géochimiques du milieu et sur les faunes benthiques notamment les foraminifères. Enfin le dernier axe du projet, qui fait l’objet de ce stage, cherche à déterminer si l’étude des faunes de foraminifères morts pourrait nous permettre de reconstituer des conditions de référence avant impact, celles-ci étant inexistantes de nos jours. Les foraminifères sont de bons bio-indicateurs de la qualité des eaux marines et côtières grâce à leur forte densité, à la diversité des assemblages et aux différences interspécifiques concernant la résistance aux paramètres de stress (e.g. Mojtahid et al., 2006 ; Parent et al., 2021a, 2021b). De plus, la préservation des coquilles de foraminifères dans le sédiment permet de reconstituer des conditions de référence pré-anthropiques, ainsi que l’évolution historique des écosystèmes (Dolven et al., 2013 ; Alve et al., 2009).

Encadrantes : Christine Barras (LPG Angers), Meryem Mojtahid (LPG Angers)

Sujet 17 : SUivi MOrphologique des transferts sableux à différentes échelles de temps dans l’estuaire de la Loire

L’accélération brutale du phénomène d’incision dans la Loire depuis les 20 dernières années, globalement sous l’effet du changement climatique mais souvent accentué localement par les activités anthropiques, s’accompagne d’effets collatéraux comme la déconnexion des bras secondaires, la déstabilisation d’ouvrages de protection, la fermeture de milieux péri aquatiques appauvrissant la diversité des biotopes. Pour faire face à ce phénomène, des travaux d’entretien et de restauration ont été et sont encore réalisés (programme de rééquilibrage du lit de la Loire entre les Ponts-de-Cé et Nantes, VNF/DREAL 2018-2025) pour favoriser l’évacuation des crues et enrayer l’incision du chenal principal en « désaménageant » la Loire afin de libérer les stocks sédimentaires accumulés artificiellement depuis le XVIIIème siècle sur les berges et dans les annexes fluviales (Rodrigues et Gautier, 2007). Des programmes de recherches comme RTEMUS (Restauration du lit et Trajectoires Écologiques, Morphologiques et d’USages en Basse Loire – Univ. Tours / AELB / FEDER) visent à comprendre le fonctionnement hydrosédimentaire et écologique de la Loire en amont de Nantes en intégrant la réponse écologique aux actions d’aménagement/ restauration qui s’y tiennent. Les trajectoires évolutives potentielles de la Loire, ainsi que leur durabilité, leur perception par le public et leurs conséquences sur les usages sont des points cruciaux examinés par ces études. En miroir, les travaux menés dans le cadre de l’OR2C (Observatoire Régional des Risques Côtiers en Pays de la Loire) (DREAL, 2012) visent à mesurer et comprendre les évolutions du trait de côte sur les littoraux adjacents à l’estuaire de la Loire dans l’objectif de réduire le risque de submersion inhérent au recul de ces derniers. A l’amont comme à l’aval, il est donc acté que la connaissance des transferts sédimentaires sableux revêt un intérêt scientifique et sociétal de premier rang.

Encadrants : Grégoire Maillet (LPG Angers), Sabrina Carpy (LPG Nantes)

Sujet 18 : Les foraminifères benthiques comme bio-indicateurs des événements hypoxiques passés dans l’estuaire de la Loire

La Loire est le plus long fleuve de France et son bassin versant correspond à un cinquième de la superficie métropolitaine de la France. L’estuaire de la Loire qui connecte le fleuve à l’océan Atlantique, est un objet d’étude idéal pour comprendre le fonctionnement du continuum terre-océan sous des latitudes tempérées sous diverses pressions anthropiques. Cet estuaire macrotidal présente une zone de turbidité maximale qui est le siège de processus biogéochimiques intenses (Jalón-Rojas et al., 2016). Pendant l’été, ces processus entraînent des conditions hypoxiques sévères dans la colonne d’eau (Schmidt et al, 2019). Le projet de master s’articule autour des enjeux environnementaux spécifiques à l’estuaire de la Loire et plus particulièrement la problématique de l’hypoxie dans le contexte des changements climatiques globaux. Pour essayer de retracer la variabilité naturelle de ces épisodes dans le passé en lien avec les changements climatiques, nous utilisons des indicateurs micropaléontologiques (i.e., foraminifères) et sédimentologiques (i.e., granulométrie, faciès sédimentaires). Les foraminifères sont des eucaryotes abondants, diversifiés, et avec des exigences spécifiques à certains paramètres environnementaux, ainsi qu’une une excellente préservation des coquilles dans le sédiment. Ceci permet de reconstituer l’évolution des écosystèmes et des paramètres environnementaux dans le temps et dans l’espace. Dans le cadre de ce stage, l’étudiant.e étudiera les faunes de foraminifères fossiles dans une carotte longue située au niveau de la zone actuelle d’hypoxie. Pour cela, il.elle réalisera les prélèvements de sédiment sur la carotte, la préparation des échantillons (tamisage, split) pour ensuite faire le tri et l’identification des foraminifères sous loupe binoculaire. L’étudiant.e devra aussi faire l’analyse granulométrique des échantillons ainsi que la description des faciès sédimentaires.

Encadrants : Meryem Mojtahid (LPG Angers), Mathieu Durand (Istom) et Hélène Howa (LPG Angers)

Sujet 19Image recognition of benthic foraminifera species through machine learning

Microscopic analysis and identification of benthic foraminifera requires skilled scientists. This is a time-consuming task that can lead to expensive costs. As foraminifera are widely used for paleoenvironmental and paleoclimatological reconstructions, biostratigraphy and biomonitoring studies of marine ecosystems, it seems necessary to develop new tools to reduce the time and cost of microscopic analysis. Image recognition through machine learning holds great potential for automating the identification of microfossils, mineral grains, anthropogenic remnants (micro plastics), and other micro particles. Therefore, automatic image recognition and sorting of foraminifera is likely to render data acquisition more cost- and time-effective, not only increasing traceability and reproducibility but also further reducing identification errors, and generating morphometric measurements. Foraminiferal species identification is based on morphological traits (chamber and aperture shape, texture of the test). Manual identification of species or routine measurements of traits is time-consuming, often subject to multiple biases (operator experience, imaging system quality) and sometimes requires a high level of expertise. The objective of this study is to start to develop deep learning-based algorithms (detection/segmentation, classification and quantification) for identifying benthic foraminifera at the species level but also quantifying morphological traits.

Encadrants : Emmanuelle Geslin (LPG Angers), Christine Barras (LPG Angers) et Thibault de Garidel (CEREGE Aix Marseille)

Sujet 20 : Interaction entre la meiofaune et la géochimie dans les sédiments du Gullmar Fjord (Suède) : attention particulière aux foraminifères dénitrifiants

Le Gullmar Fjord, situé sur la côte ouest de la Suède, est un milieu transitionnel soumis à des hypoxies/anoxies saisonnières. Les foraminifères, micro-organismes souvent protégés par une coquille, peuvent coloniser et survivre dans de tels milieux sans oxygène périodiquement. Ils sont alors capables de respirer les nitrates (Risgaard-Petersen et al., 2006). Certaines études montrent l’importance de ce métabolisme utilisé par les foraminifères dans le cycle de l’azote (Pina-Ochoa et al., 2010 ; Glock et al., 2013). Récemment, une nouvelle espèce de foraminifère non autochtone, Nonionella sp. T1, suspectée comme envahissant les fonds sédimentaires, a été identifiée dans le Gullmar fjord (Polovodora et al., 2015 ; Deldicq et al., 2019). Cette espèce peut dénitrifier de 50 à 100% des nitrates contenus dans les eaux porales du sédiment (Choquel et al., 2021). Ainsi, les communautés de foraminifères benthiques peuvent jouer un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques notamment celui de l’azote. Le sujet proposé s’intéresse à l’évolution de la colonisation des fonds du Gullmar Fjord par Nonionella sp. T1 et sa contribution à la dénitrification benthique. Les premières observations faites par Choquel et al. (2021) datent de novembre 2017. Une nouvelle mission a été réalisée en mai 2022 permettant de collecter des carottes sédimentaires à 3 stations (incluant les 2 stations précédemment étudiées par Choquel et al. (2021). Les carottes ont permis d’échantillonner le sédiment nécessaire à l’étude 1) de la géochimie porale et notamment les concentrations en nitrate, et 2) des foraminifères benthiques vivants. Ces derniers échantillons ont été traités au Cell Tracker Green, permettant une distinction efficace des individus morts de ceux vivants. Le stagiaire acquerra une double compétence disciplinaire en analysant les données géochimiques et les communautés de foraminifères. Le stagiaire devra faire preuve de minutie, de patience et de rigueur pour l’acquisition des données micro-faunistiques et géochimiques (méthodes colororimétriques, ICP-AES, extractions chimiques). Une partie du travail se fera à la loupe binoculaire à épifluorescence.

Encadrantes : Emmanuelle Geslin (LPG Angers), Aurélia Mouret (LPG Angers)

Sujet 21 : Communication graphique et digitale du projet européen ERC PROMISES

Localisé sur les UFR Sciences de Nantes, d’Angers et du Mans, le Laboratoire de Planétologie et Géosciences (LPG) est une Unité Mixte de Recherche multi-sites qui dépend actuellement de quatre tutelles que sont le CNRS, Nantes Université, Le Mans Université et l’Université d’Angers. Ses activités se déclinent suivant trois thèmes de recherche : “Systèmes Littoraux et Marins”, “Terre”, et “Planètes et Lunes”. Cette structuration en thèmes plutôt qu’en équipes permet de promouvoir les échanges, chaque chercheur pouvant consacrer le temps qui lui convient à l’un ou plusieurs des trois thèmes.

Dans le cadre du projet de recherche européen ERC PROMISES, porté par Christophe SOTIN, professeur à Nantes Université, nous proposons un stage de master 2 pour une durée de 6 mois à partir de janvier 2023.

Le but du stage consistera à :

  • définir la ligne éditoriale,
  • créer la charte graphique: logo, valorisation graphique des rapports d’activité, plaquette de présentation du projet,
  • concevoir le site web du projet (choix des illustrations, création graphique, rédaction de contenus),
  • participation à l’élaboration d’une action de médiation scientifique (notamment infographie).

Encadrante : Stéphanie Beaunay

Niveau Master 1

Sujet 1 : Quantification des volumes sédimentaires de l’arche de Fitzcarrald au cours du temps (sud-Pérou) : une approche source-to-sink pour la compréhension de la destruction d’un haut plateau orogénique : l’Altiplano

L’arche de Fitzcarrald est un megafan sédimentaire déposé au pied de la Cordillère des Andes au sud-Pérou dans le piedmont amazonien. La source des sédiments est la partie nord de l’Altiplano andin. L’Altiplano étant le second plateau le plus haut au monde situé dans les Andes Centrales, caractérisé par une faible amplitude de relief, perché à plus de 3800 m d’altitude. Ce dernier s’étend sur plus de 1800 km pour une largeur de ~350 km. Dans sa partie nord, ce haut plateau orogénique est incisé profondément par les rivières Apurimac et Urubamba qui sont les vecteurs du transfert sédimentaire vers l’arche de Fitzcarrald. Il a été montré que dans les zones amonts de ces rivières, les taux d’exhumation augmentent depuis 5 millions d’années. Le but de cette étude est de quantifier les volumes de sédiments déposés au cours du temps à partir de la littérature existante afin d’identifier si cette accélération des taux d’exhumation peut être corrélée ou non à une augmentation des taux de sédimentation au niveau du piedmont amazonien. Il s’agira de vérifier si les volumes produits au niveau de la chaîne de montagne (source) sont compatibles avec les volumes déposés au niveau de l’arche de Fitzcarrald (sink). Si oui, de définir la durée du transfert des sédiments depuis les zones amonts, vers l’aval. Cette analyse permettra de définir, en partie, le degré de stabilité des hauts plateaux orogéniques tel que l’Altiplano et d’identifier les mécanismes de leurs destructions.

Encadrant : Benjamin Gérard (LPG Nantes)

Sujet 2 : Identifier et quantifier les mécanismes de préservation et de destruction des hauts plateaux orogéniques : approche numérique appliquée à l’Altiplano andin

Les hauts plateaux orogéniques (Tibet, Altiplano) sont des objets géologiques remarquables caractérisés par de faibles amplitudes de reliefs, perchés à des altitudes élevées (> 3.8 km d’altitude). Ces objets sont métastables d’un point de vue géomorphologique. En effet, compte tenu de leurs altitudes, et du fort potentiel d’érosion associé, ces objets devraient être soumis à une dénudation et une incision intense. Or, le plateau tibétain et l’Altiplano perdurent depuis des millions d’années. Quels mécanismes peuvent expliquer leurs préservations sur de longues durées ? Cette étude est inspirée d’un cas naturel : l’Altiplano. Il s’agit du second plateau le plus haut au monde situé dans les Andes Centrales, caractérisé par une faible amplitude de relief, perché à plus de 3800 m d’altitude. Ce dernier s’étend sur plus de 1800 km pour une largeur de ~350 km. L’ensemble est soutenue par une croûte continentale de plus de 70 km d’épaisseur. De surcroît, une importante région de l’Altiplano actuel est endoréique avec le lac Titicaca comme niveau de base à 3800 m d’altitude. L’objectif de ce stage est de tester numériquement, à l’aide du programme FastScape, des setups simples et génériques basés sur les géométries de l’Altiplano. Il s’agira de quantifier les effets de la variation de paramètres tels que le soulèvement, l’érodabilité, la concavité du système hydrographique, les taux de précipitation ou encore l’influence de la flexure sur la destruction ou la préservation de la topographie. Les résultats devront être confrontés aux données existantes pour l’Altiplano.

Encadrant : Benjamin Gérard (LPG Nantes)

Sujet 3 : Quels sont les impacts de l’activité des « Cable Bacteria » sur la préservation des tests de foraminifères benthiques dans les sédiments ?

La compréhension de certains processus diagénétiques dans les sédiments marins a été remise en question récemment par la découverte surprenante de courants électriques liées à la présence de bactéries appelées « Cable Bacteria » (CB) (Nielsen et al., 2010, Nature ; Pfeffer et al., 2012, Nature). Les CB sont des bactéries appartenant aux Deltaproteobacteria multicellulaires, filamenteuses de taille centimétrique appartenant à la famille des Desulfobulbaceae. La découverte des courants électriques dans les sédiments marins vient d’une simple observation que la biogéochimie conventionnelle ne peut pas expliquer : l’oxydation des sulfures dans la zone profonde anoxique est étroitement couplée à la réduction de l’oxygène à la surface du sédiment, réactions pouvant prendre place à des distances de plusieurs centimètres. La séparation spatiale des processus d’oxydation et de réduction par les CB représente un clivage dans la cascade conventionnelle de processus redox (Nielsen and Risgaard-Petersen, 2015). Les CB sont présentes dans tous les sédiments marins, des environnements côtiers riches en sulfures en passant par les bassins océaniques hypoxiques, aux vasières côtières, aux zoneshydrothermales et aux mangroves (Burdorf et al. 2017 ; Larsen et al. 2014 ; Malkin et al. 2014 ; Nielsen and Risgaard-Petersen 2015 ; Rao et al. 2016 ; Seitaj et al. 2015). Voir le sujet complet

Encadrants : Emmanuelle Geslin (LPG Angers), Edouard Metzger (LPG Angers), Maxime Daviray (LPG Angers)

Sujet 4 : Effet de la pression sur la basicité optique des verres

Une étude récente (Morizet et al., 2022) menée dans le cadre du projet ANR Iodine-CLEAN-UP a montré que la solubilité de l’iode dans des matrices vitreuses aluminoborosilicatées synthétisées sous conditions de haute-pression est positivement corrélée au paramètre de basicité optique des verres (ΛGlass). Ce paramètre électrochimique qui traduit la capacité des oxygènes à rendre leurs électrons rend compte de la composition chimique globale de chaque matrice et pourrait servir de paramètre qualitatif pour une future modélisation de la solubilité de l’iode. Du fait de la petite taille des échantillons (quelques mm2), de leur coloration liée à l’iode et leur mode de synthèse (haute-pression), les valeurs de ΛGlass sont obtenues par un calcul approximatif. En particulier, l’effet de pression reconnu pour affecter la structure atomique des matrices vitreuses (ex : distribution des espèces BO3 et BO4) sur le paramètre ΛGlass est actuellement inconnu. Dans le travail de recherche proposé, nous partirons d’une série de verres de compositions connues dans le système SiO2-Al2O3-B2O3-CaO-Na2O et synthétisés sous conditions de pression jusqu’à 2.0 GPa. Nous mesurerons le ‘band gap’ par spectroscopie UV-visible, les indices de réfraction des verres par réfractométrie pour déterminer leur basicité optique. Nous serons en mesure de contraindre l’effet de pression sur la basicité optique. Nous mettrons en parallèle les résultats obtenus avec les données déjà acquises sur la structure atomique de ces verres : coordinance de Al et B. L’objectif final étant de proposer un modèle d’évolution de la basicité optique en fonction à la fois de la composition chimique des verres et de la pression de synthèse.

Encadrant : Yann Morizet (LPG Nantes)

Sujet 5 : Application des outils de télédétection en géosciences à l’identification de minéraux sur des peintures d’art pariétal

L’imagerie hyperspectrale est un outil puissant couramment utilisé au LPG depuis de nombreuses années pour analyser la composition des surfaces planétaires (Terre ou autres planètes). Cette technique, également utilisée par les musées sur des peintures, n’a été que très peu testée sur des peintures pariétales. Pour la première fois, des acquisitions ont récemment été faite sur des peintures pariétales datées du Néolithique, situées dans l’abri Otello, avec les caméras du LPG. Les premiers résultats montrent que cette technique est particulièrement intéressante et permet entre autres de révéler des dessins invisibles à l’œil nu. L’objectif du stage concernera l’aspect géologique de ce projet portant sur l’identification des minéraux utilisés pour ces peintures et leurs provenance (local ou dans des gisements alentours). L’identification de ces minéraux pourrait permettre de révéler différentes époques de peintures et/ou d’aider à la compréhension du but de ces peintures. Pour cela les données issues des caméras hyperspectrales seront analysées et comparées à des spectres ponctuels acquis sur des gisements alentours ou sur des minéraux purs en laboratoire. Ce stage permettra à l’étudiant de se familiariser avec la méthode de la spectro-imagerie, à une échelle locale et sur des minéraux classiquement observés sur Terre ou sur d’autres planètes. Il montrera également l’étendue des applications possibles de cette méthode d’imagerie hyperspectrale. Ce projet inclut également un relevé complet de photogrammétrie de l’abri rocheux afin d’en proposer une reconstitution 3D, rendant possible une visite en réalité virtuelle dans le futur. L’étudiant pourra donc, en fonction de l’état d’avancement, également se familiariser à cette technique de photogrammétrie pendant la durée de son stage.

Encadrants : Marion Massé (LPG Nantes), Manuel Giraud (LPG Nantes), Stéphane Le Mouélic (LPG Nantes)

Sujet 6 : Enigmatic layered deposits assocaited with Glaciers on Mars

The internship will investigate enigmatic layered deposits that are intimately assocaited with glaciers or glaciated terrains in the mid-latitudes of Mars. The intern will complete a global map of these features to better understand their origin. We hypothesise they could be deposits from regional ice sheets and by using topographic data patterns related to flow direction should become apparent if this is the case.

Encadrantes : Anna Grau Galofre (LPG Nantes) et Susan Conway (LPG Nantes)

Sujet 7 : Transfert de chaleur dans l’océan d’Europe avec magmatisme hétérogène sur le plancher océanique

L’habitabilité des océans internes de satellites de glace comme Europe et Triton dépend du flux de chaleur sur le plancher océanique. Des modèles récents de magmatisme dans le manteau silicaté d’Europe ont montré que pendant les périodes de forte excentricité, le chauffage par effet de marée pouvait générer des « pulses » d’activité magmatique très focalisés à la base de l’océan. L’effet de ce chauffage très hétérogène sur la dynamique de l’océan n’a pas été étudié.   L’objectif de ce stage est d’étudier, à l’aide de simulations numériques, le transfert de chaleur et la dynamique de l’océan d’Europe avec un flux de chaleur à la base issu des modèles de magmatisme mantellique. Nous utiliserons une version du code PARODY (J. Aubert, E. Dormy) qui a déjà servi à étudier un problème similaire pour Encelade (Bouffard et al., soumis à Nature Astronomy), en imposant cette fois à la base de l’océan une carte de flux de chaleur spécifique à Europe. L’étudiant(e) réalisera une simulation exploratoire avec cette carte de flux, et la comparera à un cas équivalent avec chauffage homogène. Elle/il analysera les résultats en utilisant des routines de visualisation écrites en Matlab.

Encadrants : Mathieu Bouffard (LPG Nantes) et Hagay Amit (LPG Nantes)

Sujet 8 : Transfert de chaleur dans l’océan de Triton avec magmatisme hétérogène sur le plancher océanique

L’habitabilité des océans internes de satellites de glace comme Europe et Triton dépend du flux de chaleur sur le plancher océanique. Des modèles récents de magmatisme dans le manteau silicaté d’Europe ont montré que pendant les périodes de forte excentricité, le chauffage par effet de marée pouvait générer des « pulses » d’activité magmatique très focalisés à la base de l’océan. L’effet de ce chauffage très hétérogène sur la dynamique de l’océan n’a pas été étudié.   L’objectif de ce stage est d’étudier, à l’aide de simulations numériques, le transfert de chaleur et la dynamique de l’océan de Triton avec un flux de chaleur à la base issu des modèles de magmatisme mantellique. Nous utiliserons une version du code PARODY (J. Aubert, E. Dormy) qui a déjà servi à étudier un problème similaire pour Encelade (Bouffard et al., soumis à Nature Astronomy), en imposant cette fois à la base de l’océan une carte de flux de chaleur spécifique à Triton. L’étudiant(e) réalisera une simulation exploratoire avec cette carte de flux, et la comparera à un cas équivalent avec chauffage homogène. Elle/il analysera les résultats en utilisant des routines de visualisation écrites en Matlab.

Encadrants : Mathieu Bouffard (LPG Nantes) et Hagay Amit (LPG Nantes)

Niveau Licence 3

Sujet 1 : Étude du refroidissement de matériau rocheux exposés au vide

Dans le cadre d’un modèle de formation des lunes de Mars par impact géant, les matériaux rocheux éjectés en orbite vont se refroidir en étant exposés au vide spatial. L’étude consiste à étudier les caractéristiques de ce refroidissement, en particulier l’évolution de la température au sein du matériau rocheux. Le problème est donc du refroidissement par conduction au sein du matériau avec échange de chaleur par sa surface exposée au vide.

Encadrant : Pascal Rosenblatt (LPG Nantes)

Sujet 2 : Étude des minéralisations en uranium et bauxite de la région du lodévois

La région de Lodève (Hérault) compte des minéralisations variées dont plusieurs sont étudiées lors du camp de terrain annuel des L3 STU de l’université de Nantes. Ce stage propose d’examiner au laboratoire les minéralisations en uranium (grès uranifères) et en aluminium (bauxites). Les roches préparées en lames minces seront étudiées au microscope optique et électronique pour déterminer les textures, les minéralisations associées. La structure de ces minéraux sera étudiée sur des lames minces par spectroscopie Raman et leur composition chimique sera déterminée par spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) couplée à la microscopie électronique à balayage (MEB). Ce stage a pour but d’éditer un document utile aux futurs étudiants de L3 visitant les affleurements sur le terrain et examinant les lames minces de ces roches au microscope pétrographique.

Encadrants : Benjamin Rondeau (LPG Nantes) et Simon Gouzy (LPG Nantes)

Sujet 3 : Etude des roches magmatiques du Cotentin par spectrométrie Raman et Microscopie Electronique à Balayage

Le littoral ouest du Cotentin montre une remarquable série de roches magmatiques diverses racontant une histoire géologique s’étalant sur trois orogènes (Icartien, Cadomien, Varisque). Cette série compte une grande variété de granitoïdes. S’ils sont faciles à distinguer sur le terrain par leur texture, couleur et taille de grain, nommer correctement les roches est plus délicat. L’identification précise des minéraux qui les compose et leurs proportions relatives est parfois difficile, même au microscope pétrographique. En particulier les feldspaths se ressemblent entre eux, et la cordiérite se confond facilement avec les feldspaths. L’objet de ce stage est donc de caractériser finement les minéraux majeurs qui composent ces roches. La structure de ces minéraux sera étudiée sur des lames minces par spectroscopie Raman et leur composition chimique sera déterminée par spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) couplée à la microscopie électronique à balayage (MEB). Ce stage a pour but d’éditer un document utile aux futurs étudiants de L3 visitant les affleurements sur le terrain et examinant les lames minces de ces roches magmatiques au microscope pétrographique.

Encadrants : Benjamin Rondeau (LPG Nantes) et Simon Gouzy (LPG Nantes)

Sujet 4 : Sélection de légumes « racine » en fonction de leur potentiel de phytoextraction du cuivre

La bouillie bordelaise est l’un des principaux fongicides utilisés par les vignerons pour lutter contre le mildiou de la vigne. Le cuivre, qui en est le principe actif, enrichit les sols des vignobles depuis la fin du XIXème siècle. L’accumulation de ce métal est problématique, atteignant en moyenne 91 mg dans les sols viticoles français (Ballabio et al. 2018) alors que le fond pédogéochimique est de l’ordre de 15 mg Or des effets néfastes sur les organismes du sol apparaissent dès 67 mg/kg (Karimi et al. 2021). Réduire la charge en cuivre est par conséquent nécessaire. Parmi les solutions possibles, la phytoextraction apparaît comme la seule technique in situ possible, consistant à cultiver des plantes extrayant le cuivre. D’autre part, le cuivre fait partie des micronutriments insuffisamment retrouvés dans les rations alimentaires de la plupart des animaux de rente, notamment chez les porcs (Brulle 2008). Du cuivre est donc apporté de façon complémentaire afin de couvrir les besoins nutritionnels des animaux. Ces différents maillons du cuivre pourraient être reliés dans un cycle vertueux. Ce projet vise ainsi à développer une filière de biomasse en valorisant le cuivre extrait par phytoextraction en alimentation animale, dans une perspective d’économie circulaire. Le cuivre sera extrait des sols viticoles par un procédé couplant phytoextraction et bioaugmentation. Les plantes ainsi enrichies en cuivre seront incorporées dans l’aliment animal, qui sera ensuite testé afin d’évaluer sa couverture des besoins cupriques de l’animal. Sept plantes ont déjà été testées dans ce cadre (tournesol, chanvre, ray-grass, avoine, chicorée, moutarde brune et sarrasin) et au vu d’une concentration systématiquement plus importante dans les racines que dans les parties aériennes, nous souhaitons tester des légumes dits « racines » tels que la carotte ou le radis. Leurs racines présentent l’intérêt de pouvoir être récoltés grâce à une arracheuse et de produire une biomasse racinaire importante. Le travail de stage proposé consistera à réaliser différentes mesures sur les légumes testés, à l’issue d’une culture en hydroponie, afin de (1) quantifier l’impact du cuivre sur la croissance des plantes et de (2) sélectionner la plante la plus performante dans la phytoextraction de cuivre. Ces mesures sont les suivantes : Mesures morphologiques des individus (taille, poids, longueur de la plante), Caractérisation de la photosynthèse (spectroradiométrie non destructive de pigments photosynthétiques), Préparation des échantillons végétaux (séchage et broyage), Mesures de la teneur en cuivre total dans les plantes par Spectrométrie d’Emission Atomique (ICP-AES), après minéralisation (digesteur par micro-ondes).

Encadrants : Clémentine Lapie (OSUNA), Pierre Gaudin (LPG Nantes)

Sujet 5 : Augmentation de la disponibilité du cuivre dans les sols viticoles par ajout de soufre dans un but de phytoremédiation

La bouillie bordelaise est l’un des principaux fongicides utilisés par les vignerons pour lutter contre le mildiou de la vigne. Le cuivre, qui en est le principe actif, enrichit les sols des vignobles depuis la fin du XIXème siècle. L’accumulation de ce métal est problématique, atteignant en moyenne 91 mg dans les sols viticoles français (Ballabio et al. 2018) alors que le fond pédogéochimique est de l’ordre de 15 mg Or des effets néfastes sur les organismes du sol apparaissent dès 67 mg/kg (Karimi et al. 2021). Réduire la charge en cuivre est par conséquent nécessaire. Parmi les solutions possibles, la phytoextraction apparaît comme la seule technique in situ possible, consistant à cultiver des plantes extrayant le cuivre mais cette technique est rarement utilisée du fait des faibles rendements d’extraction actuellement observés (Cornu et al. 2021). Le facteur limitant de cette technique est la faible disponibilité du cuivre dans le sol. En raison des interactions du cuivre avec les différents éléments du sol, ce métal est principalement présent sous des formes chimiques variées non ou peu assimilables par les plantes. Or, seule la fraction libre du cuivre est dite biodisponible et détermine les niveaux de performance de la phytoextraction. Des solutions sont actuellement explorées au laboratoire pour améliorer la biodisponibilité du cuivre dans les sols, et l’une d’elle consiste en l’ajout de soufre dans les sols. Plusieurs études ont montré l’intérêt de cet élément pour améliorer la disponibilité de métaux tels que le cadmium et le zinc dans des sols contaminés (Kayser et al. 2001). En effet, en ajoutant du soufre, ce dernier est oxydé en sulfate par les bactéries du sol et libère des protons qui acidifient le sol (Kulczycki 2021). L’acidification des sols est un des principaux levier d’action permettant d’augmenter la biodisponibilité des métaux car les métaux sont plus solubles et donc plus assimilables à des pH acides ( La.le stagiaire recruté.e participera à une expérience permettant de (1) confirmer le rôle du soufre dans l’augmentation des performances de phytoextraction dans le cadre d’une remédiation de sols viticoles contaminés au cuivre, (2) de déterminer la quantité de soufre permettant d’augmenter le niveau d’extraction du cuivre et (3) de comparer le comportement de différents sols viticoles prélevés en Anjou et dans le Saumurois et amendés en soufre. Le travail de stage proposé consistera à réaliser différentes mesures sur les sols viticoles, à l’issue d’une exposition au soufre, afin de quantifier son impact sur la disponibilité du cuivre.

Encadrants : Thierry Lebeau (LPG Nantes), Clémentine Lapie (OSUNA)

Sujet 6 : Criteria for Earth-like magnetic field models over millennial timescales

Numerical dynamo simulations reproduce various features of the geomagnetic field, from axial dipole dominance of the present-day field to reversals of the paleomagnetic field. For the historical field over the past few centuries, detailed quantitative morphological criteria (i.e. dipolarity, equatorial symmetry, zonality and flux concentration) provide a more objective way to assess the success of these simulations in recovering the high spatio-temporal resolution models (Christensen et al., 2010). On much longer timescales of millions of years, only rough properties of the paleomagnetic field (e.g. intensity, reversibility) can be used as Earth-like criteria (Meduri et al., 2021). In between, over millennial timescales, archeomagnetic field models contain morphological information (though less detailed than the historical field) as well as some excursions (but not reversals as the paleomagnetic field). In this Licence 3 internship, the student will perform a literature review of Earth-like criteria for the geomagnetic field over distinctive timescales. He will then propose quantitative criteria for the millennial archeomagnetic field models. These may include preferred longitudes associated with mantle control on the geodynamo (e.g. Amit et al., 2015), the persistence of surface intensity minima (Terra-Nova et al., 2019), and more. The results may constrain numerical dynamo simulations for the recovery of the field behavior over millennial timescales.

Encadrant : Hagay Amit (LPG Nantes)

Sujet 7 : Dust Devils in Mars Years 25 and 26

La stage concerne les mesures sur des dust devils sur Mars qui sont des vortex qui soulèvent de la poussière. Ils nous donne les informations importants sur les vents et la circulation atmosphérique de Mars. Nous avons pu en détecter beaucoup grâce à une analyse par intelligence artificielle de la base de données des images orbitales prises par la camera “CTX” sur la sonde de la NASA MRO. Par contre, nous n’avons que la position x,y et pas une très bonne estimation de leur taille (certainement pas assez fiable pour être publié). Le stagaire va utiliser le plateforme zooniverse pour améliorer l’estimation en faisant les mesures plus précises sur les images de Mars Year 25 et 26. Ensuite il va visualiser les résultats dans une système géographique d’information ou SIG.

Encadrante : Susan Conway (LPG Nantes)

Sujet 8 : Ondes de glaces sur les calottes des cratères martiens

L’étudiant.e identifiera, à l’aide la bibliographie et de l’analyse d’image, les différents cratère contenant des calottes glaciaires dans l’hémisphère Nord de Mars. En s’appuyant sur une étude précédente réalisée de le cratère Louth, il/elle réalisera une étude morphologique de certaines de ces calottes. L’objectif de ce travail est dans un premier temps d’identifier les ondes de sublimation/condensation à la surface des calottes. Les mesures effectuées sur ces ondes permettront de déduire des informations sur l’environnement de formation des ondes et de conclure quand à la stabilité des calottes en fonction de leur emplacement autour de la calotte polaire nord. Pour réaliser ce travail l’étudiant.e utilisera différentes données d’imagerie ainsi qu’un logiciel de SIG.

Encadrantes : Marion Massé (LPG Nantes) et Sabrina Carpy (LPG Nantes)

Sujet 9 : Temps de formation des ondes de condensation/sublimation sur Pluton

En prenant en compte les cycles de condensation et de sublimation sur Pluton à l’aide d’un modèle atmosphérique simplifié,  l’étudiant.e pourra intégrer ces données pour alimenter un modèle de formation des ondes de sublimation par superposition des modes instables  afin d’analyser si les temps de formation prédits par le modèle est en adéquation avec celui estimés de l’âge de ces surface,  par exemple sur les cellules de la calotte de N2 de Sputnik Planitia.

Encadrants : Sabrina Carpy (LPG Nantes) et Tanguy Bertrand

Sujet 10 : Enquêtes sur les changements d’albedo de la surface de Pluton

A l’aide d’un modèle numérique 2D simulant les interactions surface-atmosphère sur Pluton, il s’agira de simuler des changements d’albédo des glaces au cours du temps. Sur Pluton, des aerosols (brume organique) se forment dans l’atmosphère et sédimentent à la surface, contribuant à « noircir » la glace. Un modèle 3D de formation de la brume existe, et il s’agira de l’adapter en 2D pour simuler, au premier ordre, la contamination des glaces par les aérosols sur une année plutonienne. Des rétroactions positives ou négatives pourront être mises en évidence et cela permettra peut-être d’expliquer certaines observations de Pluton par New Horizons. Il sera également possible d’ajuster les albédos de la surface de Pluton dans le modèle, dans le but de préparer des analyses des observations de la surface de Pluton par JWST.

Encadrants : Sabrina Carpy (LPG Nantes) et Tanguy Bertrand

Sujet 11 : Conception d’une sand-box avec Réalité augmentée, dispositif interactif utilisant des applications de visualisation en 3D, destiné à l’enseignement ou la diffusion des connaissances pour le grand public

Le stage se propose de construire une sand-box avec Réalité augmentée, dispositif interactif utilisant des applications de visualisation en 3D, destiné à l’enseignement ou la diffusion des connaissances pour le grand public.  Cet outil permettra avec un système de géo-modélisation 3D, d’afficher des informations géologiques de subsurface telles que la lithologie affleurante, pour créer des cartes géologiques interactives, notamment pour les cours de géologie structurale. Il sera également possible de développer des simulations des processus de surface comme les écoulements de glacier sur les surfaces martiennes et/ou terrestres.  À mi-chemin entre les environnements réels et les environnements entièrement virtuels, des combinaisons de contenus numériques et réels dans des environnements à réalité mixte seront créées. Nous proposons dans ce stage de fabriquer une Sand Box couplée à une interface Python en s’inspirant du travail de Wellman et al., 2022.

Encadrants : Stéphane Pochat (LPG Nantes), Stéphanie Beaunay (LPG Nantes), Benoît Seignovert (OSUNA)

Sujet 12 : Comparaison des méthodes de localisation de séismes dans le Nord-Ouest de la France

Le Bureau Central Sismologique Français – Réseau National de Surveillance Sismique (BCSF-RéNaSS) localise depuis près de 100 ans la sismicité en France métropolitaine. Récemment, le réseau sismologique s’est densifié fortement dans le Nord-Ouest de la France, permettant ainsi la détection de nombreux séismes de faibles magnitudes.  Ce stage propose de contribuer au travail de pointé de l’arrivée des ondes sismiques enregistrées aux stations sismologiques pour un jeu de séismes récents, et de les comparer à celles réalisées par le BCSF-RéNaSS. En utilisant ces données, il s’agira ensuite de comparer les localisations issues des méthodes utilisées par le BCSF-RéNaSS et la méthode « che » développée ces dernières années au LPG. L’étudiant.e pourra ainsi mettre en lumière les incertitudes de localisations liées à la fois à l’exercice du pointé des ondes, à la méthode de localisation utilisée, et discuter les potentielles implications en termes d’origine de la sismicité.

Encadrants : Éric Beucler (LPG Nantes/OSUNA), Clément Perrin (LPG Nantes/OSUNA) et Mickaël Bonnin (LPG Nantes/OSUNA)