L’enregistrement sédimentaire des événements hypoxiques historiques dans l’estuaire de la Loire : réactivité des phases minérales et proxies géochimiques
Mohammed Barhdadi - 22/04/2025
L’estuaire de la Loire, menacé par le processus d’eutrophisation et soumis à des variations hydrodynamiques importantes, est un écosystème macrotidale où les hypoxies récurrentes soulèvent des enjeux majeurs pour la qualité de l’eau et la biodiversité. Si les apports en nutriments ont diminué ces dernières décennies, la persistance des hypoxies suggère un rôle clé des sédiments dans le recyclage des éléments biogéochimiques. Cette thèse explore la dynamique du manganèse (Mn), du fer (Fe) et du phosphore (P) dans les sédiments estuariens en examinant leur stockage sous différentes phases minérales et leur remobilisation en fonction des conditions redox et hydrodynamiques. Elle évalue également l’utilisation des pores des foraminifères benthiques comme indicateurs environnementaux. L’analyse des phases authigènes, notamment la vivianite et les sulfures de fer, révèle que l’eutrophisation est davantage marquée par les signatures géochimiques que par la microfaune. En effet, si l’approche basée sur la porosité ne permet pas de retracer directement les hypoxies, elle met en évidence l’impact des aménagements anthropiques au début du 20ème siècle sur l’estuaire. Ces résultats soulignent la nécessité d’une approche multi-proxy pour reconstruire l’évolution de l’oxygénation et mieux intégrer le rôle des sédiments dans la gestion environnementale de l’estuaire.
Biogéochimie d’un estuaire soumis aux hypoxies : processus de recyclage benthique des nutriments et des métaux associés dans la Loire
Nour El Imene Boukortt - 18/12/2024
L’hypoxie est un problème qui s’est largement répandu au cours du 20ème siècle. Un apport excessif en nutriments favorise la production de matière organique qui, lors de sa dégradation, provoque une baisse d’oxygénation pouvant atteindre des niveaux critiques pour les organismes vivants. Dans les estuaires macrotidaux comme la Loire, la demande en oxygène est accrue dans la zone de turbidité maximale (ZTM), une caractéristique clé de ces derniers. La ZTM agit comme un réacteur hétérotrophe générant une demande locale en oxygène. De plus, la Loire a subi une longue histoire d’enrichissement en nutriments. Le stock hérité dans les sédiments peut avoir entravé la restauration en dépit de la diminution des apports amont, en raison des flux de nutriments des sédiments vers la colonne d’eau. L’objectif de cette thèse est de comprendre le couplage benthique-pélagique qui conduit au maintien des hypoxies. Après une caractérisation de la dynamique de l’oxygène et des nutriments dans l’eau, ce travail a évalué la dynamique des processus de remobilisation de nutriments par les sédiments, et a modélisé ses interactions avec la colonne d’eau afin d’aboutir à un bilan chiffré de la consommation de l’ oxygène dans différentes zones de l’estuaire. Les résultats révèlent que les conditions hydrodynamiques, en particulier le débit fluvial et la position de la ZTM, jouent un rôle crucial dans la régulation des échanges de nutriments. Cette étude présente un modèle qui offre une quantification nouvelle du recyclage des nutriments dans la Loire. Les résultats soulignent la nécessité d’approches de gestion intégrée pour restaurer la qualité de l’eau de l’estuaire de la Loire.
Fonctionnement biogéochimique des écosystèmes transitionnels colonisés par les bactéries filamentaires électriques : réponse des biocénoses et thanatocénoses de foraminifères benthiques
Maxime Daviray - 11/12/2024
L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’effet de l’acidification provoquée par l’activité des cable bacteria sur la géochimie du sédiment des environnements intertidaux, et les conséquences de ce processus de dissolution sur les communautés de foraminifères benthiques et la préservation de leur test dans les sédiments. Cette étude combine des campagnes de suivis de vasières intertidales dans différents estuaires de la façade atlantique et de la Manche (France) par des approches à haute résolutions. L’activité des cable bacteria présente une variabilité saisonnière, avec un maximum d’activité durant la période été-automne, et tend à fortement structurer la succession verticale des zones oxique-suboxique-anoxique. La bioturbation associée à la macrofaune ou au réseau racinaire des zostères introduit de l’hétérogénéité latérale dans la géochimie et générer des microhabitats. L’effet structurant du pH sur la distribution successive des différentes espèces de foraminifères dans le sédiment a été mise en évidence. La réponse des foraminifères à l’acidification de leur environnement apparait espèce-dépendante et implique autant leur particularité métabolique que comportementale. L’activité des cable bacteria engendre une perte importante des tests carbonatés dans l’enregistrement sédimentaire. Leur temps de résidence est estimé à une douzaine de jours. L’accumulation de tests agglutinés et de membranes organiques plus que de tests carbonatés pourraient être utilisés pour fournir une revue historique des processus de dissolution dans les sédiments marins.
Contribution de l’Intelligence Artificielle à la cartographie pour l’analyse des dunes à l’échelle d’un désert – Cas d’étude du Rub’Al Khali
Jimmy Daynac - 10/12/2024
Les dunes de sable éoliennes à différentes échelles (m-km) sont les principales formes topographiques dans les systèmes éoliens et se retrouvent sur divers corps planétaires comme la Terre, Mars ou Vénus. Elles résultent de l’interaction entre le vent, les sédiments transportés et le substratum. La forme, la taille, la disposition spatiale et le déplacement des dunes permet d’analyser les interactions entre les flux d’air et l’apport de sédiments, modulés par les conditions de surface. La production de cartes détaillées des caractéristiques individuelles des dunes couplée à une analyse statistique morphométrique spatialisée devient donc nécessaire pour mieux comprendre et caractériser l’origine de la formation et de l’évolution des dunes éoliennes.
Cependant, cartographier les dunes avec précision sur de grandes étendues reste encore aujourd’hui une tâche difficile pour deux raisons. Tout d’abord, compte tenu de la disponibilité des ensembles de données de télédétection avec une résolution spatiale (et temporelle) toujours croissante, une telle cartographie nécessite des procédés automatisés car la numérisation manuelle i) est chronophage et ii) peut être d’une subjectivité et d’une qualité non-uniformes. Ces limites sont principalement dues au fait que les opérateurs humains ne peuvent pas suivre des critères de cartographie similaires sur de vastes zones d’étude, en particulier lorsqu’il s’agit de morphologies complexes. Ensuite, cette cartographie se révèle ardue ; notamment en raison de la complexité de certaines formes et de l’absence de classification universellement acceptée des dunes, malgré les efforts de recherche récents.
Ce travail a donc pour objectif premier de proposer une nouvelle méthode de cartographie des dunes éoliennes axée sur une approche couplant du Deep Learning pour tracer le contour des dunes, une « squelettisation » et une analyse de réseau pour cartographier leurs crêtes et leurs connectivités (défauts). L’originalité de cette étude réside dans la capacité à cartographier ces caractéristiques à différentes échelles, allant de quelques kilomètres au désert entier. Les algorithmes développés montrent d’excellentes performances pour analyser des zones géographiques étendues et complexes avec une précision de l’ordre de 90 %. Cette méthode a permis de créer, pour la première fois, une base de données de plusieurs milliers de dunes du désert du Rub’Al Khali (le plus grand désert actif au monde), avec une fidélité élevée par rapport aux observations visuelles des dunes présentes sur le MNT.
À partir de cette base de données, nous avons étudié la variabilité morphologique des dunes en les comparant avec les données de vent (ERA5 Land Reanalysis) à l’échelle du désert, afin de quantifier et de comprendre leurs changements morphologiques et leurs répartitions spatiales en lien avec la dynamique des vents. Cette analyse morphométrique spatialisée est basée sur une Analyse en Composante Principale (ACP) et met en évidence les paramètres dominants suivant : la longueur des dunes (PC1) explique plus de 50 % de la variance et décrit les dunes linéaires du SW du désert ; la hauteur (PC2) représente 18 % de la variance et décrit les dunes en croissant du NW ; et la densité de défauts (PC3) explique 14 % de la variance, représentant les dunes en étoile et en dôme au SE. Des tests de p-value ont aussi été réalisés sur ces paramètres et révèlent des valeurs inférieures à 0,05, confirmant ainsi une organisation spatiale significative des dunes à l’échelle du désert.
Chaque forme archétypale de dune est dominée par l’un des trois paramètres identifiés par l’ACP, et les transitions entre ces formes représentent des étapes évolutives. En comparant ces résultats avec les données de vent, nous obtenons un modèle évolutif où la forme, la taille et l’orientation des dunes sont fortement influencées par les caractéristiques directionnelles du flux de sable associés aux vents du Shamal et du Kharif. L’analyse des données de vents par rapport aux différentes populations de dunes définie statistiquement a également permis de révéler deux modes de croissance des dunes : un mode d’élongation à l’ouest, où les crêtes des dunes linéaires s’alignent avec le flux sédimentaire, favorisant leur étirement, et un mode d’instabilité à l’est, où les dunes en croissant et isolées, perpendiculaires au flux, optimisent leur croissance en hauteur.
Conditions de formation de la silice hydratée sur Terre et Mars, et interactions avec la matière organique
Simon Gouzy - 06/12/2024
L’opale (SiO2 · nH2O, amorphe) est un minéral ubiquiste des surfaces des corps planétaires ayant hébergé ou hébergeant encore de l’eau liquide tels que la Terre et Mars. Elle se forme abiotiquement par altération aqueuse de roches silicatées en surface et sub-surface dans des environnements aux conditions particulièrement favorables à l’émergence, au développement et à la présence de la vie. Au travers de cette thèse nous démontrons que l’opale naturelle est capable de piéger la matière organique (MO) présente dans son milieu lors de sa précipitation, mais aussi de la préserver des processus d’altération au cours des temps géologiques. Grâce à des techniques non destructives (IR, AFM-IR) nous avons pu révéler la localisation précise de la MO dans l’opale naturelle et obtenir des informations quant à sa nature. Grâce à une campagne d’irradiation UV (190-400 nm) sur quatre matrices minérales (opale, calcédoine, sépiolite, calcaire silicifié), colorées naturellement par des pigments organiques, nous démontrons que l’opale possède la plus grande capacité de préservation de sa MO.
Nous avons développé une méthode de synthèse de l’opale dans des conditions se rapprochant au plus près de conditions d’altération météorique (<50°C) possédant des propriétés caractéristiques d’opale-AG communes naturelles provenant d’altération météorique. L’étude ces opales synthétiques nous a permis de montrer que : (1) le rapport entre les nanograins (et structures dérivées) et l’hydrogel influence significativement les propriétés de l’opale (porosité, contenu en eau, etc.) ; (2) l’opale est capable de piéger la MO lors de sa formation. Au regard de l’ensemble des recherches exposé dans ce manuscrit, nous montrons que l’opale représente une cible d’intérêt exobiologique majeur, notamment pour Mars.
