Nouvelle méthode de localisation d’échantillons non Gaussiens : applications au signal sismique terrestre et martien
Arthur Cuvier - 18/12/2023
Au cours des dernières décennies, un intérêt particulier fut apporté à l’étude du signal sismique continu, se démarquant de l’enjeu primaire et historique de la sismologie, principalement centré autour de la détection d’évènements impulsifs associés aux tremblements de terres. L’étude d’un tel signal, communément appelé « bruit sismique » se révèle toutefois riche en informations et témoigne de la présence de phénomènes atmosphériques, de perturbations anthropiques, ou encore d’altérations mécanique locales (glitchs).
Dans ce contexte, nous proposons de procéder à l’analyse du signal sismique continu via l’une de ses propriétés remarquables : sa distribution Gaussienne. Afin de répondre à ce besoin, nous présentons dans ce manuscrit la méthode NG-loc, une approche statistique originale permettant de localiser les échantillons altérant la distribution Gaussienne d’une série de données. L’utilisation de NG-loc apporte des résultats prometteurs, permettant d’estimer la qualité de n’importe quel signal sismique mais aussi de mettre en lumière les possibles dégradations de ce dernier, affectant certaines stations sur des périodes temporelles, composantes et bandes de fréquences spécifiques. De plus, NG-loc permet de détecter tout type de perturbation, dès lors que celle-ci altère la distribution statistique du signal, et s’avère donc sensible à un large panel d’altérations d’origines naturelles ou anthropiques (événements sismiques, passage de machines agricoles,…). Une seconde application de NG-loc est également proposée par l’analyse du signal sismique enregistré sur la planète Mars, lors de la mission spatiale InSight (2018-2022), nous permettant de mettre en évidence de fortes fluctuations de sa qualité au cours de la mission. De plus, l’analyse des perturbations détectées par NG-loc via une approche de discrimination par machine learning nous permet également de proposer une classification d’un certain type d’altérations, causées par des des tornades de poussière.
Finalement, bien que NG-loc puisse apporter d’intéressantes contributions dans le domaine de la sismologie, nous pensons que cette nouvelle approche peut également trouver son intérêt dans un champ d’application plus large, de par l’analyse de n’importe quel signal, à priori Gaussien.
Effets des instabilités sédimentaires sur les microhabitats benthiques : cas du Kongsfjorden
Corentin Guilhermic - 15/12/2023
Des évènements de dépôts sédimentaires surviennent dans les zones côtières et ont des conséquences majeures sur les écosystèmes benthiques. En Arctique, les fjords sont des environnements soumis à la fonte des glaciers et à d’importants apports sédimentaires. Avec le changement climatique actuel, les projections prévoient une augmentation de cette fonte dans le futur. Dans le Kongsfjord (Svalbard), cette décharge sédimentaire affecte fortement la productivité primaire, les faunes benthiques et la stabilité des microhabitats. Pour comprendre les effets de ces gradients environnementaux sur le compartiment benthique, cette thèse propose une approche couplant des études expérimentales et environnementales permettant de comprendre les processus de rétablissement des communautés de foraminifères benthiques et des gradients redox après des dépôts de sédiment. Des indicateurs d’enfouissement mis en évidence expérimentalement nous ont permis d’observer les effets de cette forte sédimentation estivale dans le fjord, qui peuvent être observés à la fois dans les états transitoires de la diagenèse précoce et dans les biozonations des communautés de foraminifères benthiques à l’échelle kilométrique. Les foraminifères benthiques et les stades redox dans les sédiments se sont avérés être des indicateurs pertinents pour étudier les effets interannuels de la fonte des glaciers sur les microhabitats benthiques.
Étude des propriétés cohésives des poudres de glace : applications aux surfaces des lunes glacées de Jupiter et Saturne
Benoît Jabaud - 08/12/2023
Les matériaux granulaires constituent un aspect important de notre quotidien, dès lors que nous sommes confrontés à des grains individuels, comme des poudres ou du sable. Étudier ces matériaux est essentiel pour les problématiques de prévention des risques ou d’optimisation des procédés industriels comme le transport ou le stockage.
Les matériaux granulaires sont aussi présents dans les problématiques d’exploration spatiale, sous forme de poudres à la surface de nombreux corps solides, qui sont appelées un régolithe. Parmi les objets du Système Solaire, certains corps, orbitant principalement autour des planètes géantes gazeuses, présentent une hydrosphère importante au niveau de leurs couches les plus externes, avec une couche de glace surplombant un océan liquide en profondeur. Ces objets sont appelés des lunes de glace.
Ainsi, ces objets glacés exhibent un régolithe particulier, principalement constitué de grains de glace, dont les propriétés physiques et mécaniques sont assez mal contraintes. Déterminer et comprendre de telles propriétés est indispensable pour expliquer les structures et morphologies observées à la surface de ces objets. De plus, dans le cadre des missions spatiales à venir, la compréhension des propriétés mécaniques de tels matériaux est également utile pour analyser les futures données et anticiper les risques techniques pour d’éventuelles analyses in situ.
Cette thèse s’intéresse donc à la production et l’analyse mécanique et numérique de poudres de glace, comme analogues au régolithe des lunes de glace du Système Solaire. Nous avons pu donner des estimations de la cohésion de tels matériaux et nous avons mis en évidence sa dépendance à la température, ce qui a des implications importantes pour l’état de surface des lunes de glace.
Réduction de la charge en cuivre des sols viticoles par phytoextraction associée à la bioaugmentation
Justine Garraud - 05/12/2023
L’utilisation répétée de fongicides à base de cuivre (Cu) a engendré son accumulation dans les sols viticoles. La phytoextraction permet de réduire leur charge en Cu. Dans la solution du sol, le Cu est cependant complexé majoritairement à la matière organique dissoute (MOD), qui est peu phytodisponible. Les travaux menés ont visé à (i) sélectionner une plante accumulatrice de Cu qui puisse être valorisée en alimentation animale et (ii) augmenter le pool de Cu phytodisponible par bioaugmentation du sol. Parmi 7 plantes testées en hydroponie (avoine, chanvre, chicorée, moutarde brune, ray-grass, sarrasin et tournesol), la chicorée a accumulé le plus de Cu dans ses parties récoltables. Un isolat et un consortium bactérien ont été testés pour i) mobiliser le Cu des phases porteuses du sol, ii) dégrader les complexes Cu-MOD et iii) accroître la croissance de la plante.L’isolat Pseudomonas sp. 171 (P171) a été utilisé pour ses propriétés PGPR (plant growth promoting rhizobacteria) et de mobilisation du Cu. En revanche, aucune bactérie capable de dégrader la MOD n’a été clairement identifiée. Afin d’améliorer la survie de P171, de potentiels partenaires ont été identifiés sur la base de réseaux d’association. Un consortium constitué de Flavobacterium (isolat F47-2) et de P171 a été testé en cultivant la chicorée sur le sol viticole bioaugmenté par ce consortium (sous forme libre ou immobilisé dans des billes d’alginate). La chicorée a accumulé plus de cuivre avec le consortium qu’avec P171 seul. Le suivi de P171 par le gène GFP et par métabarcoding du gène rpoB et 16S a également montré que l’immobilisation de ce consortium favorisait l’installation de P171 dans le sol.
Caractérisation de la sismicité naturelle d’une région continentale stable : Application au Massif armoricain
Céline Hourcade - 18/10/2023
Les différentes régions continentales stables dans le monde, telles que le Massif armoricain en France, se caractérisent par des taux de déformation très faibles et une sismicité faible à modérée. Devant un forçage tectonique très faible, voire imperceptible, les processus qui gouvernent l’occurrence et la localisation de cette sismicité demeurent mal compris. Dans le Massif armoricain, cela a également été grandement entravée par la couverture limitée du réseau de stations jusqu’en 2015. Au cours des dix dernières années, l’augmentation du nombre de stations dans la région a ouvert la possibilité de détecter les événements sismiques manquants et de mieux caractériser la sismicité de la région. Au-delà de l’aspect purement instrumental, cette compréhension de la sismicité de faible magnitude est fortement influencée par la méthode de détection utilisée pour identifier les événements naturels.
Afin d’améliorer la détection de ces tremblements de terre, nous avons développé et mis en place des outils de détection et de discrimination automatique. Pour la détection, nous avons adopté une approche de type template matching, nous permettant d’identifier dans le signal les formes d’ondes similaires à celles d’un séisme. Cependant, cette méthode peut engendrer un taux élevé de faux événements. Pour résoudre ce problème, nous avons créé un outil basé sur le machine learning, permettant une discrimination rapide et fiable de ces événements afin de n’extraire que les séismes détectés. Un deuxième outil de machine learning a été mis en place pour différencier les événements sismiques naturels (d’origine tectonique) des événements anthropiques (d’origine humaine). L’application de ces outils sur quatre années de données sismiques a apporté des résultats prometteurs. Grâce à cette étude, nous avons pu doubler le nombre d’événements sismiques naturels détectés dans la région. Ce travail de thèse permet donc une cartographie plus fine de la sismicité de la région, essentielle pour une meilleure compréhension de cette sismicité en domaine continental stable. Malgré sa caractéristique diffuse, l’analyse de 4 années du signal sismique montre tout de même un lien fort entre la sismicité du nord-ouest de la France et les structures majeures telles que le cisaillement sud-armoricain.
