Contrats doctoraux 2017

Contrats doctoraux proposés cette année. Vous pouvez postuler auprès des directeurs de thèse et/ou des co-directeurs.

1) Évolution des temps de transfert sédimentaire continent-océan au regard de la variabilité climatique quaternaire : Apports des isotopes de l'Uranium

Directeur de thèse : Pr. Jean-Alix Barrat (barrat@univ-brest.fr)
Co-directeurs de thèse : Dr. Samuel Toucanne (stoucann@ifremer.fr), Anthony Dosseto (tonyd@uow.edu.au)

Appréhender comment l'érosion continentale répond aux variations climatiques est un enjeu majeur pour la compréhension de l'évolution des paysages et des flux sédimentaires à l'océan, en particulier dans le contexte actuel de réchauffement global. Les isotopes de l'uranium permettent de quantifier les temps de transfert des particules depuis leur création dans le bassin-versant jusqu'à leur dépôt en domaine marin, représentant dès lors un outil de premier choix pour quantifier l'érosion continentale. Cependant, la distribution des isotopes de l'uranium dans les sédiments, et les facteurs à l'origine de leur évolution, sont encore mal contraints. Le présent projet de thèse permettra de faire la lumière sur ces processus. Un des points majeurs de ce travail, basé sur l'étude de carottes sédimentaires longues, consistera à discuter l'évolution des temps de transfert et l'érosion continentale au regard des changements climatiques majeurs du Quaternaire supérieur (e.g. variabilité millénaire de Dansgaard-Oeschger). En résumé, le projet de thèse présenté ici devra répondre aux principales questions suivantes: (1) Quelles sont les facteurs à l'origine de la distribution des isotopes de l'uranium dans les sédiments?; (2) Dans quelle mesure les isotopes de l'uranium permettent-ils la quantification de l'érosion et des temps de transfert; (3) Comment l'érosion et les temps de transfert ont-ils évolués lors des changements climatiques globaux passés ?

Mot-clés : Isotopes de l'uranium, érosion, temps de transfert, climat

2) Étude cinétique et thermodynamique des hydrates de gaz en milieux poreux : application aux hydrates sédimentaires et aux procédés de stockage d’énergie

Directeur de thèse : Anthony Delahaye (anthony.delahaye@irstea.fr)
Co-directeur de thèse : Livio Ruffine (livio.ruffine@ifremer.fr)

Les hydrates de gaz sont étudiés depuis de nombreuses années dans différents domaines, aussi bien dans les géosciences que dans le génie des procédés pour des applications de traitements ou de captage d’effluents gazeux ou liquides, mais aussi dans le domaine frigorifique pour le stockage d’énergie. Cette dernière application nécessite, tout comme en
géosciences, une bonne compréhension de la dynamique des hydrates en milieu poreux.

Ainsi, le sujet de thèse proposé vise à étudier de manière approfondie les processus liés à la formation des hydrates de gaz en milieux poreux, en croisant les connaissances développées dans le domaine des géosciences à l’Ifremer et du génie des procédés à Irstea afin de bénéficier de leurs apports spécifiques.

Cette thèse a pour objectif d’évaluer l’impact de la composition du milieu réactionnel (type de gaz, composition de la phase liquide, degré de saturation en fluide du milieu) et de la nature du milieu poreux (sédiments naturel ou synthétique, milieux poreux artificiel avec ou sans porosité variable, comparaison avec le milieu « bulk ») sur les processus de formation et de déstabilisation d’hydrates. Les travaux envisagés visent donc à coupler des approches méthodologiques (expérimentations et modélisation) afin (1) de caractériser et modéliser les mécanismes de formation/déstabilisation des hydrates de gaz en milieux poreux, (2) d’identifier les morphologies d’hydrates, et (3) de quantifier les phases en présence.

Mots-clés : Hydrates de gaz, expérimentations, formation et déstabilisation, milieux poreux, modélisation

3) Modélisation et quantification des phénomènes de micro-bullage en fond de mer

Directeur de thèse : Louis Géli (geli@ifremer.fr)
Co-directeur de thèse : Carla Scalabrin (Carla.Scalabrin@ifremer.fr)

Des travaux récents ont montré l’existence de signaux non-sismiques de courte durée (< 1 s) sur les enregistrements réalisés par les sismographes déployés en fond de mer (OBS). Ces signaux caractéristiques, de fréquence comprise entre 10 et 30 Hz (ici appelés : Short Duration Events ou SDE) pourraient être associés à des phénomènes de dégazage naturel
en fond de mer, mais cela reste à prouver. Ces phénomènes étant très peu connus, l’Ifremer a entrepris de les caractériser, afin d’en évaluer l’importance pour des applications aussi variées que les risques (naturels -séismes, glissements de terrain- ou industriels -stabilité des plateformes de forage en mer, etc.) ou les bilans globaux à l’interface eau/sédiments (quelle est la contribution de ces émissions à la chimie de l’océan ?). Depuis peu, la recherche sur ce sujet s'accélère car les signaux ont été observés dans des contextes géologiques divers, y compris dans des endroits réputés inertes jusqu'à présent (i. e. plaines abyssales). Si l’hypothèse suivant laquelle les SDE sont effectivement produits par des phénomènes de micro-bullage était vraie, alors la quantité de carbone (sous forme de gaz libre, CH4 ou CO2) produite par ces phénomènes de micro-dégazage pourrait être du même ordre de grandeur que la quantité de carbone fixée à l’interface océan-atmosphère. Tester cette hypothèse représente donc un enjeu fondamental. Pour ce faire, un détecteur acoustique de bulles et 2 OBS ont été déployés en 2014 avec le ROV/Victor en Mer de Marmara lors de la campagne MARSITECruise du R/V Pouquoi pas ? Le travail proposé au candidat est d’analyser et modéliser les données acquises (BOB et OBS) afin de mieux comprendre les phénomènes de micro-dégazage en fond de mer et de confirmer (ou infirmer) les relations entre micro-bullage et SDE.

Mots clés : Sismographes de fond de mer, dégazage, micro-bullage de fond de mer

4) Structure profonde du plateau de Demerara au large de la Guyane et Suriname

Directeur de thèse : Frauke Klingelhoefer (fklingel@ifremer.fr)
Co-directeurs de thèse : Walter Roest (wroest@ifremer.fr), David Graindorge (David.Graindorge@univ-brest.fr)

Ce projet répond au besoin de mieux connaître la dynamique et l’évolution des marges continentales passives, en particulier transformantes. Il s’agit plus précisément de caractériser la structure crustale des plateaux marginaux, reliefs sous-marins profonds associés à 30% des marges transformantes dans le monde (Mercier de Lépinay et al., sous presse). Ces reliefs sont observés quasi systématiquement à la jonction d’océans d’âges différents dans des zones de relais entre ouvertures en mode divergent et transformant. Leur mode de structuration reste énigmatique bien qu’il s’agisse de reliefs mis en place au sein de noeuds géodynamiques clés pour la compréhension de la localisation des marges transformantes.

Ce projet a pour objectif principal d’imager la structure profonde de ces plateaux (sismique-réfraction et sismique réflexion multitrace lourde). Le chantier d’expérimentation choisi correspond au plateau de Demerara situé à la jonction de l’Atlantique Central, ouvert en mode divergent et de l’Atlantique équatorial ouvert en mode transformant. Ce plateau enregistre donc sur ses différentes bordures l’ouverture en divergence de l’Atlantique central et l’ouverture en mode transformant de l’Atlantique équatorial. C’est peut-être cette situation même qui en est à l’origine mais il faudrait pour étayer cette hypothèse résoudre précisément sa structure interne profonde. Enfin il s’agit d’un des plateaux marginaux les plus étudiés jusqu’à présent, déjà couvert par des données pétrolières et de haute résolution. C’est donc un chantier idéal pour aborder la question de l’origine de ces plateaux et de leurs structure profondes.

Mots-clefs : Plateau marginal, Marge transformante, Structure crustale

5) Étude de la relation entre la nature crustale, les anomalies thermiques et la déformation du sel en Méditerranée occidentale

Directeur de thèse : Marina Rabineau (marina.rabineau@univ-brest.fr)
Co-directeur de thèse : Maryline Moulin (maryline.moulin@ifremer.fr)

Les marges de Méditerranée, jeunes et d’un enregistrement sédimentaire exceptionnel, sont des laboratoires naturels permettant d’étudier en détail la genèse et l’évolution des marges passives, la relation entre processus profond et de surface, et le rôle de l’héritage tectonique et thermique. De plus, la couche de dépôt salifère Messinien fournit un jalon
unique. Depuis son dépôt, cette couche a subi des déformations généralement associées à la tectonique gravitaire. Cependant, ce sel a été déposé en majeure partie dans les bassins profonds déjà formés, par exemple dans le bassin Provençal : alors que l’on y observe des structures tectoniques salifère de glissement sur les bord du bassin, les conditions aux limites y sont donc très contraintes et ne laissent pas d’espace pour des glissements. D’un autre coté, il existe une coïncidence entre le changement de morphologie salifère et la nature du substratum, en Méditerranée comme en Atlantique Sud ou dans le G. du Mexique. Bien que ce paramètre soit étonnamment peu pris en compte dans les modèles, fait probablement dû au paradigme actuel sur la tectonique salifère, la déformation du sel dépend aussi de la température de façon non linéaire. La nature crustale, associée à des thermicités différentes, peut donc avoir un contrôle important sur la déformation et les géométries résultantes du sel. Les nouvelles données de flux de chaleur, de Chirp et de géochimie des fluides interstitiels acquises en Med. Occ. (WestMedFlux, 2016) donnent l’occasion de tester cette hypothèse : 1) sur les variations du comportement rhéologique de la halite en fonction de la température ? Existe-t-il des seuils 2) sur la relation entre la variabilité du flux thermique actuel et les géométries de la couche du sel déformé et est-ce que les fluides peuvent jouer un rôle ? 3) sur la morphologie actuelle du sel comme une fenêtre sur la structure profonde ?

Mots clés : Marges passives, Méditerranée Occidentale, Crise messinienne, Déformation du sel, Thermicité, Fluides.

6) Caractérisation des systèmes gaz/hydrates de gaz de la Mer Noire par imagerie sismique haute résolution remorquée en fond de mer (SYSIF).

Directeur de thèse : Pascal TARITS (tarits@univ-brest.fr)
Co-directeur de thèse : Bruno MARSSET (Bruno.Marsset@ifremer.fr)

Cette thèse a comme objectif la caractérisation quantitative des interactions entre les systèmes gaz libre/hydrates de gaz et les déformations sédimentaires en mer Noire. Ifremer a développé ces dernières années des capacités d'acquisition sismique remorquée en fond de mer afin d'améliorer les résolutions des reconnaissances Haute Résolution par grande
profondeur d'eau (SYSIF). Les développements technologiques et méthodologiques consentis pour la réalisation du système SYSIF ont doté la communauté scientifique française d'un outil unique capable d'atteindre des résolutions verticale (< 1m) et latérale (<10 m) inégalées à ce jour. SYSIF, doté d'une flûte multitrace (52 traces @ 2m), a été mis en oeuvre durant la campagne GHASS (Mer Noire, 2015) avec pour objectif de fournir une imagerie quantitative des déformations sédimentaires liées à la présence de gaz et d'hydrates de gaz dans les couches géologiques superficielles (< 200 m). Un point clef de la thèse réside dans le développement d'une méthode d'imagerie sismique adaptée à la configuration d'acquisition particulière de SYSIF de par sa géométrie et son contenu fréquentiel. Le traitement en imagerie permettra d'obtenir des sections en amplitude préservée pour des résolutions latérales de 3 m et une résolution verticale infra-métrique. Il permettra ainsi une analyse détaillée des déformations sédimentaires, de réaliser des corrélations avec les mesures in situ mais aussi d'extraire des paramètres physiques avec une extension latérale complétant les informations très localisées issues des mesures in situ.

Mots clés : Sismique remorquée fond de mer, Imagerie sismique Haute Résolution

7) Application du sondage électromagnétique pour la mesure de densité in situ

Directeur de thèse : Gérard Tanné (Gerard.Tanne@univ-brest.fr)
Co-directeur de thèse : Christian GAC (CGAC@Ifremer.fr), Eric MENUT (Eric.Menut@ifremer.fr)

L’étude des systèmes sédimentaires marins et l’évaluation des aléas géologiques associés (tremblement de terre, tsunami...) nécessitent une caractérisation des propriétés physiques et mécaniques du milieu (notamment conductivité et densité du sédiment). Ceci peut se faire en laboratoire sur des échantillons sédimentaires obtenus par carottage,
s’accompagnant souvent de perturbations non négligeables. Les mesures in situ permettent de s'affranchir de ce problème. Elles nécessitent un vecteur capable d’enfoncer et de placer le capteur à une certaine profondeur sous le fond de mer. Peu d’équipements sont aptes à assurer des mesures avec une telle contrainte. A l’IFREMER, un seul instrument peut être déployé et exploité pour effectuer ces mesures, le pénétromètre PENFELD. Ce dernier, lors de sa conception, a été doté de capteurs issus de la technologie d’équipements existants. Ces capteurs présentent plusieurs inconvénients : une acquisition qui ne peut être faite en temps réel et le fait qu’ils ne permettent pas la connaissance simultanée de l’ensemble des paramètres indispensables aux diverses applications. Les objectifs de ces travaux concernent la faisabilité et la mise en œuvre d’un nouveau capteur électromagnétique, permettant de remonter à la densité volumique du milieu et présentant une taille adaptée à la pointe du pénétromètre en vue d’une utilisation dans un milieu aquatique à forte profondeur. Cette solution devrait permettre de palier à tous les inconvénients précités.

Mots clés : densité volumique, conductivité, capteurs, dispositifs micro-ondes, interaction onde-matière, antenne immergée