Résumés des projets financés SYSTER

Géochimie isotopique des évaporites messiniennes dans les bassins profonds de la Méditerranée– ALOISI Giovanni

La Méditerranée abrite l’un des plus vastes et le plus récent dépôt géant de sel de l’histoire de la Terre : le Géant Salifère de Méditerranée (GSM).  Depuis sa découverte en 1970, en dépit de 50 années d’études, nombreuses questions concernant la formation du GSM restent sans réponse, du fait de l’inaccessibilité des dépôts évaporitiques méditerranéens profonds. Le projet ISOMEDSEL remédiera à ce manque de connaissances grâce à une étude isotopique détaillée des déblais de forage (drill cuttings) provenant de forages pétroliers qui traversent toute la série évaporitique dans le bassin profond Levantin (Méditerranée orientale). Notre étude se concentre sur deux grandes questions d’intérêt scientifique fondamentale et appliqué : (i) la vitesse de dépôt de la couche pluri-kilométrique de halite – et l’hypothèse d’un abaissement majeur (draw-down) du niveau d’eau en Méditerranée – et (ii) l’évolution biogéochimique du cycle du soufre en Méditerranée lors de ce bouleversement océanographique majeur. Nous conduirons une étude isotopique multi-traceurs intégrant différents traceurs novateurs dont les isotopes du clore (37Cl/35Cl) de la halite et les isotopes multiples du soufre (34S/32S, 33S/32S, 36S/32S) dans les sulfates (gypse et anhydrite) et les sulfures (pyrite), ainsi que les isotope de l’oxygène (18O/16O) des sulfates (gypse et anhydrite). Ce projet s’appuie sur (i) l’instrumentation disponible au sein de l’équipe de Géochimie des Isotopes Stable de l’Institut de Physique de Globe de Paris, et (ii) sur un modèle numérique qui simule la cinétique des processus en jeux telle qu’elle sera contrainte par les compositions isotopiques que nous mesurerons. Le projet ISOMEDSEL est complémentaire et complète le projet IODP France Soutien Financier Post Cruise « Géochimie isotopique des évaporites Messiniennes dans les bassins profonds de la Méditerranée » qui a été financé en juillet 2020 et qui appliquera la même approche isotopique et de modélisation à un jeux d’échantillons prélevés dans la partie sommitale (les premiers 150m) du GSM lors d’anciennes missions de forage scientifique DSDP et ODP (années’70 et ’80).

Structural reorganization of CARrbonaceous MAterial during geological burial and DEFormation : experiments and natural examples (CARMADEF, part. II)– AUGIER Romain

Carbonization and then graphitization are temperature-dependent irreversible processes that accompany the progressive maturation of carbonaceous material toward graphite. The degree of structural organization (i.e. crystallinity) of carbonaceous material (CM) is now routinely used as a geothermometer empirically calibrated with conventional petrology data. Crystallinity is quantitatively characterized by Raman microspectroscopy for a large temperature range typical for continental crust conditions. More recently, application of this geothermometer to pseudotachylyte-bearing rocks shows an increase of the crystallinity of CM interpreted as the record of frictional heat production. Our results on an extensive set of natural pseudotachylyte veins but also aseismic deformation suggest that CM crystallinity is also influenced by deformation. Cataclastic flow and brittle deformation in a broad sense favor amorphization of CM, hence a decrease in organization. In contrast, CM in the core of natural shear bands has an higher crystallinity than the surrounding undeformed host rock. Effects of deformation on the degree of structural organization of CM is only partially described and the underlying elementary processes are not yet understood. The challenge consists in separating the effects of temperature from deformation that are often coupled, as in the case of pseudotachylytes. After one year, the project CARMADEF (funded by the TelluS-Syster call for 2020; 8000 euros) explored the effect of the deformation on the degree of organization of carbonaceous material on naturally and experimentally deformed rocks using Raman spectroscopy on CM in the frame of the PhD project of B. Moris-Muttoni. As suggested by the TELLUS/SYSTER AO2020 evaluating committee, we decided to focus on the effects of seismic deformation but also effects of aseismic deformation restricted to the field of carbonization (i.e. less than 330-350°C) on natural samples. Prominent results are presented in the main document of the project, part of the analyses are still to be acquired but sampling of natural rocks is now completed. To complement this work on natural samples, we carried out an experimental study on the effect of deformation on CM crystallinity, using combined static and deformation experiments. The experiments in the Paterson rig (seven carried out so far) have systematically resulted in extremely sharp fault zones, where the CM is completely amorphized. Further experiments, at different conditions of temperature and displacement rates, are necessary, to obtain a much distributed strain field and much smaller local strain rates, which could be compared to natural shear zones. Additionally, pressure might play a major catalytic role during deformation. To assess this hypothesis, we propose to duplicate in the Griggs rig, at higher pressure (10kbars), the experiments done in the Paterson rig. Additionally, flash heating experiments will be held in order to explore the only effect of extreme heating during a short period.The approach combining natural samples and experimental deformation is key to decipher the influence of deformation on CM crystallinity. Strain and strain rates are the traditional unknowns in fossil rocks, and we believe that our study, supported by TelluS-Syster funding, will be instrumental in making progress in this issue.

Asian Climate in Taiwan and Earthquakes Extreme events– BASSETTI Maria Angela

L’objectif de ce projet est l’étude des évènements extrêmes telluriques (grands séismes, tsunamis, glissements sous-marins) et météorologiques (grands typhons) qui ont affecté Taiwan au cours du Quaternaire, grâce à l’identification et la datation des dépôts sédimentaires spécifiques qui ont enregistré ces évènements extrêmes dans les sédiments marins profonds. Dans ce contexte, la campagne océanographique EAGER (Extreme events Archived in GEological Records off Taiwan) qui s’est déroulée sur le Marion Dufresne du 5 au 27 juin 2018 a permis le prelèvement de plus de 600m de sédiment au large de Taiwan. Elle a été menée dans le cadre du partenariat franco-taiwanais du LIA CNRS D3E (From Deep Earth to Extreme Events). La demande de financement présentée vise à poursuivre l’exploitation et l’analyse des données sur la zone orientale de la campagne. Elle est en soutien de 2 thèses qui ont débuté en octobre 2019. En parallèle, une demande de financement ANR a été soumise en 2020, en attente de réponse.

Apport de la luminescence des sédiments fluviatiles à l’étude des processus d’érosion et de transport : mise au point d’un nouvel outil pour la quantification des transferts de matière à la surface terrestre– BONNET Stéphane

L’objectif de ce projet est d’évaluer le potentiel d’utilisation de la luminescence naturelle des sédiments fluviatiles comme un nouvel outil d’étude des processus d’érosion et de transport à la surface terrestre et pouvant apporter des information inédites. Le projet est basé sur des études préliminaires réalisées par les proposants (Bonnet et al., 2019; Guyez et al., soumis) et quelques autres équipes internationales et qui montrent le bien-fondé de l’approche proposée. Ce projet ambitionne donc d’étudier en détail la sensibilité du signal de luminescence aux processus d’érosion et de transport en domaine fluvial et de calibrer ces relations. Pour cela, le projet comprend un premier volet d’inter-comparaison entre le signal de luminescence des sédiments fluviatiles actuels et la vitesse moyenne d’érosion du bassin versant amont déterminé grâce aux isotopes cosmogéniques (10Be) sur différents sites avec des forçages tectonique (actif ou non, vitesse de surrection) et climatiques. Un deuxième volet comprend le suivi du signal de luminescence longitudinalement dans les fleuves en aval de quelques sites du premier volet, complété par la modélisation numérique des processus en jeu. A terme, cette approche devrait permettre d’apporter des nouvelles contraintes inédites sur l’érosion des reliefs et l’export des sédiments associés en lien avec les forçages tectoniques et climatiques. Ce projet est proposé sur 2 ans  à l’appel Tellus-Syster, dans la catégorie des « projets à risque ou de rupture ».

Origine des plagiogranites mantelliques : Implications pour l’évolution de la proto-croute planétaire– BORISOVA Anastassia

Les plagiogranites affleurant dans la section mantellique des ophiolites représentent un exemple « moderne » de magmas felsiques (riches an Si et Al) coexistant avec un hôte ultramafique. Ils peuvent être considérés, mutatis mutandis, comme un analogue de la proto-croûte Hadenne terrestre, et peut-être aussi Noachienne, sur Mars. En outre, les plagiogranites et leur production dans le manteau océanique moderne contrôlent visiblement la survie des zircons et permettent donc de tracer les processus géodynamiques qui ont leur siège dans la lithosphère océanique. Jusqu’à présent, les modèles de formation des plagiogranites mantelliques restent essentiellement qualitatifs. Le but de ce projet est de mener des expériences en laboratoire à des pressions variant de 0,3 et 0,5 GPa et d’effectuer une modélisation géodynamique pour mieux comprendre leur origine. L’ancrage dans la vérité terrain se fera au travers de l’ophiolite d’Oman. De tels modèles peuvent impacter notre compréhension de l’évolution de la lithosphère océanique, la formation des nucleus de la croute continentale en plus d’ouvrir de nouvelles voies pour notre compréhension de l’évolution de la proto-croûte Hadéenne.  Cette action sera menée au niveau local dans le cadre de l’équipe thématique « Terre Interne Lithosphère » du GET en collaboration étroite avec l’IRAP, en utilisant le parc expérimental et analytique de ces deux laboratoires toulousains, tout en bénéficiant de l’accès aux laboratoires nationaux (CRPG) et internationaux (KIEM, Russie ; ETH, Suisse).

Reconstruction du supercontinent Columbia: Etude des témoins de Guyane française– BOSCH Delphine

La compréhension des mécanismes qui gouvernent le cycle de formation des supercontinents, c’est-à-dire l’amalgamation de microcontinents en une super-structure suivie de sa dislocation en de nouvelles masses continentales, est complexe et sujette à de vifs débats au niveau international. En particulier la chronologie des cycles des supercontinents reste encore très controversée selon les proxies considérés (e.g. âge chronométrique vs. paléomagnétique). De même le rôle exact de la tectonique des plaques, subduction-collision versus plumes mantelliques, dans la formation, l’évolution et la fragmentation de ces superstructures reste encore très énigmatique. Ce projet se focalise sur le Columbia, un des plus anciens supercontinents identifiés, formé au cours du Paléo- et Méso-Protérozoïque. Afin d’aborder cette problématique, nous focaliserons notre projet sur un nouveau chantier que représentent les formations géologiques de la Guyane française. Ces roches (migmatiques, granulites, amphibolites, …) encore peu étudiées possèdent cependant toutes les caractéristiques apparentes de témoins du Columbia. L’approche analytique mise en œuvre sera une démarche couplée associant observations de terrain, cartographie, étude de la déformation, étude des conditions thermo-barométriques, caractérisation et quantification pétro-géochimique et géochronologique, rôle et nature des fluides mis en jeu… L’ensemble des données obtenues permettra de caractériser finement ce complexe et de suivre son évolution en terme de nature de roches, de sources et processus mis en jeu ainsi que leur chronologie respective. Il devrait alors être possible de le replacer dans l’évolution du Columbia par comparaison avec les évolutions déjà connues pour différents fragments affleurant en d’autres endroits du globe (Afrique de l’Ouest, Brésil, Inde, Mali,…). Ces jeux de données conjointes devraient donc nous permettre d’identifier et de quantifier les processus mis en jeu dans les couplages des différentes enveloppes terrestres au cours de la formation et du démantèlement de témoins de la superstructure Columbia. En particulier nous nous intéresserons à identifier les processus opérant durant la phase de fragmentation, que ce soit les phénomènes pouvant opérer dans la partie interne de la superstucture (e.g. stress extensif interne de type « lid tectonic »ou « plume push ») ou en périphérie, au niveau des zones d’accrétion (stress extensif lié à la perturbation du flux mantellique au niveau des zones de subduction, ou au retrait du slab). D’un point de vue équipe de recherche, ce projet associe des chercheurs très complémentaires qui travailleront ensemble pour la première fois. Enfin, ce projet doit nous permettre d’initier un projet plus ambitieux de type ANR qui englobera d’autres aspects non abordés à ce stade (comparaison des processus actifs au sein des différents supercontinents au cours des temps) et d’autres approches méthodologiques (e.g. modélisation numérique, paléomagnétisme).

Himalayan blueschists– BOUILHOL Pierre

Found in accretionary complexes, of oceanic or continental origin, the petrological and geochemical investigation of Blueschists facies rocks provides invaluable constrains on the physical and geochemical processes occurring in subduction systems. Amongst the past and present orogens, the Himalayas contrast by the absence of a proper blueschist belt. Only two occurrences are partially known in the NW Himalaya, one in Pakistan (Shangla), and one in Ladakh (Sapi-Shergol). Both of these complex shows that these bleuschist mainly represent oceanic material scrapped off the Tethyan Ocean in an intra-oceanic accretionary wedge during the Northward subduction of the Tethys below the Kohistan-Ladakh Arc in Cretaceous times. Nonetheless, the Sapi-shergol Complex is barely studied, with contrasting PT climax depending on Authors, and unknown PT-t path. Part of this proposal it to reappraise the PT-t evolution of these blueschists to unravel the processes ongoing during cretaceous times, but more importantly it is proposed to study another blueschist location, along the Zildat fault, which has yet to be studied. It is proposed to constrain thePT-t path of the Zildat blueschists, which may well be the only true Himalayan bleuschist, thus holding clues to the collisional process, and to reappraise the whole “Himalayan” units in the framework of the India-Eurasia convergence.

Interaction fluides-roches au sein d’unités carbonifères : reconstitution de l’histoire géologique (P-T-X) des schistes houillers des Hauts-de-France via une caractérisation pétrologique, minéralogique et géochimique– BOURDELLE Franck

Les formations du Carbonifère sont connues dans les Hauts-de-France pour être d’importants gisements de charbon, exploités du XVIIe au XXe s. Cette exploitation s’est accompagnée d’études structurales et biogéochimiques, mais pas ou peu d’études minéralogique, pétrographique et géochimique. Aussi, nous proposons de coupler des techniques analytiques aux petites échelles à des méthodes thermométriques modernes afin de déterminer l’évolution du système, en termes de compositions, de température, de conditions géochimiques, et ainsi, mieux comprendre l’histoire géologique des terrains primaires du nord du bassin de Paris. Les mines étant inaccessibles, et les terrains primaires n’affleurant que très localement à l’Est de la région des Hauts-de-France, il est proposé d’étudier des échantillons remontés en surface pendant la période d’exploitation minière et stockés sous forme de terril. 4 terrils, répartis sur 60 km du bassin minier, ont été sélectionnés pour l’échantillonnage. Cette répartition géographique des échantillons doit permettre d’extrapoler à l’échelle du bassin minier les conclusions de l’étude. La reconstruction de l’histoire géologique de ces formations sera basée sur 3 workpackages : définir le pic thermique de l’« encaissant » (schiste), déterminer la nature, l’origine et les conditions Pression-Température-Composition (P-T-X) des circulations de fluides (cristallisations dans les fractures), identifier et caractériser les processus d’interaction et d’évolution du système. Pour atteindre ces objectifs, une approche multi-techniques inédite est proposée : couplage analyses à nanoéchelle (via MET-EDX et STXM-XANES sur lames FIB) de chlorites et thermomètres calibrés pour les systèmes à T < 350°C, étude des zonations chimiques/redox intracristallines, utilisation de la spectroscopie Raman sur matière organique (méthode RSCM), et analyse d’inclusions fluides (composition et microthermométrie) présentes dans des quartz néoformés.

Précipitation de carbonates dans les hydrosystèmes continentaux : un puits oublié du cycle du carbone– CALMELS Damien

Ce projet vise à mettre en évidence et quantifier un puits de carbone non pris en compte dans les modèles de cycle global du carbone et s’inscrit donc dans le cadre de l’outil “projet à risque ou de rupture”. Le cycle du carbone long-terme repose sur la compréhension de 2 sous-cycles, étroitement liés, que sont les cycles inorganique et organique du carbone. Chacun de ces cycles est caractérisé par des puits et des sources dont il est important de comprendre la dynamique, notamment en réponse à des forçages d’ordre climatique, tectonique ou anthropique, afin d’étudier les évolutions climatiques passés et potentiellement futures de la Terre. Le projet CHyPO a pour objectif d’améliorer notre compréhension du cycle du carbone inorganique en étudiant et quantifiant les processus de précipitation de carbonate dans les hydrosystèmes continentaux. En effet, la vision actuelle du cycle du carbone inorganique ne considère qu’un seul puits : l’altération des roches silicatées sur les continents (mise en solution de cations et de carbone atmosphérique/biosphérique), suivie, après transport par les fleuves, de la précipitation de carbonate dans les océans. Ce puits long-terme est calculé à partir de la chimie de la phase dissoute des fleuves. La précipitation de carbonate dans les hydrosystèmes continentaux est quant à elle totalement ignorée dans les bilans alors qu’elle peut elle aussi piéger durablement du carbone atmosphérique. Aucune estimation globale ni même régionale n’existe sur ces quantités de carbonates “continentaux” transportées par les rivières et les fleuves, probablement à cause du manque de traceur adapté. Un calcul rapide basé sur les teneurs en calcium des particules en suspension dans les grands fleuves donne une estimation d’environ 0,12 GtC/an transportées par les fleuves à l’océan sous forme de carbonate soit le double du puits de carbone associé à l’altération des silicates (vision classique). Cette estimation peut même être doublée si l’on considère les quantités de particules piégées chaque année à l’arrière des barrages hydroélectriques. Bien que tous les carbonates transportés sous forme particulaire n’aient probablement pas une origine continentale, ce chiffre montre que cette partie ignorée du cycle du carbone inorganique est probablement non-négligeable. Afin d’isoler et quantifier cette composante du cycle du carbone, nous proposons deux étapes dans ce projet : i) une partie exploratoire/preuve de concept à la fois de l’idée mais aussi de l’approche méthodologie (utilisation conjointe des systèmes isotopiques d13C, d18O, F14C et d88Sr) sur un ensemble d’hydrosystèmes “simples” dont la lithologie est bien contrainte et ii) une partie bilan grande échelle sur plusieurs grands systèmes fluviaux.

Datations et discrimination du signal climatique et tectonique tortono-messinien pré-évaporitique enregistré par les systèmes mixtes plates-formes carbonatées / éventails silicoclastiques (Méditerranée occidentale)– CARPENTIER Cédric

La compréhension des facteurs contrôlant l’évolution du climat passe en partie par l’étude des enregistrements géologiques des climats anciens. La crise de salinité messinienne constitue un événement majeur dans l’histoire géologique de la Méditerranée. Néanmoins si son contexte géodynamique semble bien contraint, le contexte climatique et son impact sur l’architecture sédimentaire reste débattu. La crise de salinité messinienne a été précédée par la prolifération des plates-formes carbonatées sur tout le pourtour méditerranéen à la fin du Tortonien. Des modèles du paléoclimat contemporain de l’installation de ces systèmes carbonatés ont été élaborés à partir d’études paléobotaniques ou sur dents de mammifères en contexte continental. Néanmoins, le contexte climatique reste méconnu et fortement discuté. Par conséquent, les facteurs ayant favorisé la prolifération des carbonates restent à déterminer. Les systèmes carbonatés marins constituent de bons enregistreurs des changements climatiques à haute fréquence. L’objectif de ce projet est donc de déterminer les causes globales (climat, fermeture des connexions avec l’Océan Atlantique) ou plus locales (variations des flux terrigènes et/ou variation du niveau de base liées à la tectonique locale), responsables l’évolution des conditions paléoenvironnementales qui ont précédé la crise de salinité messinienne et qui ont favorisé la prolifération des systèmes carbonatés sur le pourtour méditerranéen à la fin du Tortonien. Cette étude prévue sur trois ans s’articule selon trois axes. –        une approche sédimentologique, stratigraphique et structurale de terrain visant à comprendre la dynamique tectonosédimentaire des bassins marginaux de Méditerranée occidentale. Cette étude permettra de contraindre l’influence des facteurs locaux, tels que la tectonique et les variations du niveau de base, sur les apports terrigènes et l’installation ou la disparition des systèmes carbonatés. Cette approche de terrain permettra également d’étudier les marqueurs des conditions trophiques que sont les faunes récifales comme les coraux et les microencroutants. –        Une approche géochimique basée sur l’étude des isotopes de l’oxygène et du carbone et sur l’étude de l’évolution du rapport eNd. L’étude des isotopes de l’oxygène et du carbone permettra de reconstituer l’évolution des paléotempératures ainsi que les variations de salinité dans le bassin. L’étude du rapport eNd sera menée dans les bassins marginaux ouest méditerranéens et comparée au signal sur la côte est atlantique marocaine et en Méditerranée centrale (Malte). Cette approche permettra de mettre en évidence une éventuelle évolution des paléocirculations océaniques au cours du Tortonien et d’affiner le timing de déconnexion des masses d’eau océaniques (bassins marginaux ouest méditerranéens, Méditerranée centrale et Océan atlantique). –        Des datations fines sur nannofossiles qui permettront d’établir le diachronisme ou la contemporanéité des événements structuraux ou climatiques observés dans les bassins marginaux et dans les parties plus internes du domaine méditerranéen.

Assessment of deep-sea mining on ocean health– CHAVAGNAC Valérie

Nowadays, the world’s demand for metal resources is increasing, and seafloor massive sulfide deposits associated with deep-sea hydrothermal vents constitute prime targets for mineral commercial exploitation. Consequences of such mining activities include artificial sediment plumes and release of highly reactive sulfide mineral surfaces, acid by-products and trace metals into the marine realm. This could have major impacts on the ocean ability to store atmospheric carbon dioxide through phytoplankton bloom. As such, hydrothermal plumes provide the unique opportunity to act as a natural laboratory analog of deep-sea mining exploitation consequences. Thus, AMINO will constitute a first step towards identifying key tracers that can serve as future management tools for stewardship of the environment, protecting life and property. Here, we propose to carry out an integrated study (experimental, geochemical, isotopic, microbial and thermodynamic modeling) to determine « How, when and where do minerals extracted from deep-seafloor resources and dispersed by plume in the water column impact the ocean ?

MOUVEMENTS VERTICAUX EXTREMES DANS LES AVANTS-ARCS : l’exemple du Dodécanèse (Grèce)– CORNEE Jean-Jacques

Les mouvements verticaux dans les avants-arcs renseignent sur les modalités de la subduction attenante. Certains avants-arcs montrent des mouvements verticaux de très grande amplitude qui sont mal compris, particulièrement dans les cas de forte courbure de la fosse et de la plaque supérieure. L’objectif du projet est d’ établir une chronologie et une quantification de ces mouvements en utilisant les archives sédimentaires, terrasses soulevées avec sédiments et dépôts latéraux de bassins. L’exemple choisi est celui de l’avant-arc héllenique oriental (Dodécanèse, Grèce) car il a subi des affaissements et des soulèvements alternatifs très importants depuis 5 Ma lors de son étirement et de sa courbure et qu’il montre à l’affleurement des terrasses marines et des sédiments plio-pléistocènes de qualité exceptionnelle. Le projet consistera à cartographier et dater les terrasses marines, étudier les dépôts associés ainsi que la tectonique cassante. Les mouvements verticaux seront reconstitués à partir de toutes ces données, après élimination de la composante eustatique pour chaque tranche de temps. Nous aurons ainsi une vision d’ensemble de la déformation post-5 Ma à l’échelle de l’avant-arc, replacée alors dans un contexte géodynamique mieux contraint.

Origine de la déformation du bassin de l’Okavango : impact sur l’écosystème (OkaDyn)- DAUTEUIL Olivier

Ce projet vise à contraindre les différents processus à l’origine de la déformation affectant le bassin de l’Okavango (Nord Botswana). Ce dernier est un bassin endoréique controlé par des failles, et soumis annuellement à une crue importante. Il constitue un hot-spot pour la biodiversité et une ressource économique importante pour cette région située en climat semi-aride. Nous proposons de quantifier et modéliser les processus déformant ce système à partir d’une analyse spatiale par InSAR couplée à une modélisation numérique qui intégrera une quantification de la crue par imagerie satellitaire, à l’échelle complète du bassin botswanais. Ainsi, nous rechercherons à évaluer l’impact des crues sur le fonctionnement des failles et les conditions mécaniques de propagation du rift est-africain, ceci est impératif comprendre la dynamique de ce bassin permettant d’améliorer sa gestion face aux changements globaux. Trois unités sont impliquées : Géosciences-Rennes, EOST, LETG-Rennes.

Une marge hyper étendue chaude et pourtant peu magmatique : Origine et Développement de l’Anomalie Thermique Pyrénéenne au Crétacé-DE LINGUA DE SAINT-BLANQUAT Michel

La thermicité conditionne le potentiel ressource de tout type de marge continentale, parce qu’elle contrôle au 1er ordre les circulations de fluide ainsi  que l’évolution de la matière organique qu’elle a piégée. Il est donc important de comprendre d’où vient la chaleur et comment elle s’y propage, et ce en fonction de sa structure, de son histoire (hyper-étendue ou pas), et de son évolution sédimentaire. Ensuite, la  structure thermique contrôle la rhéologie du système et donc son évolution structurale, pendant les périodes syn et post-rift, mais aussi dans le cas des marges incorporées dans les systèmes orogéniques, leur inversion, et donc la construction de la chaîne (Mouthereau et al., 2014). Le cycle alpin dans les Pyrénées débute par une phase extensive mésozoïque dont le paroxysme se situe au Crétacé ‘moyen’ (de l’Aptien sup. au Santonien) et se traduit par une hyper extension avec amincissement extrême de la croûte continentale et exhumation du manteau jusqu’à la surface (Lagabrielle et Bodinier, 2008; Jammes et al., 2009; Lagabrielle et al., 2010; Asti et al., 2019). Cette extension s’accompagne du développement d’une anomalie thermique qui a induit le développement d’un métamorphisme de haute température et de basse pression dans la partie interne (distale) du rift, et qui est maximum dans ce qu’on appelle la Zone Interne Métamorphique (ZIM). Si l’origine mantellique de l’anomalie thermique qui a induit le métamorphisme HT-BP de la ZIM ne fait pas de doute, son intensité et son développement dans l’espace et dans le temps ne sont pas compris. Comment arrive t-on à 600-650°C dans la couverture pré-rift à la base des bassins syn-rifts ? Quid de l’exhumation jusqu’à la surface de la limite lithosphère – asthénosphère, exhumation qui semble nécessaire pour provoquer une telle anomalie thermique (voir par exemple Duretz et al., 2020) ? Quel est le rôle des évaporites triasiques pré-rift ? Quelle chronologie entre le métamorphisme dans la ZIM, l’exhumation du manteau, l’amincissement de la croûte et de sa couverture mésozoïque, et la sédimentation dans le rift ? Le but de ce projet est d’apporter des réponses à ces questions par une caractérisation des chemins PTtd suivis par les roches impliquées dans la ZIM dans la partie centrale de la chaine. Nous nous appuierons sur les nombreuses données thermométriques et géochronologiques existantes (compilation et base de données réalisées dans un projet antérieur) et nous les compléterons dans les zones non couvertes afin d’avoir une image la plus complète possible. Notre projet est basé sur la caractérisation de l’histoire structurale (terrain, microstructures, EBSD), sur la thermobarométrie et la géochronologie U-Pb in-situ (minéraux accessoires, calcite) et Ar-Ar (micas). Le verrou scientifique est la mise au point d’une méthodologie de quantification du métamorphisme adaptée aux lithologies variées, notamment carbonatées, et au contexte particulier de basse pression. Le défi principal est en effet de quantifier le métamorphisme crétacé des Pyrénées en température ET en pression, ce qui n’a jamais été vraiment fait (une seule tentative, Golberg et Leyreloup 1990, qui est en fait assez qualitative). Le manque de données barométriques empêche de bien contraindre la géométrie et l’évolution du système, en particulier en ce qui concerne les gradients et la composante verticale des déplacements, ainsi que les relations entre les histoires métamorphiques et structurales.

Impact de la synthèse organique abiotique sur le cycle du carbone en contexte de subduction– DEBRET Baptiste

Le carbone terrestre se trouve principalement dans le manteau convectif d’où il est extrait vers les enveloppes externes (atmosphère et hydrosphère) via l’activité magmatique au niveau des dorsales océaniques, des points chauds ou des zones de subduction. A l’inverse, le seul transfert de carbone des réservoirs superficiels (atmosphère, océan, croûte et manteau lithosphérique) vers la Terre interne se produit dans les zones de subduction où la lithosphère océanique est recyclée dans le manteau. Cependant, les quantités de carbone impliquées et la forme sous laquelle celui-ci est recyclé dans le manteau profond sont sujettes d’intenses débats scientifiques. En particulier, la distribution, la spéciation et le budget du carbone organique au sein de la plaque plongeante à haute pression sont quasi-inexplorés. A travers ce projet de recherche, nous proposons d’étudier les mécanismes d’oxydo-réduction accompagnant la déstabilisation des carbonates à haute pression et pouvant aboutir à la formation abiotique de matière carbonacée en contexte de subduction. Pour cela, nous souhaitons: 1/ progresser dans la caractérisation pétrologique et géochimique notamment à nano-échelle la matière carbonacée formée lors de la déshydratation des méta-ophicarbonates du massif éclogitique du Monviso, 2/ tester expérimentalement les mécanismes de formation et le devenir de cette matière carbonacée, notamment son rôle potentiel sur le recyclage du carbone dans le manteau profond et la formation de carbone graphitique/diamant en zone de subduction.

Cristallisation du zircon lors du métamorphisme éclogitique prograde: apport des isotopes de l’O, l’Hf et des éléments de terres rares. Cas d’étude de l’éclogite de Najac, (Massif Central, chaîne Varisque)– DELOULE Etienne

Le zircon, par sa quasi-ubiquité au sein des roches crustales, est un minéral accessoire clé de toute étude géologique. Cristallisant sur une large gamme de pressions (P) et températures (T) lors du métamorphisme, l’interprétation des âges U-Pb du zircon est généralement basée sur sa composition en éléments traces. Un nombre croissant d’études décrivent néanmoins des découplages des systèmes U-Pb et REE dans les zircons métamorphiques, mettant au défi notre compréhension et nos interprétations sur la (re)cristallisation de ce minéral. En utilisant une stratégie multi-méthode complète, ce projet vise à fournir de nouvelles contraintes sur la pétrogenèse du zircon lors du métamorphisme de haut grade. L’éclogite de Najac (Massif Central), où la co-cristallisation du zircon et du grenat lors du faciès éclogitique a été clairement démontrée, constitue le cadre de cette étude. Des zircons présents en différentes positions texturales, inclus ou à proximité du grenat, associé à des phases Fe-Ti, à des amphiboles ou dans des symplectites ont d’ores et déjà été analysés en lames épaisses afin d’en déterminer leur âge U-Pb et leur composition isotopique en O. Ces résultats prometteurs démontrent un enregistrement chronométrique complexe, ainsi qu’une large variabilité en δ18O. Ce projet de recherche poursuit cette étude par la mesure des teneurs en REEs et la composition isotopique de l’Hf des zircons par LA-SS-ICPMS dans les mêmes zones préalablement investiguées en U-Pb et O. Les éléments traces, incluant les REEs, seront également analysées dans les phases minérales associées afin d’en déduire des bilans de masses. Enfin, afin de pouvoir lié la croissance des zircons à celle du grenat, des analyses δ18O dans le grenat seront réalisées. Cette stratégie complète permettra de discuter les conditions de croissance des zircons au cours des différents stades métamorphiques, et les rôles respectifs de leur environnement immédiat (minéraux au contact) ou distant (roche total) sur leur composition élémentaire et isotopique.

Deformation and Mineral defects in Olivine: Impact on upper mantle ductility– DEMOUCHY Sylvie  

Jusqu’à récemment, la déformation des roches du manteau s’approximée par des équations de fluage expérimentales semi-empiriques (fluage dislocation/diffusion) impliquant seulement deux types de défauts dans les minéraux. Le manteau terrestre n’étant pas un cristal géant, le rôle des joints de grains doit être pris en compte. Le projet DOMINO vise à (1) identifier les nouveaux agents de déformation ductile (e.g., dislocation, disclination, disconnection) dans des roches déformées expérimentalement à haute pression et hautes temperature, par avec une combinaison unique de techniques de microscopie (SEM-EBSD, TEM, ATEX) ; (2) établir les variations des abondances des agents de la déformation en fonction de paramètres expérimentaux clés (P, T, contrainte appliquée, taille du grain, type de joints de grains) à partir de cartes EBSD de haute qualité (haute résolution spatiale et angulaire). Ces nouvelles données permettront de redéfinir le rôle des joints de grains lors de la déformation ductile des roches du manteau supérieur et de réévaluer la physique en jeu derrière la tectonique des plaques. Le cout du projet sur 2 ans, couvre les experiences de déformation à Geosciences Montpellier et au laboratoire Magmas et Volcans ; les analyses micro et nanostructurale (SME-EBSD, TEM) et les missions (Clermont-Ferrand, Lille, Metz, AGU FM 2021).

La texture graphique des roches plutoniques acides– DEVINEAU Karine

Dans le système Terre, une des enveloppes, la croûte continentale, est formée principalement de granites, roches issues du refroidissement lent d’un magma en profondeur et considérés comme ayant cristallisé proche des conditions d’équilibre. Cependant, un certain nombre de roches plutoniques acides (composition granitique) contenues dans cette croûte présente des minéraux arborant des textures particulières de croissance rapide symptomatique de cristallisation loin de l’équilibre. Le projet proposé porte sur le mécanisme de formation d’une texture de croissance hors équilibre particulière, la texture graphique rencontrée dans les roches plutoniques granitiques et plus particulièrement dans les pegmatites. Les observations de terrain ainsi que des résultats expérimentaux montrent 2 types de feldspaths: ceux de la texture graphique s.s. et des feldspaths squelettiques. La question posée est de savoir s’il y a un lien entre ces deux types de feldspaths ? Deux scénarios sont possibles (mode de cristallisation continue/discontinue) mais le mode de cristallisation de la texture graphique jouerait un rôle sur le devenir de l’eau présente initialement dans les liquides pegmatitiques et donc sur son interaction possible avec les enveloppes supérieures en fin de cristallisation. Pour répondre à ces questions, des expériences de cristallisation dynamique pendant des temps courts (240 et 360 h) à 600°C-2 kbar seront réalisées pour limiter la cristallisation et observer les relations feldspaths à croissance rapide/texture graphique sur un petit nombre d’assemblages peu développé. Ces produits expérimentaux ainsi que ceux d’expériences précédentes seront étudiés au Microscope Electronique à Transmission pour déterminer les orientations cristallographiques respectives du feldspath squelettique et des feldspaths de la texture graphique. Ces résultats seront confrontés aux observations de lames minces confectionnées dans des pegmatites naturelles pour confirmer ou non l’orientation commune des feldspaths squelettiques et des feldspaths de la texture graphique. Le projet devrait permettre de trancher entre la formation de la texture graphique par cristallisation continue (le feldspath commence sa croissance sous forme squelettique, évolue vers une forme dendritique avec orientation cristallographique commune entre les 2 morphologies) ou discontinue (absence de relation cristallographique entre les feldspaths squelettique et ceux de la texture graphique). Ainsi, le mode de cristallisation de la texture graphique est primordial car il conditionne les éventuelles interactions de l’eau avec les enveloppes extérieures et il doit être pris en compte dans la compréhension et les modèles du cycle de l’eau.

Evolution métasomatique des rodingites des Carpates Occidentales (2)-DUCHENE Stéphanie

Ce projet constitue le prolongement d’une demande faite et financée l’an dernier à hauteur de 7000€. Les rodingites représentent un groupe spécifique de roches métamorphiques qui se forment par des processus métasomatiques liés à l’altération de roches basiques et ultrabasiques. La rodingitisation est un processus de basse température au cours duquel des minéraux hydratés et riches en calcium cristallisent: grenat, hydrogrenat, vésuvianite, pyroxène, épidote, prehnite etc. Plusieurs contextes de rodingitisation semblent exister, depuis les domaines océaniques jusqu’aux zones de subduction. Dans tous les cas, ces rodingites témoignent des circulations de fluides associées aux processus d’hydratation et de déshydratation de la lithosphère océanique, et, parce que leur formation requiert une source externe de calcium, aux processus de décarbonatation des carbonates. Ainsi, leur étude vient compléter celle des serpentinites dans les domaines basiques et ultrabasiques auxquelles elles sont généralement associées. Dans le cadre d’une thèse en cotutelle avec l’université de Banská Bystrica (Slovaquie), nous proposons dans ce projet de caractériser le métasomatisme lié à l’évolution des bassins téthysiens des Carpates occidentales lors du Trias et du Jurassique. Les objectifs de cette étude seront de contraindre l’évolution métamorphique de ces rodingites en termes de pression et de température dans un système ouvert aux circulations de fluides, mais aussi de discuter de la mobilité chimique à l’échelle régionale entre les différentes lithologies : rodingites, serpentinites, métasédiments. Dans le cadre du projet TELLUS 2020 et malgré la crise sanitaire, nous avons déterminé l’origine des rodingites grâce à des caractérisations LA-ICPMS des éléments traces dans les minéraux en identifiant 2 types de protolithes gabbroïques. Nous avons pu également faire une caractérisation pétrographique permettant de décrire l’évolution des paragenèses métasomatiques et d’initier une interprétation grâces aux modélisations géochimiques et thermodynamiques. Le projet 2021 prévoit 1) de caractériser les fluides responsables de la rodingitisation grâce aux inclusions fluides 2) de discuter des réactions de métasomatisations et des conditions thermodynamiques associées sur la base d’une étude expérimentale 3) de dater le métasomatisme par la méthode U-Pb sur rutile et titanite.

Dynamique des Systèmes Transpressifs (DyST) : le cas de la chaîne Varisque-DUCLAUX Guillaume

Ce projet propose d’étudier le partitionnement de la déformation dans les systèmes transpressifs en comparant des exemples naturels, sélectionnés dans la chaîne varisque méridionale, et les résultats de modèles numériques thermomécaniques en trois dimensions (3D). Cette approche à la fois naturaliste et computationnelle nous permettra 1) de mieux comprendre la manière dont les fabriques des roches métamorphiques apparaissent et sont reliées les unes aux autres dans l’espace et dans le temps, et 2) de déterminer le niveau de couplage entre les différents niveaux structuraux de la croûte continentale dans les systèmes orogéniques transpressifs. Ces travaux répondent également à un enjeu sociétal majeur et visent à améliorer notre compréhension du couplage mécanique entre les niveaux profonds des grandes zones de cisaillement ductiles et les systèmes de failles décrochantes sismogènes observées en surface dans les zones de convergence oblique. L’étude de terrain au sein des roches du massif varisque des Maures et de sa continuité au nord-est de la Sardaigne combinera une cartographie détaillée des structures ductiles, fragiles et de la géométrie des bassins tardi-orogéniques à une analyse d’anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM) des filons et plutons granitiques présents dans des domaines clés de la chaîne. L’approche de modélisation numérique utilisera en premier lieu les ressources informatiques du mésocentre de calcul Niçois (310 000 heures obtenues) avant d’être portée fin 2021 sur les architectures plus importantes des centres de calculs nationaux. Ce projet s’aligne avec une thèse qui a débuté le 01 Septembre 2020 au laboratoire Géoazur. Cette étude servira de tremplin au dépôt d’une ANR dans le futur.

Le jour d’après : de la désintégration d’un glacier marin à sa stabilisation en domaine terrestre. Décrypter les forçages en période de déglaciation-GHIENNE Jean-François

Cette action SYSTER est dédiée au lancement de la 1ère année de thèse de C. Brionne (oct. 2020-sept. 2021). Il fait suite au financement par le CNRS pour 3 ans d’une thèse de doctorat dans le cadre de l’appel d’offre « Thèses Internationales-AAP 2020 » et impliquant l’UMR 7516 CNRS-Université de Strasbourg (JF Ghienne) et l’Université Laval à Québec (P Lajeunesse). Le candidat sélectionné le 3 juillet dernier (procédure HRS4S) sera doctorant à partir du 1er octobre (thèse en cotutelle). Ce programme n’assure cependant aucun moyen de fonctionnement. D’où ce projet d’action SYSTER 2021 calibré pour offrir au doctorant les moyens de sa recherche et en particulier la possibilité de réaliser les campagnes de terrain nécessaires. QUESTION SCIENTIFIQUE : Le scénario serait bien connu. Les inlandsis proches du talus continental lors des maximums glaciaires sont protégés par des plates-formes de glaces flottantes. La fragilisation initiale de quelques-unes provoque leur disparition entrainant la déstabilisation des inlandsis, une montée de niveau marin et, par réaction en chaîne, la fragilisation d’autres plates-formes… aboutissant à une déglaciation rapide. Que se passe-t-il « le jour d’après» ? Le retrait généralisé des glaciers, tout d’abord ralenti par quelques stabilisations marines intermédiaires, serait ensuite atténué dès lors que le glacier se retirerait sur le domaine terrestre, la fusion étant moins efficace que le vêlage d’iceberg. Que se joue-t-il formellement au moment de cette transition fronts glaciaires marins/fronts terrestres ? Une stabilisation semble alors souvent intervenir, qui peut au moins localement retarder le calendrier de déglaciation. Or, la localisation et l’âge de cette transition dépend de l’héritage morphostructural (épaule de rift, reliefs orogéniques, paléoréseaux de drainage, ou plus discret : réactivation de limites craton/ceintures orogéniques, domaine côtier au sein des bassins sédimentaires). D’où notre question : dans quelle mesure une morphostructure héritée (Terre interne) peut altérer un signal de déglaciation d’origine fondamentalement climatique (Terre externe) ?  LE PROJET : Si les séquences stratigraphiques de déglaciation représentent sans ambiguïté la réponse à une évolution climatique et à la montée eustatique afférente, la mise en place des archives sédimentaires consécutives à cette évolution montre qu’il ne s’agit pas d’un processus « linéaire » mais d’une succession de perturbations. Ces dernières sont de mieux en mieux identifiées pour les époques récentes mais la signature morphostratigraphique des processus en jeu reste mal caractérisée dès lors qu’il s’agit d’épisodes plus anciens. Sur la base de deux chantiers analogues, sur la Côte Nord du St Laurent (Québec) et en Baie de Disko (Groenland), nous voulons : (i) tester l’hypothèse que la transition fronts glaciaires marins/fronts continentaux induit un enregistrement sédimentaire exceptionnel consécutif à une stabilisation mimant précisément un signal climatique ; (ii) préciser le cadre spatial et temporel des dépocentres résultants (s’agit-il d’évolutions centennales, millénaires ou pluri-millénaires ?); (iii) comprendre les processus à l’origine de cet enregistrement morphostratigraphique particulier, et enfin (iv) identifier dans quelle mesure des morphostructures héritées sont capables de « distordre » une séquence de déglaciation.

X-ray-transparent microreactor for studying coupled THMC mechanisms during serpentinization-GODARD Marguerite

The hydrothermal alteration of the oceanic mantle lithosphere from spreading ridges to subduction zones is a major vector of chemical exchange between the mantle and the Earth’s outer envelopes. Serpentinization is the dominant alteration reaction and is associated to major chemical redox changes that can produce H2. The often mentioned general reaction equation is: 6 (Mg,Fe)2SiO4 + 8H2O -> 3 (Mg,Fe)3(Si, Fe)2O5 (OH)4 + Mg(OH)2 + Fe3O4 + H2      (1)              Olivine                             Serpentine                      Brucite               Magnetite. Nevertheless, thermodynamic models and experimental studies indicated that serpentinization may lead to an even more complex suite of coupled physicochemical and hydrodynamic mechanisms. For instance, the trapping of water as hydroxyls in hydrous phases releases protons, thus modifying the pH, the speciation of the solutes and the redox state, leading to the production of reduced-carbon-bearing species. Additionally, this reaction consumes water. Models show that this sink of water could be the driving force of the large scale renewing of water in these low permeability environments, but also could locally dry out the rock favoring brines formation that will further change the fluid speciation and the nature of the secondary phases. These coupled hydro-thermo-chemical processes, including redox and H2 production, and the role of carbon are presently investigated at GM using multi-scale experimental approaches (Thèse C. Tichadou, 2018-…). A further critical issue requires specific investigation in order to understand how serpentinization process continues over geological periods. Reaction (1) is exothermic and exovolumic; the predicted increase of volume is > 30%. The fundamental question is: how the process can continue until serpentinization rate values rise up to 90% (i.e. sustain non-null permeability) while the reaction tends to efficiently fill in the initial porosity. Thermo-mechanical mechanisms linked to cooling and tectonics can accommodate a limited part of the volume balance. Several publications proposed that micro-fracturing induced by serpentine crystal growth occurs. Reaction-induced fracturing is well known in unconfined systems and has been recently evidenced in fast hydration MgO ->Mg(OH)2  in confined conditions, but direct experimental evidence for serpentinisation is yet to be measured. More generally, the mechanisms of transformation of the chemical energy into mechanical forces are poorly understood. We propose to construct a new experimental Ti-made reactor that will allow conducting hydro-mechanical experiments at P and T conditions similar to oceanic hydrothermal systems, i.e. for T ≤ 300°C and P ≤ 120MPa). The concept is based on a micro-volume (100 mm3) oedometer (piston-cylinder cell) equipped with micro-volume fluid recirculation system (≥ 12 nL/min). While reaction is occurring displacement at controlled constraint will be monitored. The reactor is designed for being installed (when needed) in the beam of X-ray tomograph (ex: ESRF-ID19) to image mechanical features at high resolution (≥1.2 micron) and measure gas production (H2)  by adiabatic decompression. Experiments will be performed using fine powder of peridotites and of Fo%-controlled artificial olivine (already produced). This equipment can be used for experimental study of other exovolumic reactions such as olivine carbonation (CO2 trapping and formation of reduced C species). This project proposes a new experimental system to reproduce in the lab a process theoretically demonstrated but that, to our knowledge, remains to be measured in the lab. Funding by INSU-SYSTER will allow us to build and test the experimental device and provide the proof of concept that will allow us to construct a more elaborate experimental and modelling program  (EU, ANR) on serpentinization and other hydrothermal reactions occurring in tight rocks.

Les complexes plutoniques alcalins océaniques; origine, évolution et rôle dans la croissance continentale. Exemple des Kerguelen– GREGOIRE Michel

En contexte intraplaque, les roches plutoniques alcalines sont des témoins privilégiés des processus de différenciation, d’évolution et de migration des magmas depuis leurs sources mantelliques relativement profondes jusqu’à leur mise en place dans la croûte ou en surface. Ces roches plutoniques intraplaques ont été relativement délaissées au cours des 30 dernières années au bénéfice des séries plutoniques calco-alcalines associées aux zones de subduction. Par une approche couplant l’approche structurale à l’approche pétro-géochimique moderne, les études de ces dernières ont amené des avancées majeures dans la compréhension de la formation, de l’évolution et de la mise en place des roches plutoniques dans la croûte terrestre ainsi que de leur rôle dans les processus de croissance continentale et des relations volcanisme-plutonisme. Les modèles ont été beaucoup révisés à cette occasion. Nous nous proposons à travers le projet de recherche proposé d’étendre l’étude entreprise au cours de la thèse de L. Ponthus au niveau du complexe plutonique alcalin sursaturé en silice (SRBIC : South Rallier du Baty Igneous Complex) aux autres complexes plutoniques de l’archipel de Kerguelen. L’intérêt majeur est de tester si les conclusions (mise en place sous la forme d’un laccolithe, importance de l’épaisseur de la croûte, existence de deux séries magmatiques se succédant dans le temps, une source mantellique principale type point chaud et deux accessoires de type croûte continentale et manteau subcontinental métasomatisé) de l’étude du SRBIC sont généralisables ou non aux autres complexes plutoniques sursaturés (Complexe Nord de Rallier du Baty, Iles Nuageuses, Mt Lacroix, Ile de l’Ouest) mais également aux complexes plutoniques de type sous-saturés en silice (Société de Géographie, Mts Ballons, Montagnes Vertes). Un des autres intérêts majeurs de ce projet réside dans le fait qu’il doit permettre d’avancer sur une des questions clés concernant l’origine des complexes plutoniques des Iles Kerguelen : pourquoi à une échelle relativement réduite, celle de l’archipel (environ 100×100 km), observe-t-on les deux séries classiques des plutons alcalins différenciés terrestres : la série sursaturée en silice et la série sous-saturée en silice ? Les résultats de notre étude seront également comparés avec ceux de la littérature concernant des complexes plutoniques alcalins similaires mais mis en place dans la croûte continentale et ceci afin de mieux contraindre les paramètres et les processus responsables de la mise en place et de l’évolution de ces complexes. Cette étude va aussi permettre de mieux comprendre la formation en domaine océanique de tels complexes et l’impact de cette formation sur les transferts manteau-croûte. Elle doit enfin déboucher sur un projet de recherche de plus grande ampleur (type ANR) destiné à contraindre les processus permettant le passage d’une croûte océanique épaissie vers une croûte transitionnelle entre océanique et continentale et donc la formation de nucléus continentaux.

RHEOLOGY AND METALLOGENY OF THE SOUTH CHINA BLOCK CRUST : kinematics, strain field modelling and spatial statistical analysis-GUMIAUX Charles

The South China Block (SCB) has experienced a long-lived and polyphased tectono-metamorphic history since Neoproterozoic. The widespread magmatism having taken place in the South China Block from Silurian to Cretaceous times makes it a key-place to investigate the relative impact of the thermal state of the lithosphere (i.e., its rheology) on deformation style at the scale of a continental block. Indeed, a first analysis of its structures shows that SCB seems having experienced development of both localized shear belts and continuous/pervasive deformation at regional-scale, showing rheological contrasts in the crust.  Besides, world-class metallogenic deposits of this province allow analyzing reciprocal influences between stain fields, inherited crust structures and fluid circulations. Our project will combine (i) strain-field analysis based on structural field studies and geostatistical modelling of compiled data, at regional-scale, (ii) paleomagnetic study to quantify kinematics and (iii) spatial analysis of different kinds of ore deposits to highlight suspected links between regional strain and fluid circulations.

Impacts of wetting and drying cycles on element flux from mineral weathering– HARRISON Anna

Mineral weathering reactions play an important role in the global element cycles, and the removal of atmospheric CO2 on geologic timescales. Weathering reactions occur in the Earth’s critical zone, within which water content is transient and variable. At high water content, gas-driven weathering may be limited by the slow transport of reactive gases such as CO2, whereas at low water content, mineral dissolution-precipitation reactions that require water are inhibited. Transient changes in water availability driven by evaporation and recharge cycles will therefore influence weathering rates by altering water contents and exposure of mineral surfaces to reactive gases and the reactive fluid.Although the physical impacts of wetting and drying by evaporation and recharge have been recognized, the potential chemical effects on mineral reactivity have received less attention. Yet, these chemical effects may have significant impacts on weathering rates. The proposed research will explore the impact of changing mineral-water-gas interfaces during periodic evaporation-recharge cycles on element release from Ca- and Mg-silicate minerals common at the Earth’s surface, with implications for the nutrient and carbon cycles. Decimeter scale column experiments will be subjected to repeated wetting and drying cycles while effluent composition is monitored. For comparison, columns with the same minerals will be supplied with the same volume of fluid but not permitted to dry. Both the element flux, along with the isotopic signature of dissolved Li, Mg, and Si will be measured to provide insights into the processes controlling element fluxes. Isotopes of these elements are broadly applied to provide insights into critical zone weathering processes. For example, fractionation of Mg isotopes occurs when secondary minerals form and can be used to indicate secondary mineral formation. These experiments will provide insight into the extent to which physical and chemical changes induced by evaporation-recharge cycles influence reaction rates and thus element fluxes from mineral weathering, and how reactions rates might vary in response to changes in rainfall and evaporation. The results of this study will shed light on the alteration of mineral weathering that may occur due to climate-changed induced changes in rainfall patterns.

Processus sédimentaires à l’origine des dépôts de l’Eocène-Oligocène dans les Baronnies orientales et le Dignois (Bassin du Sud-Est, France) : implications paléogéographiques et morphostructurales- HUYGHE Damien

Les Barronies Orientales se situent dans une zone charnière de la chaîne Alpine. Suite à la phase extensive du Mésozoïque, cette région connaît une inversion depuis le début du Tertiaire avec la phase Pyrénéo-Provençale, puis la phase Alpine à proprement parlé, entrecoupée par la phase extensive de l’ECRIS. Cette région a également été caractérisée par le dépôt d’épaisses couches d’évaporites datant du Trias, ayant contrôlé la géométrie des dépôts durant le Mésozoïque par des processus de tectonique salifère. Dans les Barronies Orientales, la sédimentation syn-orogénique débute à la fin de l’Eocène – début de l’Oligocène par le dépôt d’une brèche continentale, faisait suite à un hiatus d’environ 70 Ma. L’âge, les processus sédimentaires ainsi que l’âge de cette brèche, située à la base de la formation de la molasse rouge, sont à l’heure actuelle mal connus. Ce projet vise donc à mieux comprendre pourquoi la sédimentation reprend après un si long hiatus et dans quel contexte ces dépôts se sont mis en place? Pour cela, il est indispensable d’adopter une approche pluridisciplinaire couplant terrain et laboratoire, afin de discriminer l’influence relative (1) de la tectonique régionale liée à la collision alpine, (2) du climat, la limite Eocène-Oligocène étant caractérisée par la première glaciation majeure du Cénozoïque et (3) d’une possible tectonique salifère cénozoïque sur la mise en place de ces dépôts.

Le 15N15N, un nouveau traceur de l’origine du N2 volcanique-LABIDI Jabrane

Les flux et compositions isotopiques de l’azote mantellique restent mal contraints. Le défi est de soustraire la  contamination atmosphérique des échantillons mantelliques. De nombreuses études ont montré que de l’air s’infiltre dans les édifices volcaniques et perturbe le bilan de l’azote pour les gaz volcaniques et les magmas.Un nouveau traceur permet de faire la distinction entre N2 atmospherique et volcanique: la teneur en 15N15N, les « clumps » de l’azote. En effet,  l’atmosphère possède une anomalie remarquable en 15N15N. Cette espèce isotopique rare permet de quantifier la moindre contribution atmosphérique à tout échantillon naturel, mais aussi de déduire la composition de l’azote magmatique. Avec NitroVolc, nous allons contraindre les sources d’azote dans les systèmes volcaniques de la Réunion et de la Guadeloupe. Nous contraindrons non seulement les processus hydrothermaux, mais également les pulses magmatiques affectant ces deux édifices volcaniques. Nos travaux nous permettront de contraindre l’origine de l’azote dans les sources mantelliquesdes magmas en question, mais également d’approcher la notion de surveillance volcanologique avec notre outil novateur.

SIGnature géophysique du panneau plongeant ALPin : analogues de terrain et modèles directs- LABROUSSE Loïc

Le projet collaboratif SIGALP implique 4 unités de recherche et vise à assurer l’environnement de travail d’une thèse sur un contrat Sorbonne Université, dirigée par L. Labrousse, SU (UMR 7193) et J. Bascou, U. St Etienne (UMR 6524 ; UMR 5276 à partir de janvier 2021), en collaboration avec L. Stehly, UGA (UMR 5275) et A. Plunder, BRGM (UMR 6113), partenaire du programme INSU. SIGALP propose de développer une approche directe de la signature géophysique du panneau plongeant alpin à l’occasion de la moisson récente de données sismologiques dans l’arc Alpin. La démarche du projet SIGALP va à la rencontre de celle des géophysiciens, et propose de mesurer directement sur des analogues de terrain ou de modéliser à partir de données de pétrophysique les signatures possibles des unités alpines profondes et de leurs contacts, en prenant en compte les transformations structurales et métamorphiques susceptibles d’altérer ces signatures. Le projet SIGALP repose sur 1- la constitution d’un catalogue robuste de propriétés sismologiques des lithologies profondes alpines, 2- une stratégie de mise à l’échelle des propriétés mesurées à celles pertinentes pour les méthodes de tomographie sismologique, et 3- la recherche des signatures prédites dans les données de sismologie, en vitesses mais aussi en anisotropie. L’implication conjointe de géologues et de géophysiciens autour d’une doctorante à temps plein dans SIGALP est son meilleur gage de réussite.

Evolution volcano-tectonique néogène de la zone de Vardar (Macédoine, senso largo)-LAHITTE Pierre

Ce projet veut analyser les interactions qui lient le volcanisme néogène de la zone de Vardar (Macédoine) et son contexte tectonique particulier marqué par la double influence des mouvements extensifs helléniques et sud-balkaniques à la terminaison du système décrochant nord-anatolien. Les contraintes géochronologiques, géochimiques et tectonique qu’apportera ce projet ainsi que leurs implications géodynamiques devraient susciter l’intérêt d’une large communauté. Ce volcanisme néogène (miocène supérieur à pléistocène) présente une large variété de composition lié à l’évolution tectonique locale. Un schéma général du système volcano-tectonique a déjà été défini mais sur un corpus de données si réduit qu’il interdit toute évolution précise des relations liant le volcanisme au contexte géodynamique régional. Pour pallier ce manque d’information, ce projet intègre des géochronologues et géodynamiciens (laboratoire GEOPS et ISTEP), géochimistes et géologue (laboratoire de Debrecen, Hongrie). Les volets analytiques suivants sont prévus: géochronologie K-Ar et Ar/Ar, pétrographique, géochimique élémentaire (majeurs et traces), géochimie isotopique (Sr‑Nd). Ces mesures permettront de contraindre finement les processus magmatiques mis en jeu et l’évolution spatio-temporelle des éruptions pour détailler le couplage fort qui opère ici entre volcanisme et tectonique. Les résultats préliminaires réalisées en 2020 montrent que ce volcanisme s’initie dès 8 Ma (et non 6 Ma) et présente une tendance baissière en terme de rapport isotopique du Nd possible signature d’un métasomatisme croissant du manteau ou de sources de moins en moins profondes pour les magmas. Ces tendances ont été observées à partir d’un nombre encore faible de données. Dans le cadre de ce projet, elles doivent gagner en résolution par une étude à la fois plus étendue, pour mieux inscrire cette étude dans le contexte tectonique régionale, et mieux sériée temporellement pour préciser la dynamique éruptive et les implications géochimiques et géodynamiques de celle-ci. En effet, le volcanisme en Macédoine présente une organisation spatio-temporelle plus complexe qu’attendue. Or dans la mesure où les secteurs échantillonnés sont tous liés à des systèmes de failles profondes situées le long de la bordure ouest de la zone de Vardar, l’analyse de cette évolution dans le temps devrait permettre de contraindre les régimes tectoniques et de détailler le contexte géodynamique que connait cette région soumise à l’influence des failles nord-anatoliennes (W-E) et dinaro-helleniques (NW-SE). Le volcanisme monogénique et fissural du centre-nord (serbo-macédonien) a une histoire éruptive plus simple relativement au secteur sud (greco-macédonien) où cohabitent édifices monogéniques et volcans composites et qui reste pour l’heure pratiquement inconnu. Pourtant son orientation W-E le long de failles orientées dans la même direction laisse supposer une forte influence de la tectonique nord-anatolienne. A l’inverse, contraindre l’activité du volcanisme fissural centre-nord contraindra par la même occasion la dynamique des failles bordières dinaro-helleniques durant cette période. Enfin, au sud, on retrouve des niveaux pyroclastiques interstratifiés dans certains bassins sédimentaires silico-clastiques. Dater ces téphras en parallèle des volcans composites proximaux apportera des contraintes fortes à la fois sur les produits volcaniques eux-mêmes mais aussi sur l’histoire sédimentaire (donc sur l’histoire du démantèlement des reliefs environnent) et surtout sur l’activité tectonique extensive ayant conduit à la formation de ces bassins. Le projet SYSTER prévoit de contribuer à ce programme de recherche par la réalisation de mission de terrain et d’une vingtaine de datation K-Ar (laves sur mésostase) et Ar/Ar (téphras sur sanidine) chaque année en 2021 et 2022. Les centres sélectionnés étant situés dans un contexte tectonique singulier, les résultats de ce projet auront des implications majeures en matière de contraintes tant volcaniques, géochimiques que tectoniques et géodynamiques.

Quantifying the contribution of hybrid magmatism to crustal growth in collisional orogens-LAURENT Oscar

Ce projet collaboratif prévu pour 3 ans (2021-2023) implique un nouveau consortium de recherche articulé autour de 3 laboratoires français (GET Toulouse, LMV Clermont-Ferrand, CRPG Nancy) et comptant des collaborateurs à l’international (Suisse, R. Tchèque, Afrique du S.), constitué autour d’Oscar Laurent, nouvellement recruté CRCN en 2019 (prise de fonctions 2020). La proposition fait suite à la définition d’objectifs prioritaires par une partie de la communauté travaillant sur l’origine des magmas siliceux et leur rôle dans la construction de la croûte continentale terrestre, lors de différents meetings nationaux et internationaux en 2019. Ces objectifs sont par ailleurs centraux dans le projet CNRS proposé par le porteur lors du concours 2019. Le projet s’intéresse à la pétrogenèse des systèmes magmatiques crustaux d’origine « hybride » entre des sources mantelliques et crustales dans les contextes de convergence de plaques (arc continental, collision continent-continent). Dans ces contextes, les magmas mantelliques se mettent en place dans une croûte pré-existante partiellement fondue. Le signal géochimique du magmatisme mantellique y est donc « dilué » par la contribution crustale, de sorte que la contribution de ce magmatisme à la formation de nouvelle croûte continentale est très mal contrainte. Le manque de considération de ces systèmes à l’échelle globale limite fortement notre compréhension de la genèse et le recyclage des continents au cours des temps géologiques, et par extension du rôle que celles-ci ont pu avoir sur l’évolution des enveloppes externes et du climat au cours de l’histoire de la Terre. Ce projet vient contribuer à combler ce manque, par l’étude du magmatisme hybride en contexte de collision continentale.  Dans l’est du Massif Central Français, un volume significatif des magmas mis en place à la fin de l’épisode de collision Varisque (340-300 Ma) sont des granitoïdes calco-alcalins potassiques (KCG pour K-rich Calc-alkaline Granitoids), dont l’origine est débattue. Toutes les hypothèses proposées impliquent la contribution de magmas mantelliques, ce qui fait des KCG les vecteurs potentiels de formation de nouvelle croûte continentale dans ce contexte de collision. Cependant, cette contribution reste incomprise, puisqu’on ignore dans quelle mesure la parenté mantellique des KCG a pu être « diluée » par les interactions avec la croûte, et quels ont été les mécanismes de ces interactions.  Dans ce projet, nous souhaitons introduire de nouvelles stratégies pour étudier ces questions, via des approches et outils analytiques modernes et pour la plupart disponibles dans les laboratoires français partenaires. L’idée est de mettre en place un cas d’étude de référence, qui pourra servir de modèle pour l’extension généralisée de ces nouvelles stratégies. Concrètement, la méthodologie s’appuiera sur : –     Une étude quantitative du rôle que jouent les processus de chambre magmatique et le couplage avec le volcanisme dans la signature géochimique des plutons de KCG ; –     La caractérisation précise des deux pôles (manteau et croûte) par la combinaison de plusieurs outils chimiques et isotopiques (isotopes radiogéniques du Nd et du Ca ; isotopes stables du Mg), évitant ainsi les biais d’interprétation liés à l’utilisation d’un proxy unique ; –     L’étude de la contribution relative de ces deux pôles à toutes les échelles spatiales (cristal, échantillon, pluton) afin de résoudre le caractère multi-dimensionnel des processus d’hybridation. Ces travaux permettront de déterminer quelle fraction relative (massique, volumique) des magmas KCG provient du manteau ; et par quels mécanismes les composants mantelliques et crustaux ont interagi (enrichissement de la source mantellique ; assimilation dans la croûte inférieure ; mélange de magmas lors de la mise en place des plutons). En les combinant à la distribution globale des magmas de type KCG, ces résultats permettront de mieux quantifier la croissance crustale en contexte de collision.

Inversion bayesienne 3D de données thermochronologiques-LELOUP Philippe

Le projet a pour but de développer une nouvelle méthodologie d’inversion bayesienne des données thermochronologiques, basée sur Pecube, mais permettant de prendre en compte des incertitudes sur les températures de fermeture et la répartition hétérogène des données pour une inversion en 3D incluant la géométrie des failles. Cette méthode s’appuiera sur la réalisation préalable d’un modèle 3D géologique (geomodeler) qui permettra de fixer en partie la géométrie des failles. L’exemple choisi est celui du Mont-Blanc, où une inversion en 3D est possible, et qui est une clé pour la compréhension de l’histoire et de la dynamique du prisme orogénique alpin.

Deconvolving autocyclic and allocyclic processes in the continental sequences of the Upper Trias in the Paris and German basins-MARTINEZ Matthieu

The sedimentary record of the orbital cycles allowed the construction of a robust time scale throughout the Earth history. However, the mechanisms by which a weak initial insolation forcing is preserved in the sedimentary record is poorly understood. A total of 300 wells are correlated from the source zones to the marine playa in the upper Triassic of the Paris and German basins. Genetic sequences have been observed in well-log data and have been tentatively attributed to orbital cycles. The statistical demonstration is still lacking and the data resolution can be improved. We aim in this project at determining the orbital impact on various continental environments of the upper Triassic of the Paris and German basins and quantify the impact of the Earth orbital cycle on sediment transfers from source zones to marine environments. Well-log data will be complemented by high-resolution data collected in the field in sections localized in eastern France, Belgium and Germany.

Reconstruction of deep ocean CaCO3 burial and saturation at kyr-resolution during the Paleocene-Eocene-MATTIOLI Emmanuela

L’intervalle de fin du Paléocène et le début de l’Eocène (-58 à -54 Ma) a été marqué par plusieurs épisodes de réchauffement rapide associées à la libration massive de carbone, appelés évènement hyperthermiques. Jusqu’à récemment, la chute des teneurs en CaCO3 enregistrée au lors de ces épisodes dans les sédiments marins profonds a été attribuée à une chute de la saturation en CaCO3 des eaux profondes, résultant de l’injection de grandes quantités de carbone. L’augmentation de l’érosion continentale aurait ensuite conduit à une hausse de la saturation en CaCO3 et ainsi à un enfouissement massif de CaCO3, permettant le stockage de grandes quantités de carbone et un retour à des conditions pré-évènement. Ce modèle classique de compensation chimique, dominant depuis plus de 30 ans, a été remis en cause par des travaux récents qui démontrent que l’accumulation du CaCO3 pendant l’événement hyperthermique du passage Paléocène-Eocène (PETM) a été largement découplée de la saturation des eaux profondes. Ce découplage a été attribué aux au changements de productivité et d’export du nannoplancton calcaire qui avait été à tort considéré comme constant dans les modèles de compensation chimique.  L’objectif principal de ce projet INSU est de tester l’hypothèse selon laquelle la productivité des coccolithophores a exercé des rétractions fondamentales sur le cycle du carbone au cours de plusieurs épisodes de réchauffement climatique abrupts caractérisant le début du Paléogène (-58 à -54 Ma). Pour atteindre cet objectif, nous proposons de reconstituer l’accumulation des nannofossiles et la saturation en calcite grâce à l’étude des sédiments profonds du Site ODP 1209 (Pacifique Nord), qui se sont déposés au cœur de la gyre pacifique Nord et enregistrent au moins 4 évènements hyperthermiques majeurs autres que le PETM. La première étape sera d’établir un modèle d’âge robuste à haute résolution pour les séries étudiées  à partir de leur composition en isotopes de l’hélium, ceci afin de reconstituer finement le taux l’accumulation des sédiments profonds sur la période étudiée. L’histoire de l’accumulation du CaCO3 ainsi obtenue sera ensuite comparée à celle de la saturation en CaCO3 des eaux profondes déduite de la fragmentation des nannofossiles et des foraminifères. Nous pourrons ainsi contraindre quantitativement l’impact des rétroactions biologiques liées à la production de CaCO3 biogénique sur la chimie des océans au cours de plusieurs épisodes de réchauffement abrupts ponctuant le début du Paléogène.

Températures Océaniques et Pressions de CO2 Atmosphériques : le Pré-Icehouse-MINOLETTI Fabrice

Les grandes lignes de l’évolution climatique du Cénozoïque sont bien connus avec le passage d’un climat Greenhouse chaud, à forte pCO2 atmosphérique et sans calotte glaciaire pérenne à l’Eocène au climat icehouse actuel présentant des glaces permanentes aux deux pôles des température plus faibles et des pCO2 faibles. Dans le détail, les modalités de ce changemnt climatique à long terme restent mal contraints notamment du fait de verrous méthodologiques qu’ils est maintenant possible de faire sauter grâce à la panoplie de marqueurs paléoenvironnementaux basés sur les ccoccolithophores, des algues planctoniques qui vivent dans les eaux océaniques les plus superficielles. Grâce à cette archive paléoclimatique unique, le projet TOPCAPI s’attachera à l’évaluation couplée SST / pCO2 / δ18Osw à différentes latitude de l’océan atlantique et sur l’ensemble de l’Oligocène et du Pliocène.

Quelle progressivité de la déglaciation dans les Alpes lors de la transition climatique entre Younger Dryas et Holocène ?- MUGNIER Jean-Louis

Il existe actuellement une controverse sur l’évolution à long terme des températures dans l’hémisphère nord durant et au tout début de l’Holocène. L’évolution des glaciers alpins, qui est influencée par le climat, est susceptible de fournir des informations complémentaires sur le réchauffement à la transition Younger Dryas/Early Holocene, et en particulier sur la complexité spatiale du schéma de température en Europe continentale à cette époque. Ce projet a vocation à être financé par l’ ANR. Ce projet INSU, qui devrait durer deux ans, a pour but de commencer cette étude en assurant la cohésion de l’équipe de chercheurs sur cette thématique et en réalisant dans le cadre de deux Masters 2 successifs: 1) une synthèse sur les glaciers déjà étudiés dans les Alpes orientales et dans le massif du Mont Blanc; 2) des études de terrain complémentaires sur trois glaciers (glacier du Tepey, glacier du Tour, glacier de l’Arc)(cartographie, datation 10Be) afin de confirmer l’âge de leurs moraines;  3) des modélisations glaciaires de paléo glaciers répartis dans les Alpes seront réalisées pour estimer, avec une procédure homogène, des couples paléo températures et paléo précipitations ; 4) ces modélisations glaciaires seront calibrées à partir du bilan de masse de surface  actuel des glaciers étudiés. Outre les glaciers étudiés dans le point 2 précédent, un groupe de glaciers du massif du Mont Blanc et des Alpes de l’Est, dont les paléo-extension ont déjà été reconstituées en détail, sera pris en compte. Au total, 8 glaciers seront modélisés. Nous utiliserons pour cette modélisation des softs existants qui couplent un modèle PDD (Precipitation-Degree-Day) de bilan de masse de surface des glaciers avec un modèle dynamique élémentaire de flux de glace. Les paramètres du modèle PDD seront calibrés sur les glaciers de la période moderne, avec des informations climatiques déjà issues d’approches statistiques basées sur la méthode de réduction d’échelle et des informations de bilan de masse de surface déjà obtenus par télédétection spatiale. L’influence, sur 1) l’extension du glacier et 2) sur son profil en long, des triplets de paramètres (paleo-précipitation, paleo-températures, contrainte cisaillante basale) sera analysée afin de déterminer ceux les plus probables. Les gradients de paléo-température et paléo-précipitation à l’échelle des Alpes seront alors discutés.

Geochronology and Carbon cycle of the Jurassic-Cretaceous transition (GC-JC)- PELLENARD Pierre

The Late Jurassic –Early Cretaceous transition (JCT) was characterized by intense geodynamical and environmental perturbations: major variations of the carbon cycle, new tectonic configuration, volcanism, global climate fluctuation (aridification) and oceanographic changes. Continuous series recorded in South America marine deposits (High Andes of Argentina) containing abundant biostratigraphical markers and intercalated volcanic horizons (tuffs and bentonite) offer an outstanding opportunity to achieve a precise calendar of the JCT. Such possibilities contrast with the JCT sedimentary records historically defined in the NW Tethyan domain affected by hiatuses, provincialism of fauna and scarcity of datable volcanic horizons and may thus resolve in the future some worldwide correlation problems. We aim with this proposal to use carbon isotope signal from organic matter (d13Corg) from southern hemisphere on biostratigraphically well-calibrated sections to help to document paleoenvironmental and paleoclimatic evolution during this key period and improve correlations between worldwide basins with an accurate numerical time framework based on an astrochronology, chemostratigraphy and U-Pb ages integrated study.

Mobilité Pléistocène dans le piémont pyrénéen– REGARD Vincent

Les Pyrénées en tant qu’orogène ont cessé de se construire vers l’Oligocène et sont dans un état post-orogénique. D’un point de vue morphologique, elles restent très actives, induisant un grand nombre de questions quant à leur évolution. Une de ces questions est la transition dans le temps, au niveau de leur piémont nord, entre sédimentation (tout le cortège de mollasses) et incision. Nous nous intéressons à cette période charnière qui pourrait être contemporaine du changement de périodicité des périodes glaciaires à la transition mi-Pléistocène (MPT). Nous daterons le début de l’incision grâce aux isotopes cosmogéniques et à quelques données préliminaires dont nous disposons. Nous comparerons nos résultats au piémont sud, déjà étudié, et en déduirons le moteur de cette incision, résultat généralisable à d’autres chaînes de montagnes.

Integration of surface-derived carbon as diamonds in the Archean lithosphere: Pt-Re-Os isotope study of ultramafic xenoliths from the Jwaneng kimberlite, S. Botswana– REISBERG Laurie

Dans la lithosphère profonde en-dessous des cratons, le carbone se trouve sous la forme de diamants, qui sont parfois portés vers la surface par des pipes kimberlitiques. Parmi ces diamants, une fraction importante contient des inclusions silicatées d’affinité éclogitique, dont la composition minéralogique et isotopique est souvent attribuée à une provenance dans la croûte océanique altérée et recyclée. La composition isotopique en carbone de ces diamants dits « E-type » est cohérente avec cette théorie, étant beaucoup plus variable que celle des diamants contenant des inclusions péridotitiques. En plus, une partie significative de ce carbone a une composition isotopique très légère, qui témoigne éventuellement d’une origine biogénique.            L’objective de ce projet est de contribuer à la compréhension de la réintégration du carbone de la surface de la Terre dans le manteau lithosphérique. Spécifiquement, est-ce que la croissance du diamant correspond à la création de lithosphère nouvelle? Ou est-ce que le carbone est incorporé dans une lithosphère préexistante? La réponse à ces questions passe par une solide connaissance de la distribution des âges dans les diamants, ainsi que celle des âges des roches lithosphériques associées. Pour aborder ce sujet, nous étudierons les diamants de la mine de Jwaneng au Botswana, dans le nord du craton du Kaapvaal. Cette mine, l’une des plus grandes au monde, est particulièrement riche en diamants du type éclogitique. La structure d’âge de ces diamants est bien défini, à partir des analyses Re-Os sur des inclusions sulfurées et Sm-Nd sur des inclusions silicatées. Par contre, l’âge de la lithosphère elle-même est mal connu. Nous proposons donc de dater les roches de cette lithosphère par la méthode Re-Os. Une vingtaine d’échantillons sera analysée, comprenant des roches ultrabasiques déjà bien caractérisées par des analyses pétrographiques et géochimiques. L’information chronologique obtenue à partir des analyses Re-Os sera confirmée par des analyses Pt-Os sur certains échantillons clés. Les analyses Pt-Os sont novatrices et techniquement difficiles, mais des développements analytiques récents au CRPG devraient assurer leur succès.            Ce projet sera mené en collaboration avec Prof. Gareth Davies, du Vrije Universiteit, Amsterdam, spécialiste de la géochimie du diamant et du craton sud-africain. Le travail sera effectué en grande partie lors des stages de ses étudiants.

Le façonnement des grandes surfaces de la stratigraphie : tectonique vs. climat ; le cas du Paléozoïque inférieur de la Daoura (SW algérien)-REYNAUD Jean-Yves

Ce projet vise à comprendre le façonnement des super-surfaces stratigraphiques d’ordre 1 qui encadrent les séries du Paléozoïque inférieur du Nord Gondwana. Il s’agit d’avancer dans la compréhension d’un phénomène sédimentaire majeur de l’Histoire de la Terre : l’étalement au Cambro-Ordovicien, sur plus de 10 000 km, de milliers de mètres de grès et d’argillites latéralement homogènes, dans une dynamique sédimentaire littorale où s’interpénètrent des faciès de vague et de marée et apparemment sans guidage tectonostratigraphique. Une approche nouvelle de sédimentologie fine et de stratigraphie séquentielle, doublée d’une révision paléontologique et d’une approche source-to-sink par l’étude des zircons détritiques, sera mise en oeuvre. La zone ciblée est la Daoura (SW Algérie), relais méconnu mais essentiel entre la partie distale (Anti-Atlas marocain) et proximale (Hoggar algérien) de la marge gondwanienne. Ce projet environne la thèse d’Imène Matatla, en co-tutelle entre le LOG et l’USTHB Alger. Il repose sur une collaboration entre deux équipes de l’UMR LOG, une collaboration intra-U Lille avec l’UMR EEP, et une collaboration extérieure avec l’IPG Strasbourg, Géosciences Rennes et l’UMR Hydrasa Poitiers.

Impact du morcellement du Gondwana sur les flux minéralogiques au cours de l’intervalle Albien-Santonien : Exemple de la bordure sud Australienne-RIQUIER Laurent

L’intervalle Albien-Santonien (113‐83 Ma) est une période marquée par une modification importante de la configuration des océans et des continents suite au morcellement de plaques continentales et à l’ouverture progressive de domaines océaniques, en particulier dans l’hémisphère Sud avec l’ouverture des océans proto-Indien, Austral et de l’Atlantique sud, suite au morcellement du Gondwana. Cet intervalle est également marqué par des conditions climatiques de plus en plus chaudes et humides de l’Albien au Cénomanien et par un refroidissement progressif à partir du Turonien.Ces changements sont fortement liés aux variations des teneurs en CO2, associées à une intense production de croûte océanique et à la mise en place de larges provinces ignées d’une part, et au stockage de matière organique dans les sédiments en domaine marins et à l’altération des roches en domaine continental, d’autre part. L’impact de ces changements a fait l’objet de nombreux travaux, essentiellement dans l’hémisphère Nord en lien avec l’ouverture de l’océan Atlantique, mais reste relativement peu connu dans l’hémisphère Sud, en particulier pour l’ouverture des océans proto-Indien et Austral. Afin de mieux comprendre l’impact des changements paléogéographiques et paléoclimatiques, et des processus associés, en lien avec le morcellement de la partie Est du Gondwana, nous souhaitons réaliser une étude détaillée de la fraction argileuse de roches sédimentaires provenant de plusieurs forages ODP et IODP, réalisés au large de l’Australie. Les minéraux argileux sont en effet de bons marqueurs de l’altération continentale et du volcanisme, mais il peut s’avérer compliquer de distinguer leur origine (détritique, volcanogénique ou diagénétique) et leur source. A titre d’exemple, il n’existe pas à ce jour de réel consensus sur l’origine possible des smectites qui dominent généralement le cortège argileux au cours de l’intervalle Albien-Santonien.     Notre étude, basée sur une approche multiproxies, fait appel à des méthodes géochimiques et minéralogiques complémentaires. Suite à l’identification et à la semi-quantification des principales familles de minéraux argileux (illite, chlorite, smectite, kaolinite, etc) par diffraction des rayons X, nous souhaitons réaliser des observations et des analyses au MEB pour déterminer la morphologie et la composition chimique des différents minéraux argileux présents et ainsi les identifier précisément. Couplés à ces observations, nous souhaitons réaliser des analyses des compositions isotopiques en Sr et Nd pour préciser l’origine crustale ou mantellique de ces minéraux.   Outre la caractérisation de l’origine des minéraux argileux pour des régions clefs dans la fragmentation de la partie Est du Gondwana, ce projet permettra également de préciser l’influence du plateau de Kerguelen et du volcanisme sous-marin, lié aux dorsales sur le signal sédimentaire de la bordure sud de l’Australie et d’estimer l’importance des processus de néoformations des smectites au cours de la diagenèse précoce.

Etude du régime transitoire des paysages du Massif Central à l’aide du couple 14C/10Be – SCHIMMELPFENNIG Irene

Le Massif Central n’a été que faiblement impacté par l’orogénèse alpine mais présente pourtant une topographie élevée qui reste inexpliquée. Son flanc sud-est, soumis à d’intenses précipitations saisonnières (les événements cévenols), se caractérise par un relief prononcé. Olivetti et al., 2016 ont récemment analysé ce paysage et ont montré son déséquilibre et son caractère transitoire. Les paramètres contrôlant ce régime sont difficiles à appréhender car l’ensemble des lois de l’érosion repose sur l’hypothèse d’un état d’équilibre, qui n’est atteint que localement ici. Dans ce cadre, la thèse de Clément Désormeaux au Cerege vise à mieux appréhender le lien entre précipitations saisonnières et taux de dénudation apparents dans cette région. En parallèle de cette thèse, il est aussi possible de mieux comprendre les ressorts de ce régime transitoire en reconstruisant son historique, ce qui demeure impossible avec les méthodes classiques.Dans ce projet, nous proposons de reconstruire cette histoire de la dénudation sur les derniers 20 ka en utilisant le couple 10Be/14C in situ sur le substrat rocheux et le sable des rivières de deux bassins versants cévenols. Avec le déploiement récent de nouvelles approches pour mesurer le 14C et réduire l’incertitude de sa mesure et les blancs, l’utilisation du couple 10Be/14C dans ce contexte devient en effet envisageable (Hippe et al., 2017; Mudd, 2017; Skov et al., 2019). Nous émettons l’hypothèse que le régime transitoire cévenol est suffisamment récent pour pouvoir être détecté par une évolution du rapport de concentrations 10Be/14C. Replacée dans le contexte climatique et anthropique des derniers 20 ka, cette reconstruction nous permettra d’émettre de nouvelles hypothèses sur les contrôles du paysage cévenol et son évolution.

Sensibilité des hydrosystèmes continentaux face à la variabilité climatique : un éclairage à partir du Mégalac Rhénan à la transition Éocène-Oligocène (European Cenozoic rift system)- SCHUSTER Mathieu

Ce projet vise à financer une partie de l’effort analytique pour une thèse qui démarrera le 01/10/2020 et dont le salaire brut chargé est co-financé par la Région Grand-Est (50%) et l’ED413 (50%). Sont réunis autour de ce projet collaboratif des partenaires locaux (UMR 7516 et 7177, Jardin des Sciences), nationaux (UMR 6118 et 7330, MNHN) et européens (Universités de Berne, Heidelberg et Potsdam). Le projet implique un Maître de Conférences nouvellement recruté à Strasbourg (G. Bozetti)  Ce projet explore la réponse des hydrosystèmes continentaux aux diverses cyclicités au cours de changements climatiques majeurs.   Les cycles de Milankovitch sont désormais bien détectée dans l’enregistrement géologique et leur impact sur les milieux de vie et de dépôts est de mieux en mieux documenté. Mais, cette variabilité basse fréquence a un impact négligeable aux échelles de temps humaines, pour lesquelles la variabilité à très haute fréquence (pluri-annuelles, décennales, centennales) est déterminante. Ainsi, pour les sociétés, le défi majeur réside clairement dans la compréhension des relations entre la variabilité climatique à très hautes fréquences et la réponse des systèmes naturels (paysages physiques et biodiversité associée).  Afin d’explorer ces relations indépendamment de l’impact des activités anthropiques, ce projet investigue les dépôts lacustres du Fossé Rhénan à la transition Éocène-Oligocène qui correspond à un changement climatique global majeur. Alors que les dépôts proximaux du Mégalac Rhénan ont été bien documentés, les dépôts distaux qui offrent pourtant une archive sédimentaire exceptionnelle (préservation et continuité) n’ont pas été étudiés. L’examen des dépôts « varvés » à l’affleurement montre des motifs répétitifs suggérant fortement l’enregistrement de cyclicités à très hautes fréquences, tandis que les données des forages géothermiques (e.g. Gamma Ray) suggèrent des cyclicités à plus basses fréquences. Cette « impression » première a été testée numériquement par le futur doctorant en Master1 (Simon, 2019) puis en Master2 (Simon, 2020). Ce travail préliminaire révèle une combinaison de cyclicités (annuelles, pluri-annuelles, décennales et Milankovitch). Ces premiers résultats apportent une preuve de concept robuste pour ce projet, minimisant la prise de risque de cette demande de financement malgré le caractère encore exploratoire du projet. Cette demande a pour objectif de soutenir un effort analytique massif et inédit, rendu possible grâce aux partenaires impliqués. Une interaction avec des industriels régionaux permet l’accès aux affleurements (carrières et mines) et données de forages. L’objectif est de financer dès la première année le paléomagnétisme, la palynologie, les biomarqueurs moléculaires, la composition minéralogique et les propriétés géochimiques et physiques. L’approche multi-proxies vise à confronter l’évolution environnementale aux cyclicités identifiées.Ce projet a pour originalité de dépasser l’étude régionale classique en replaçant le Fossé Rhénan dans le contexte global de la Transition Éocène-Oligocène, aspect encore inexploré malgré son fort potentiel. En apportant un éclairage sur le devenir à court, moyen et long termes des hydro-éco-systèmes continentaux, ce projet contribuera à anticiper l’impact des changements globaux en cours. Enfin, dans le contexte sanitaire actuel, il convient de souligner la faisabilité de ce projet grâce à des affleurements de proximité.

Mangrovulcain : un nouvel accès au puits sédimentaire du cycle du carbone- TRIBOVILLARD Nicolas

Des résultats récents sur des dépôts géologiques menés en 2019 dans le cadre de Tellus Syster ont montré, pour la première fois, que de la matière organique (MO) sulfurée pouvait être remobilisée par l’hydrodynamisme, et redéposée et accumulée dans des conditions d’oxygénation pourtant hostiles à sa préservation. Ce fait paradoxal est dû au fait que la MO sulfurée (ayant incorporé du soufre organique, ce qui modifie la conformation des molécules) est réfractaire à toute dégradation bactérienne ultérieure. Cela veut dire que la MO a été sulfurée avant remobilisation, dans des milieux plus proximaux, propres au développement de conditions réductrices (présence de sulfures). Par ailleurs, des travaux très peu nombreux ont recensé l’existence de MO sulfurée dans des mangroves actuelles (deux identifiées seulement pout l’heure). La question scientifique que nous voulons aborder est : les mangroves peuvent-elles être le siège de sulfuration de la MO sédimentaire (marine ou continentale) ? Dans l’affirmative, cet environnement intertropical pourrait être à la fois un lieu de formation de MO imputrescible et un lieu d’export de cette MO particulière vers le milieu marin ouvert à l’occasion de remaniements sédimentaires : tempêtes, tsunamis, crues, tous phénomènes dont la fréquence (et l’ampleur ?) augmente en cette période de réchauffement climatique. En d’autres termes, il y aurait là une voie de stockage de MO réfractaire à la dégradation, déposée en milieu marin sur le long terme (temps géologique). Un tel puits de carbone n’a pas encore été identifié ni quantifié. Ce projet constitue donc une première. Il consiste à identifier et quantifier les états du soufre (inclus dans la MO sous forme de S organique de la MO sulfurée ou au contraire présent sous forme minérale comme la pyrite et autres sulfures de fer) par pyrolyse Rock-Eval de dernière génération (R-E 7S) dans les sédiments de mangroves néo-calédoniennes, en fonction d’un ensemble de paramètres sédimentologiques dont, notamment les conditions redox de diagenèse précoce (analyse des éléments chimiques majeurs et traces). Ce projet est établi sur deux ans.

Impact des Fluides et de la Déformation sur la formation des Roches métamorphiques de haute pression-YAMATO Philippe

Les trajets pression-température-temps obtenus à partir des roches métamorphiques permettent de reconstituer l’évolution géodynamique des chaînes de montagnes, en supposant que la pression enregistrée est linéairement dépendante de la profondeur d’enfouissement. Cependant, ce paradigme a été remis en question par des études récentes, qui démontrent que des variations de pression significatives se développent sous l’action de contraintes hétérogènes entre des roches aux propriétés mécaniques contrastées. L’interprétation des variations de pression métamorphique constitue à ce jour l’un des plus grands débats dans la communauté scientifique, car les enjeux sont majeurs pour la compréhension des processus tectoniques qui façonnent notre Terre.Le but de ce projet est, d’une part, de quantifier l’impact des hétérogénéités au sein des roches (e.g., conditions de saturation en H2O des minéraux) sur leur comportement mécanique durant la déformation (e.g., localisation de la déformation au sein de bandes de cisaillement). D’autre part, il s’agit d’étudier l’effet du développement des états de contraintes hétérogènes sur l’initiation et la progression des réactions métamorphique à haute pression. Cela permettra de préciser les interactions entre les transformations métamorphiques des roches à haute pression, leurs effets en terme de variations de volume et de résistance (rhéologie), et la déformation. Pour cela, une approche pluridisciplinaire et innovante est proposée, basée sur le couplage entre l’analyse de la déformation sur le terrain, les données pétrographiques et géochimique, et les modèles numériques thermo-hydro-chimico-mécaniques. Concrètement, l’aide demandée permettra de financer les besoins analytiques (fabrication de lames, analyses MEB, analyses microsonde) de Cindy Luisier, post-doctorante, dont le salaire est financé par le Fond National Suisse. Cette aide permettra de couvrir deux missions de terrain et d’échantillonnage pour les quatre acteurs du projet (l’une en Norvège et l’autre dans les Alpes). Elle permettra enfin de financer les analyses (MEB, EBSD, et microsonde) d’Erwan Bras qui débute sa thèse de doctorat sur cette thématique cette année (et dont le salaire est acquis pour les 3 ans à venir).

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SYSTER – Appel d’offres 2022