Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines

UMR 5025

La liste des sujets de thèses proposés est consultable sur le site de l'Ecole Doctorale TUE

Liste des stages M2R proposés par les chercheurs du LGCA est consultable sur le site du M2R STUE

La liste des stages M1est consultable sur le site du M1 sciences de la terre, de l'univers et de l'environnement

Sujets de thèses 2008

Interaction magma-sédiments et dépôts de sulfures de Ni, de Cu et de métaux du groupe du platine

The role of magma-sediment interaction in the formation of Ni-Cu-PGE sulfide deposits

Laboratoire d'Accueil : LGCA

Directeur de thèse : Jean-Emmanuel Martelat / martelat@ujf-grenoble.fr

Telephone : 04 76 51 40 79

Co-Directeur de thèse : Nicholas Arndt / arndt@ujf-grenoble.fr

Telephone : 04 76 63 59 31 / Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : programme Aurora

Les objectifs de cette thèse sont de caractériser les interactions magma-roches sédimentaires afin : 1) de mieux contraindre le rôle ces interactions dans la formation de gisements magmatiques de Ni, de Cu et des EGP (groupe du platine), 2) d’explorer l’impact de la mise en place de grandes provinces magmatiques sur le climat global. L’objet d’étude principal sera des auréoles de contacte autour des intrusions magmatiques qui font partie de la grande province magmatique de Sibérie. Nous disposons des échantillons de trois carottes ; deux sont forées à travers les auréoles de contacte et la troisième dans une série non-métamorphisées. L’essentiel du travail consistera en une étude détaillée de l’évolution des textures, des assemblages minéralogiques et des compositions chimiques des roches des auréoles. Une comparaison avec les roches nonmétamorphisées nous permettra de caractériser les réactions métamorphiques et d’identifier les types gaz libérés et de les quantifier. Les résultats attendus seront utilisés pour améliorer les modèles de formation des gisements métallifères et de mieux comprendre les relations entre magmatisme et crises climatiques et biologiques. Cette étude sera complétée par une analyse de terrain du gisement de Ni-Cu-EGP d’Aguablanca en Espagne. L’originalité de la thèse sera donc l’approche pluridisciplinaire : étude de terrain, minéralogie et géochimie appliquée aux thématiques fondamentales et sociétales. Le sujet sera encadré dans un laboratoire où existent de compétences reconnues internationalement : thermodynamicien (O. Vidal), géochimiste (C. Chauvel) et pétrologues (N. Arndt, J.E. Martelat). De plus, les outils nécessaires sont accessibles à Grenoble (microsondes, ICPMS, fluorescence X, synchrotron). La qualité de la thèse sera également assurée par des collaborations avec des collègues de plusieurs universités étrangères ; H. Svensen et S. Planke à l’Université d‘Oslo et P. Wignall à l’Université de Leeds.

The eruption of the Siberian flood basalts led to the formation of the rich deposits of Ni, Cu and PGE (platinum group elements) at Noril'sk and coincides with the greatest mass extinction in Earth history. Formation of the ores is linked to assimilation of sulfur from sedimentary wall rocks and the release of greenhouse and toxic gases from contact aureoles around intrusions is a possible cause of the biological crisis. The thesis project will entail a detailed petrologic and geochemical investigation of rocks from several contact aureoles, coupled with thermal and geochemical modelling. Samples from drill holes are available. The research will be conducted in cooperation with Henrik Svensen of the University of Oslo and Paul Wignall of the University of Leeds. Proposals to finance the research have been submitted to the ERC, NSF (USA) and to several mineral exploration companies.

Anomalie thermique et sous placage dans une zone d’avant-arc : exemple de l’Equateur

Thermal anomaly and underplating beneath fore arc system: the example of Equator

Laboratoire d'Accueil : LGCA

Directeur de thèse : Etienne Jaillard - Etienne.Jaillard@ujf-grenoble.fr

Telephone : 04 76 63 59 05 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Co-directeur de thèse : Stéphane Guillot - sguillot@ujf-grenoble.fr

Téléphone : 04 76 63 59 08 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : SEDIT (Analyses, mission), IRD (logistique)

Si le fonctionnement des zones de subduction est relativement bien compris, on comprend encore très mal les causes et les conséquences d’anomalies survenant dans le processus de subduction (changement de direction de convergence, accrétion/collision de fragments océaniques, détachement du slab ou du manteau lithosphérique de la plaque plongeante, anomalie thermique). La zone d’avant arc étant caractérisée par à un gradient géothermique froid.
La zone de subduction Pacifique sous la marge Andine obéit à cette logique thermique. Toutefois, la marge Andine est marquée par une anomalie thermique au Trias supérieur qui se traduit par la mise en place d’un fort volcanisme et la fusion partielle de la plaque supérieure continentale. Plusieurs hypothèses peuvent être formulées pour expliquer cette anomalie thermique:
- Anomalie thermique mantellique à grande échelle marquée par la mise en place de granites anatectiques de cet âge dans les Andes, et la mise en place de la Central Atlantic Magmatic Province.
- Rupture du slab et remontée de l’asthénosphère de la plaque plongeante.
- Retrait du slab et remontée asthénosphérique de la plaque supérieure
L’Equateur (Andes septentrionales) est connu pour la présence de terrains océaniques accrétés à la marge andine au Crétacé. Dans le Sud de l’Equateur, affleure une coupe complète de la croûte continentale d’avant-arc, et des fragments océaniques métamorphisés qui lui sont sous-plaqués. Cet affleurement unique dans les Andes permet donc d’étudier sur le terrain (1) la base de la croûte continentale, partiellement fondue lors de l’événement thermique du Trias supérieur (2) des panneaux océaniques métamorphisés en faciès amphibolites au Trias supérieur ou en faciès éclogite au Crétacé inférieur et (3) un des rares affleurements de péridotites mantelliques de toutes les Andes. Ce «Complexe de Raspas» offre donc l’opportunité d’étudier en détail et sur le long terme, le comportement rhéologique et thermique en profondeur d’une marge continentale active.
Les objectifs de cette thèse sont (1) de comprendre le contexte géodynamique dans lequel cet événement thermique et ces accrétions se sont produits, (2) d’expliquer pourquoi la majorité de ces panneaux océaniques sont séparés de leur manteau lithosphérique, et (3) de tester les hypothèses envisageables, au moyen de modélisations thermo-mécaniques.
L’étudiant devra donc (1) établir une cartographie pétrologique et structurale la zone d’étude, (2) étudier les roches métamorphiques continentales et océaniques, (3) dater (U-Pb et Ar-Ar) certaines de ces roches pour établir ou préciser la chronologie des événements tectono-métamorphiques (4) caractériser géochimiquement le magmatisme basique recoupant les panneaux océaniques accrétés, et (5) tester par une modélisation thermo-mécanique en 2D les paramètres conduisant au réchauffement thermique dans l’avant-arc.

Although the functioning of subduction zones is relatively well understood, thanks to geological and geophysical observations, geochemical and thermobarometric studies, and thermomechanical modellings, the causes and consequences of anomalies disturbing the subduction process (change in convergence direction, accretion or collision of oceanic terranes, slab detachment or mantle uprising causing thermal anomaly), that may led to exhumation of subducted material.
Subduction zones are usually cold geothermal zone. Subduction of the Pacific plate beneath the Andean margin follows this rule. However, the Andean margin is marked by a thermal anomaly during the Late Triassic, expressed by a significant volcanic activity and the partial melting of the upper continental plate. Several hypotheses can be made to explain this anomalous heat :
- Widespread thermal mantle anomaly marked by the emplacement of Triassic anatectic granites in the Andes, and the establishment of the Central Atlantic Magmatic Province,
- Slab breakoff, followed by uprising of the lower plate asthenosphere,
- Slab roll-back and uprising of the upper plate asthenosphere,
Ecuador belongs to the Northern Andes, which are marked by the presence of oceanic terranes accreted to the Andean margin during the Cretaceous-Paleogene.
In southern Ecuador, a complete cross-section of the continental fore arc crops out, which includes underplated oceanic terranes. This unique outcrop in the Andes offers the opportunity to study in the field (1) the base of the continental crust partially melted during the Triassic thermal event, (2) oceanic slices metamorphosed under amphibolite facies conditions during the Trias or under eclogite facies conditions during the Cretaceous and (3) one of the few Andean outcrops of mantle peridotites. This "Raspas Complex” therefore offers the opportunity to study in detail and in the long term, the rheological behavior and the thermal evolution of the deep part of an active continental margin, and repeated accretions of oceanic material.
The aims of this thesis are (1) to understand the geodynamic context in which these event thermal and oceanic accretions occurred, (2) to explain why most of those oceanic slices are detached from their lithospheric mantle, and (3) to test possible hypotheses, using thermo-mechanical simulations.
The student will have (1) to survey a petrologic and structural map of the study area, (2) to establish the thermobarometric conditions and evolution of the continental and oceanic metamorphic rocks, (3) to date (U-Pb and Ar-Ar) some of these rocks to determine or refine the sequence of tectono-metamorphic events, (4) to characterize the geochemistry of basic magmatism that crosscut the oceanic slices, and (5) to test by 2D thermo-mechanical modelling the parameters leading to the heating of the fore arc region.

La déformation actuelle, et le risque sismique associé, le long de la Faille d’El Pilar (Vénézuela Nord-Oriental).

Current deformation and associated seismic hazard along the El Pilar Fault ( North-eastern Venezuela).

Laboratoire d'Accueil : LGCA

Directeur de thèse : François Jouanne - fjoua@univ-savoie.fr

Téléphone : 04 79 75 88 87 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Co-Directeur de thèse : Riad Hassani - Riad.Hassani@univ-savoie.fr

Telephone : 04 79 75 87 96 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : ECOS Nord

Le récent séisme de Cariaco (1997, Magnitude 6.9) a rappelé l’importance en terme d'aléa sismique de la frontière qui sépare la Plaque Caraïbe du Nord du continent sud-américain. Dans le Nord-Est du Vénézuela, cette limite est représentée principalement par le système de Faille d’El Pilar (décrochant dextre), dont le jeu a été responsable durant les derniers siècles d’autres séismes destructeurs, notamment pour la ville de Cumaná. Par ailleurs, la région concernée correspond à la terminaison orientale de ce système transformant, relayé par la subduction de la lithosphère Atlantique sous l’Arc Volcanique des Petites Antilles. Cette situation, et la structuration complexe polyphasée de la Chaîne Caraïbe (présence de serpentinites notamment), sont peut-être à l’origine d’un comportement très particulier : un jeu de faille post-sismique supérieur au jeu co-sismique.

Le but de la thèse est donc de mieux connaître l’activité sismo-tectonique de cette région du Vénézuela Nord-Oriental :
- en précisant la localisation et la géométrie des ruptures et déformations en cours, sur la base d’un levé sismique haute résolution réalisé sur les tronçons en mer de la faille d’El Pilar, d’informations structurales et chronologiques de terrain, et de mesures géodésiques en contexte cosismique (interferométrie), postsismique (GPS et interférométrie radar) voire intersismique (GPS et interférométrie) ;
- en incorporant ces résultats et les données sismologiques disponibles dans une modélisation numérique avec le logiciel ADELI.
Le volet géodésique des investigations est constitué des données GPS collectées dans le mois qui a suivi le séisme, d’une comparaison de mesures GPS à partir du réseau dense de repères installé conjointement par FUNVISIS (F. Audemard) et le L.G.C.A. (F. Jouanne). La thèse exploitera trois campagnes de mesures GPS : 2003, 2005, et 2009. Les déplacements en cours seront calculés pour la région englobant : la péninsule d’Araya-Paria, les îles situées au Nord, et la Chaîne Intérieure; s’y ajouteront des points de référence sur le craton guyanais.
Ce volet sera complété par le calcul d’interférogrammes co, post et intersismiques en se focalisant sur les zones désertiques de la région (Péninsule d’Araya, Cumana).
Le volet « terrain » sera consacré principalement à la périphérie du Golfe de Cariaco (dépression marine associée à la Faille d’El Pilar) en raison des bonnes conditions d’affleurement et de l’observation préliminaires de nombreuses déformations Plio-Quaternaires.

The 1997 Cariaco earthquake (M 6.9) has underlined the importance of seismic hazard at the plate boundary Caraïbe / South America plates. In North-eastern Venezuela, this boundary, is mainly constituted by the El Pilar dextral strike-slip fault, responsible during the last centuries of numerous destructive earthquakes affecting Cumana city. Moreover, the studied area corresponds at the eastern termination of this strike-slip fault connected with the subduction of the Atlantic lithosphere below the Lesser Antilles volcanic arc. This situation and the complex structuration of the Caraïbe chain (existence of serpentinite along fault planes), are probably the origin of a specific behaviour: observed postseismic displacements are greater than coseismic displacements.

The aim of this thesis is to better understand the sismo-tectonics activity of north-western Venezuela :
- with an accurate location and a precise geometry of active faults based on high resolution seismic investigations performed in the Cariacao Gulf, where the El Pilar fault is off-shore, with new neotectonic investigations, and geodetic measurements performed during coseismic period (radar interferometry), postseismic phase (GPS and interferometry) and probably interseismic period (GPS and interferometry).
- And a numerical simulation of observed deformations with the ADELI software.
- The geodetic investigations will be done using GPS data recorded during the month following the 1997 earthquake, and regional GPS measurement (2003, 2005 and 2009)(cooperation LGCA-FUNVISIS). Current displacements will be estimated for an area including Araya and Paria peninsulas, islands located north of these peninsulas, the costal chain and the Guyanese craton. Insar investigations will be mainly performed in the Cumana – Araya peninsula region, areas characterized by urban or desert conditions.
- Field investigations will mainly be focussed around the Cariaco Gulf where outcrops conditions are good and where numerous Plio-Quaternary deformations have been observed during preliminary investigations.

Quantification de la déformation des blocs continentaux

Deformation of continental blocks

Laboratoire d'Accueil: LGCA

Directeur de these : Anne Replumaz - anne.replumaz@ujf-grenoble.fr

Telephone : 04 76 63 59 19 - Habilitation : sans

Co-Directeur de these : Jean-Louis Mugnier - jean-louis.mugnier@univ-savoie.fr

Telephone : 04 79 75 86 76 -Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : pas de financement acquis

Le but de cette thèse est de construire un modèle de déformation de la zone de collision Inde/Asie simple, mixte entre une déformation soit entièrement localisée sur de grandes failles, soit entièrement fluide. Le continent est découpé en blocs, limités par des failles rapides, mais dont la déformation interne est modélisée par l’écoulement d’un fluide visqueux.

Un premier modèle a été réalisé pour étudier la déformation du bloc indochinois pendant la collision Inde/Asie. Il a permis d’étudier l’épaississement et l’extrusion obtenus en fonction des conditions aux limites imposées sur les failles (frontière bloquée, glissement imposé ou libre, torsion imposée). Il s’agit maintenant de généraliser l’étude à l’ensemble de la zone de collision, avec la géométrie des blocs observée en Asie. Cette simulation doit permettre d’estimer plusieurs paramètres et de les comparer avec la littérature ou avec la géologie actuelle, éventuellement sur le terrain. L’épaississement des blocs sera comparé aux cartes de profondeur du Moho. Le champ de vitesse de la déformation horizontale des blocs permettra de déplier la carte géologique, et d’étudier la cohérence de la géologie à la jonction des blocs, par exemple la correspondance des sutures. Le taux de raccourcissement sera comparer à des estimations calculées sur des coupes géologiques.

D’un point de vue numérique, l’outil utilisé sera le logiciel Comsol. Cet outil permet de contrôler la physique introduite dans le modèle, le maillage dynamique, et de créer la géométrie voulue. C’est un outil interactif et rapide, où la programmation est très réduite.

La déformation complexe du bloc entre la faille du Karakorum et la faille de Chaman où deux directions de plissement interférent, permettra d’établir un modèle pour l’évolution au cours du temps de ce système chevauchant non cylindrique. Ce modèle sera confronté à la déformation récente du bloc, grâce à une étude morphotectonique quantitative, associant une analyse spatiale (MNT, images satellites) des structures et une étude sur le terrain des zones clés. En particulier à la transition entre les Salt Ranges et le système chevauchant frontal en Inde, des datations (par isotopes cosmogéniques, et/ou autres méthodes) permettront de quantifier les vitesses de déformation récente. L’analyse du relief et du réseau de drainage permettra de contraindre la déformation cumulée et la propagation latérale ou frontale des différentes structures.

L’influence du manteau lithosphérique, dont l’évolution temporelle complexe est connue grâce à la tomographie, sur les déformations crustales sera étudiée à l’aide d'expériences analogiques 3D de déformation du bloc, en collaboration avec Toulouse.

Cette thèse devrait pouvoir permettre de comparer le champ de déplacement long terme déduit de la modélisation, moyen terme déduit de la géologie avec ceux qui seront obtenus par mesure GPS.

The aim of this thesis is to model the India-Asia collision zone assuming that the deformation of the lithosphere is partly localized along faults, and that the interiors of blocks in between deformed as a fluid.

This stimulation using the block geometry observed in Asia will permit to estimate several parameters and to compare them with there present-day values. Crustal thickening will be compare with Moho depth maps. The velocity field will permit to unfold the geologic map and test the correspondence of the sutures between the blocks. The shortening rates will be compared with values obtain from geologic cross-cuts.

The software Comsol will permit to control the fluid physics, the moving mesh parameters and the geometry, and to reduce programming.

The present-day deformation of the block between the Chaman and the Karakorum faults will be study in the field and compare with the model evolving with time. The influence of the lithospheric mantle upon the crustal deformation will be model by analogic experiences, in collaboration with Toulouse.

Compréhension des mécanismes moléculaires de solubilisation et précipitation dans les fluides hydrothermaux à l'échelle vibrationnelle, atomique et mésoscopique

Molecular mechanisms of dissolution and precipitation in hydrothermal fluids: atomic, vibrational, and mesoscopic scales

Laboratoire d'Accueil: LGCA

Directeur de thèse : Jean-Louis Hazemann - jean.louis.hazemann@grenoble.cnrs.fr

Téléphone : 04 76 88 10 39 - Habilitation : sans

Co-Directeur de thèse : François Renard et Olivier Vidal - francois.renard@ujf-grenoble.fr

Téléphone : 04 76 63 59 07 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : aucun

Sujet de these: Dans des conditions supercritiques où température et pression sont supérieures à celles du point critique liquide-gaz, les fluides ont des propriétés étonnantes pouvant allier une très grande compressibilité de type gaz à une densité de type liquide. Cet état induit des évolutions physico-chimiques spectaculaires qui rendent ces milieux très réactifs. Cette réactivité est à l'origine de nombreux processus géochimiques: altération des roches, formation des gisements métallifères... Aucune mesure in situ n'a encore clairement montré pourquoi cet état est si particulier et les mécanismes régissant les interactions fluides-ions sont encore très mal connus. Pour accéder à la compréhension des processus structuraux impliqués à l'échelle atomique, notre équipe a développé une instrumentation in situ unique permettant l'accès à ce type d'information par l'utilisation de techniques spectroscopiques. Nous travaillons actuellement autour de deux fluides : l'eau et le CO2 dans leur état supercritique.

L'objectif de la thèse est de comprendre la nature des liaisons chimiques régissant l’interaction solvant–soluté depuis les conditions ambiantes jusqu'à l'état supercritique. Le sujet proposé a pour but de préparer et réaliser des expériences de spectroscopie Raman optique permettant de remonter à ces informations et d'analyser finement les données expérimentales. En parallèle, le candidat sera amené à réaliser et analyser des expériences de Spectroscopie X pour sonder les autres échelles. Ces expériences permettront de remonter à l'environnement local, la structure électronique de ces ions ainsi que la taille mésoscopique des clusters. Ce sujet s’appuie sur des atouts uniques que possède le département tant au niveau de l’instrumentation que de l’analyse. Nous nous appuyons également sur le rôle moteur de l'institut dans les lignes de lumière françaises à l’ESRF, dont l’un des responsables sera le directeur de thèse. Ce projet présente un caractère pluridisciplinaire, avec deux axes de recherche intimement corrélés qui se dégagent : l’un fondamental concernant le suivi des changements structuraux de solvants en condition critique et l’autre appliqué à la compréhension des équilibres de dissolution précipitation, du fractionnement et du transport de matière dans les fluides hydrothermaux.

Ce sujet s’appuie sur un financement INSU programme 3F et également sur une demande d’ANR blanche (PHARES). Cette thèse s'inscrit dans une collaboration étroite entre l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (et plus particulièrement le LGCA) et l'Institut Neel.

In supercritical conditions, where temperature and pressure are higher than these of the crititical point, fluids have unique properties in that they exhibit both gas-like compressibility and liquid-like density. Supercritical liquids undergo changes close to the critical point, and more generally in high temperature (HT) and high pressure (HP) conditions. These modifications have consequences in Earth and life sciences or in engineered fields, for instance in treatment of waste, and take different shape depending on the scale: density and compressibility changes on a large scale, clustering process between several particles on a medium scale, and local order between molecules on a molecular scale (hydrogen bond is a good example).

Using several X-ray techniques we recently study supercritical aqueous solutions. Small Angle X-ray Scattering (SAXS) and above all X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS) allowed us to describe the processes of hydration and ion pairing for aqueous solutions that is water and a dissolved species. Then thanks to SAXS and X-Ray Raman Scattering it is possible to propose a structure for the clusters of water molecules appearing due to density fluctuations in these supercritical conditions.

In the framework of a PhD position, this project aims at continuing this preliminary XRS investigation and development and analysis of optical Raman spectroscopy experiments. Indeed supercritical fluids are constituted by high density clusters of water molecules surrounded by a low density (gas-like) medium, as indicated above. The number of hydrogen bonds is larger than in ambient water, but they are more distorted. A molecular description of the local hydration of the water molecules in these high density clusters could be allowed by XRS and Raman experiments. By comparison with SAXS results obtained at the same supercritical conditions, these experiments could determine quantitatively the proportion of each water molecule species (molecule without hydrogen bond, molecule with hydrogen bond).

Couplage spatio-temporel entre tectonique et processus de surface pendant l’inversion lithosphérique des Pyrénées et montagnes cantabriennes : un apport par les histoires d’exhumation et les modèles de processus de surface.

Spatial and temporal coupling between tectonics and surface processes during lithosphere inversion of the Pyrenean-Cantabrian mountain belt: constraints from exhumation histories and surface process modeling

Laboratoire d'Accueil: LGCA

Directeur de thèse : Peter van der Beek - pvdbeek@ujf-grenoble.fr

Téléphone : 04 76 51 40 62 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Co-Directeur de thèse : Ritske Huismans - Ritske.Huismans@geo.uib.no

Téléphone : + (47) 55 58 81 17 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : IUF

La chaîne pyrénéenne – cantabrienne est caractérisé par d’importantes variations latérales de topographie, d’exhumation totale et de mis à jour du socle paléozoïque. Ces variations sont généralement interprétées comme étant liées à des variations latérales de la quantité d’inversion, qui varie de ~165 km dans les Pyrénées centrales à ~80 km dans les Pyrénées occidentales et ≤ 30 km dans les montagnes cantabriennes. Néanmoins, les contrôles potentiels exercés par la structure préexistante et l’épaisseur initiale de la couverture mésozoïque, ainsi que par des variations climatiques (notamment une augmentation vers l’ouest de la quantité de précipitation ayant pu focaliser la dénudation) n’ont pas été quantifié à ce jour. Une meilleure compréhension de ces variations latérales, et ainsi de la dynamique de l’orogène, passe par une description plus complète de l’histoire de dénudation de la chaîne pyrénéenne – cantabrienne, en combinaison avec des modèles numériques de l’évolution tectonique de la chaîne et le couplage avec les processus de surface.

Dans le cadre d’un projet ESF « Topo-Europe » sur le couplage entre tectonique et processus de surface pendant l’inversion lithosphérique des Pyrénées, nous quantifierons l’histoire d’exhumation des Pyrénées occidentales et des montagnes cantabriennes par la thermochronologie basses températures et modéliserons le couplage par une combinaison de modèles numérique de la dénudation et l’évolution topographique de la chaîne et de modèles cinématique et dynamique pour la déformation à l’échelle lithosphérique pendant l’inversion.

Le projet de thèse concerne l’obtention de données thermochronologiques (traces de fission et (U-Th)/He sur apatite et zircon) et le développement de modèles de processus de surface couplés à des modèles tectonique (d’abord cinématique puis dynamique) enfin d’étudier les mécanismes de couplage plus quantitativement. La thèse s’insère dans un projet de collaboration européenne entre l’Université de Grenoble et les universités de Bergen, Oviedo, Oslo, Amsterdam, Barcelona et Edinburgh et demande une grande mobilité de la part de l’étudiant(e) recruté(e). Elle se déroulera en co-tutelle/co-direction entre Grenoble et Bergen qui superviseront la modélisation numérique; les analyses thermochronologiques se feront à Grenoble et Edinburgh.

The Pyrenean-Cantabrian mountain belt is characterized by significant lateral variation in topography, total exhumation and outcrop pattern of Paleozoic basement. These variations are generally interpreted as being a result of lateral variations in the amount of inversion, which varies from ~165 km in the central Pyrenees to ~80 km in western Pyrenees and ≤30 km in the Cantabrian Mountains. However, possible controls exerted by pre-existing basement structure and initial thickness of Mesozoic cover deposits, as well as by lateral variation in climatic forcing, with a westward increase in precipitation possibly focussing denudation, remain to be quantified. Better understanding the controls on such lateral variations, and thereby on orogen dynamics, passes through a more complete description of the exhumation history of the Pyrenean-Cantabrian mountain belt, including its potential lateral variability, combined with numerical modelling of the tectonic evolution of the belt and its surface response as well as the coupling between these.

Within the framework of an ESF “Topo-Europe” Collaborative Research Project on tectonic-surface process coupling during lithosphere-scale inversion in the Pyrenees, we will constrain the exhumation history of the western Pyrenees and Cantabrian mountains by low-temperature thermochronology and modeling the coupling by combining numerical models for denudation and topographic evolution (surface process models) with kinematic and dynamic models for lithosphere-scale deformation during inversion.

The thesis project concerns the collection of thermochronological data (apatite and zircon fission-track and (U-Th)/He) and the development of numerical surface process models coupled to tectonic models (initial kinematic, followed by dynamic models) in order to study the coupling mechanisms quantitatively. The thesis forms part of a European collaborative project involving the universities of Grenoble, Bergen, Oviedo, Oslo, Amsterdam, Barcelona and Edinburgh and will require significant mobility on the part of the student. The thesis will be organised as a joint PhD between the universities of Grenoble and Bergen who will supervise the numerical modelling; thermochronological analyses will be performed in Grenoble and Edinburgh.

Cinématique d'un système chevauchant non cylindrique : L’exemple de la syntaxe Ouest Himalayenne

Kinematics of a non-cylindrical thrust-belt : the example of the Western Himalayan syntaxe

Laboratoire d'Accueil: LGCA

Directeur de thèse : Jean-Louis Mugnier - jean-louis.mugnier@univ-savoie.fr

Téléphone : 04 79 75 86 76 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : ANR Cattel risque Pakistan

Le sujet de cette thèse est de comprendre la syntaxe Ouest de l’Himalaya, une zone complexe où interfèrent deux directions de plissement, et d’estimer les vitesses de déformation de ce système chevauchant non cylindrique, grâce à des méthodes d’étude géologiques et géomorphologiques, sur des échelles de temps s’étendant de quelques Ma à quelques centaines d’années. Notre équipe a particulièrement développé cette approche sur la partie centrale cylindrique de l’Himalaya et a montré que l'histoire d'une structure chevauchante unitaire composée d'une phase initiale de propagation-développement suivie d'une succession de phases de latence et de réactivation hors séquence.

Après avoir réalisé la synthèse des informations disponibles sur l'interférence entre les deux directions de plissement présentes dans la syntaxe, sur la séquence d'activité temporelle du système chevauchant et sur la géométrie 3D à l'échelle régionale de la lithosphère, on se propose dans cette thèse, d’une part :

1) De réaliser une étude morphotectonique quantitative en effectuant :
* une analyse morphologique quantitative du relief et du réseau de drainage afin de mieux localiser la déformation récente et la cinématique respective des différentes structures et de leur propagation latérale ou frontale;
* une analyse sur le terrain des zones clés, en particulier concernant le système chevauchant frontal en Inde.
* des datations (par isotopes cosmogéniques, et/ou autres méthodes) permettant de quantifier les vitesses de déformation récente.
Ces observations et ces datations seront intégrées dans 2 coupes équilibrées, l’une parallèle à la direction de déplacement dans les Salt Ranges, l’autre parallèle à la direction de déplacement en Himalaya. L'évolution temporelle des déformations de la croûte supérieure sera replacée dans son contexte lithosphérique, en tenant compte des informations apportées sur les structures du manteau par la tomographie sismique.

D’autre part, qui pourrait devenir prépondérante si le terrain est trop politiquement instable,

2) de tester la validité du modèle géologique en le confrontant aux résultats d'expériences analogiques de la déformation 3D d'un système de plis-chevauchement superficiels lié à deux directions de raccourcissement affectant les limites, raccourcissements actifs soit simultanément, soit de manière alternée. Ces expériences pourront être réalisées à l’échelle du prisme crustal, mais aussi à l’échelle de la totalité de la lithosphère afin d’étudier l’influence des phénomènes lithosphériques profonds sur l’évolution superficielle.

Cette thèse devrait pouvoir permettre de comparer le champ de déplacement long terme déduit de la géologie avec ceux qui seront obtenus par mesure GPS dans le cadre de l’ANR Cattel "risque au Pakistan", ou déjà publiés dans les zones plus à l’Ouest.

De plus, une meilleur compréhension de la complexité de la cinématique de la syntaxe Ouest himalayenne et une quantification des déformations récentes permettront de mieux localiser les zones tectoniquement actives, l'importance des mouvements hors séquence, et de mieux prédire les zones susceptibles d’être affectées par des grands séismes, tel celui qui a affecté le Pakistan en 2005.

The subject of this thesis is to understand the western syntax of the Himalayas, an area of complex interfering of two directions of folding, and to estimate the speed of deformation of this non-cylindrical thrust system through geological and geomorphologic studies, on time scales ranging from a few Ma few hundred years. Our team has developed this approach especially on the central cylinder of the Himalayas and showed that the story of a structure overlapping unit consisting of an initial phase of propagation and development followed by a succession of phases latency and out of sequence reactivation.

Having completed the synthesis of available information on the interference between the two directions of folding in the syntax, on the temporal sequence of activities of the thrust system and the 3D geometry at the regional level of the lithosphere, it is proposed :

1) Conduct a morphotectonic study through:
* A quantitative morphological analysis of the terrain and drainage systems to better locate recent deformation and kinematics of the respective structures and their lateral or frontal propagation;
* An analysis on the field of key areas, particularly concerning the frontal thrust system in India.
* Dating (cosmogenic isotopes, and / or other methods) to quantify recent deformation rate.
These observations and those dates will be integrated into 2 balanced cross-sections, one parallel to the direction of transport in the Salt Ranges and the other parallel to the direction of transport in the Himalayas. The temporal evolution of deformation of the upper crust will be seen in its lithospheric context, taking into account the information provided on the structure of the mantle by seismic tomography.

2) to test the validity of the geological model by comparing the results of analogical experiments of the 3D deformation of a system of a thin skinned thrust and fold belt related to two directions of shortening affecting the limits, shortening assets either simultaneously or alternatively . These experiments will be conducted throughout the crustal prism, but also throughout the entire lithosphere to study the influence of lithospheric deep on the evolution superficial.

This thesis should be able to compare the scope of long-term displacement deducted from geology with those obtained by GPS measurement under the ANR Cattel "risk in Pakistan", or published in areas further east. In addition, a better understanding of the complexity of the kinematics of the Western Himalayan syntax and quantification of recent strains will help to locate tectonically active areas, the importance of out of sequence movements, and to better predict the areas likely to be affected by large earthquakes, such as the one that affected Pakistan in 2005.

Surrection et tectonique active de la partie sud des Balkans à partir de l'analyse de la morphologie des rivières

uplift and active tectonics of the southern Balkans inferred from the river morphology

Laboratoire d'Accueil: LGCA

Directeur de these : Jean-Louis Mugnier - jean-louis.mugnier@univ-savoie.fr

Téléphone : 04 79 75 86 76 - Habilitation : HDR (ou équivalence)

Type de financement : OTAN (Science for peace)

L'étude de l'incision des rivières de la partie sud des Balkans (nord de la Grèce, Macédoine, Albanie) a deux objectifs scientifiques principaux:

1) quantifier la tectonique (surrection long terme régionale et mouvements sur les failles actives) dans toute cette zone et pouvoir ainsi tester les modèles de terminaison latérale de la subduction hellénique et de la transition avec la subduction continentale à l'Est de l'Adriatique.

Ces résultats participeront à une meilleure estimation de l'aléa sismique dans cette zone.

2) mieux comprendre le rôle respectif des variations eustatiques, du climat et de la surrection dans la "production" de sédiments. En effet, lors des dernières phases de refroidissement, certaines des rivières développant des terrasses se déversaient dans des lacs alors que d'autres qui, avaient la mer pour niveau de référence, étaient affectées par la variation eustatisque.

L'étude des rivières dans cette zone comprendra:

- une cartographie détaillée des terrasses abandonnées le long des rivières à partir d'image satellitaire et d’un travail de terrain (mesures topographiques de leurs niveaux par rapport à la rivière).
- la datation de ces terrasses sera réalisée par des méthodes variées. Certaines on déjà été utilisées (14C sur matière organique ou profil d'atténuation du 10Be sur quartz), et leur application nécessitera un travail de préparation géochimique de la part de l'étudiant. D'autres seront testés sur des objets géomorphologiques particuliers (36Cl sur blocs d'olistholites Jurassiques dégagés par l'incision fluviale quaternaire).

L'analyse systématique des terrasses permettra :

- de reconstituer une histoire détaillée de l'incision verticale, l'incision latérale et de l'aggradation sédimentaire verticale;
- de quantifier une incision long terme qui est une bonne estimation de la surrection. Une image régionale de la surrection sera ainsi obtenue compte tenu de la présence de nombreuses terrasses dans ces zones.

- une étude géomorphologique quantitative des lits de rivières actuels (permettant d'estimer l'incision fluviale à partir de la contrainte cisaillante basale) sera utilisée pour interpoler la valeur de la surrection dans les zones où les terrasses sont absentes.
Cette étude quantitative de l'évolution temporelle de l'incision sera utilisée pour contraindre deux types de modélisations numériques:
- les fluctuations à court terme (succession des phases d'aggradation et d'incision) serviront à comprendre les processus d'évolution du relief et de transport de la matière de la chaîne au bassin, dans le cadre de modélisations numériques intégrant les différents processus d'érosion;

- la composante tectonique (en particulier la surrection à grande longueur d'onde spatiale) sera utilisée dans le cadre de modélisations numériques de l'évolution de la lithosphère incorporant des processus de "slab-break-off".

The study of the incision of the rivers in the southern part of the Balkans (northern Greece, Macedonia, Albania) has two main scientific objectives:

1) quantify tectonics (long-term regional uplift and movements on the active faults) in the whole of this area and thereby test models of the lateral termination of the Hellenic subduction and the transition with the continental subduction to the west of the Adriatic .

These results will participate in a best estimate of seismic hazard in the area.

2) a better understanding of the respective roles of eustatic variations, climate and uplift in the "production" of sediment. In fact, during the final of cooling stages, some rivers developing terraces were poured into lakes, while others who had the sea to the baseline, were affected by the eustatic change.

The study of rivers in this area include:

- A detailed mapping of abandoned terraces along the rivers from satellite images and field work (topographic measurements of their levels relative to the river).
- The dating of these terraces will be conducted by various methods. Some have already been used (14C on organic matter or profile mitigation 10Be on quartz), and their implementation will require a geochemical work of preparation on the part of the student. Others will be tested on specific geomorphological objects (36Cl on blocks of olistholites released by the quaternary incision).

The systematic analysis of the terraces will:

- furnish a detailed history of the vertical incision, the lateral incision and the sediment aggradation;
- allow quantifying the long term incision that is a good estimate of the uplift. A picture of the regional uplift will be thus obtained, given the presence of many terraces in those areas.
- a quantitative geomorphological study of river beds (for estimating the river incision from basal shear stress) will be used to interpolate the value of uplift in areas where the terraces are absent.
This quantitative study of the temporal evolution of the incision will be used to coerce two types of numerical modelling: - Short-term fluctuations (successive phases of aggradation and incision) will be used to understand the evolutionary process of terrain and carriage of the substance of the chain in the basin, in the context of numerical modelling integrating the various processes erosion;
- Tectonic component (especially uplift large wavelength space) will be used in numerical modelling of the evolution of the lithosphere incorporating process "-slab break-off".

• Séminaire du 23 mars 2010

  Aurélie Germa

  IDES - Univ. Paris sud

  Evolution des complexes volcaniques en contexte de subduction: apports de la géochronologie K-Ar

  Salle Dolomieu - 3ème étage 14:00

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  Maison des géosciences

  Boite Poste 53

  38041 Grenoble cedex 9

  Tél : + 33 (0) 4 76 63 59 50

  Fax : + 33 (0) 4 76 51 40 58

• Adresse postale Chambéry

  Domaine universitaire

  Bâtiment "Les Belledonnes"

  73376 Le Bourget-du-Lac

  Tél : + 33 (0) 4 79 75 87 10

  Fax : + 33 (0) 4 79 75 87 77

Dernière mise à jour : 13/01/2010

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