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International audience; Cet article vise à analyser l’interdisciplinarité telle qu’elle a été mise en pratique ou en tension sur le terrain d’un projet collectif, le GIEAN (Groupe Interdisciplinaire sur l’Électricité Atmosphérique Naturelle), ayant réuni un panel de chercheurs de disciplines différentes pour identifier d’une part les facteurs de blocages, et d’autre part les apports heuristiques et épistémologiques. Les moments de rencontres et d’échanges fournissent la plus grande partie du matériau analysé par les deux auteurs, également participants-observateurs du projet. L’article propose une triple lecture : celle de la genèse du projet, des premières rencontres et de sa formalisation institutionnelle, celle ensuite des objets d’étude, de leurs constructions par les différentes disciplines à travers lesquelles se manifestent des temporalités de recherche différentes, mais aussi des impensés implicites – ou parfois explicites – de hiérarchisation des disciplines, révélant des régimes de vérité et d’administration de la preuve scientifique différents sans être entièrement opposés. Une troisième lecture interroge enfin les effets pluriels de l’interdisciplinarité sur le projet, les disciplines, les chercheurs, mais aussi la structure de recherche qui a soutenu et accompagné le projet – en l’occurrence une Maison des Sciences de l’Homme (MSH) –, pour conduire, sous forme d’épilogue, à la manière dont a été reçu cet article par la co-porteuse du projet. De bout en bout, ce papier propose donc une écriture centrée sur les rencontres et pratiques interdisciplinaires, car si les résultats d’un projet de recherche financé sont le plus souvent publiés, les démarches, les blocages, les préjugés implicites et les apports épistémologiques – bref, tout ce qui forme la mémoire et l’infra-récit d’un projet – sont quant à eux rarement interrogés et capitalisés. Or faire de la science, n’est-ce pas aussi savoir transmettre en s’interrogeant sur ce qui est transmis ?

International audience; Depuis une quinzaine d'années, un programme de recherche dirigé par la Direction de l'Archéologie de la ville de Chartres, porte sur la fouille et l'étude d'un complexe cultuel gallo-romain à Chartres en Eure-et-Loir. Construit entre la fin du Ier siècle et le début du IIe siècle, ce dernier d'une superficie estimée à plus de 10 hectares est implanté à moins d'un kilomètre au sud du centre administratif et politique de la ville romaine. Il regroupe un grand temple avec galeries de circulation, longé à l'est par un portique rythmé de plusieurs bâtiments. Au nord, en contrebas du podium d'un autel dédié à Apollon, une fontaine monumentale, particulièrement bien conservée, a été mise au jour. Au sein de cet édifice, dont les placages de marbres colorés importés d'Italie, de Grèce et de Turquie sont encore visibles, trois bassins ont été dégagés dont deux d'apparat. Ces derniers contenaient près de 2000 pièces de bois d'un plafond à caissons hexagonaux et rhombiques décorés et d'une charpente dans un état de conservation exceptionnel. C'est un incendie et une remontée rapide de la nappe phréatique qui sont à l'origine de sa préservation. Les épais remblais de démolition de la rivière l'Eure ont achevé de sceller cet ouvrage.Ce corpus ligneux inédit dans le monde romain occidental se compose de chêne (Quercus à feuillage caduc) pour les éléments de charpente, de sapin (Abies alba) pour quelques pièces de charpente et les poutres, poutrelles et planches constitutives des caissons, et de tilleul (Tillia sp.) pour les décors sculptés de ces derniers.Ce sont les 560 sapins du corpus, une essence exogène au territoire d'Autricum, et plus largement de la région, qui retiennent notre attention pour cette présentation.En Gaule, les données bioarchéologiques révèlent que le sapin est une essence régulièrement attestée dans l'architecture romaine, mais la question de son origine est souvent posée. Archéologiquement, il semble y avoir un avant et un après période romaine, symptomatique peut-être, d'une gestion particulière du sapin. En parallèle, les auteurs latins décrivent et connaissent très bien les qualités techniques et mécaniques de cette espèce. Le cas des bois de Saint-Martin-au-val vient renforcer ces observations et permet la mise en place d'un projet scientifique interdisciplinaire.L'un des objectifs de cette recherche sur ce corpus est donc ici de caractériser la provenance et la morphologie des boisements choisis pour la confection du plafond et ainsi se poser la question de l'économie du bois pour une ville telle qu'Autricum. C'est également à partir de l'analyse du travail des artisans qu'il est possible de renseigner la gestion et la transformation d'un arbre en élément de caisson.Pour ce faire, c'est toute une chaine opératoire analytique et interdisciplinaire qui est mise en place alliant Sciences Humaines et sociales, Sciences végétales et animales, et géosciences : xylo-entomologie, dendrochronologie et dendroprovenance, relecture des textes antiques, tracéologie, géochimie isotopique, analyse ADN, encore l'utilisation de l'infrarouge (FTIR) alliée à la phytochimie.

National audience; Webinaire (100% numérique) de présentation du numéro spécial Géoarchéologie - 2021 du BSGF - Earth Sciences Bulletin. Présentation générale du numéro coordonné par Julien Curie, Ségolène Vandevelde, Amélie Quiquerez et Christophe Petit (par Julien Curie) puis présentation de deux articles du numéro (par Ségolène Vandevelde et Vincent Ollive). Podcast accessible en ligne : https://youtu.be/bZ76mXc7YuU

Les orgues basaltiques, on peut en trouver partout dans le monde, là où des coulées de magma émises par des volcans se sont solidifiées et refroidies. Ces structures spectaculaires et fascinantes ont fait, et continuent de faire, l’objet de nombreux travaux, tant de caractérisation sur le terrain et au laboratoire, que de modélisation à caractère physico-chimique et mathématique.

National audience; Le volume des données scientifiques produites par simulation numérique est en augmentation croissante. Cette volumétrie incite depuis peu la communauté à employer des méthodes de compression à précision variable. Si l'usage de données scientifiques comprimées peut atténuer les problèmes croissants de stockage primaire, il peut également jouer d'autres rôles à différentes étapes du workflow pour améliorer les performances des outils de calculs, limités notamment en capacité mémoire et en bande passante. Néanmoins ce type d'approche ne doit pas se faire au détriment de la qualité de la simulation. L'étude présentée ici analyse l'impact d'un codage à précision variable (obtenu par combinaison d'un compandeur, d'une transformée en ondelette et d'un codage par arbre-zéro zerotree) sur des données de simulation issues des géosciences. Pour valider notre approche nous le comparons à deux codeurs de référence utilisés dans différents domaines scientifiques (SZ, ZFP) selon différentes métriques objectives corrélées à la validation subjective de la simulation.

International audience

International audience; The study of past Human–Environment interactions has long been seen at a very local scale, that of sites of human occupation. Geoarchaeology differs from the traditional concepts of Environmental Archaeology and Landscape Archaeology in this respect since it adopts a different spatial resolution based on the development of multidisciplinary research at the scale of geographical, geological or geomorphological features. In this paper, we aim to contribute to the definition of coastal geoarchaeology where environmental holistic studies can be developed, thus integrating both continental and marine dynamics. A specific application is realized here for the largest Mediterranean islands where heterogeneity can be observed in research over the last decades. For this reason, we divide the Mediterranean Basin into four areas in order to review the main works conducted. In general, investigating coastal environments represents an exciting opportunity to reconstruct past landscapes and to evidence the long-term history of human occupation and land use by employing a wide range of proxies. We focus in particular on the coastal wetlands of Corsica, where a large number of lagoons have been cored since the early 2010s. Multiproxy laboratory analyses reveal a history of the complex relationships between past human societies and their environments which is complementary to existing archaeological studies.

This thesis contributions belong to the general framework of data-based and physically-based data-driven modelling. An efficient approach for Machine Learning (ML), as well as a speed-up technique for Data Assimilation (DA), have been developed. For this purpose, Dimensionality Reduction (DR) and stochastic spectral modelling were used. In particular, a coupling between Proper Orthogonal Decomposition (POD) and Polynomial Chaos Expansion (PCE) is at the center of this thesis contributions. POD and PCE have widely proved their worth in their respective frameworks, and the idea was to combine them for optimal field measurement based forecasting, and ensemble-based acceleration technique for variational DA. For this purpose, (i) a physically interpretable POD-PCE ML for non-linear multidimensional fields was developed in the Neural Networks (NN) paradigm and (ii) a hybrid ensemble-variational DA approach for parametric calibration was proposed with adapted calculations of POD-PCE metamodelling error covariance matrix. The proposed techniques were assessed in the context of an industrial application, for the study of sedimentation in a coastal power plant's water intake. Water intakes ensure plant cooling via a pumping system. They can be subject to sediment accumulation, which represents a clogging risk and requires costly dredging operations. For monitoring and safety reasons, the power plant stakeholders asked for a predictive tool that could be run in operational conditions. Data collected during many years of monitoring in the study area were provided. The objective was then to achieve comprehensive analysis of the flow and sediment dynamics, as well as to develop an optimal model in terms of forecasting accuracy, physical meaning, and required computational time. Uncertainty reduction and computational efficiency were therefore starting points for all proposed contributions. In addition to the previously proposed methods, Uncertainty Quantificiation (UQ) studies were undertaken. Specifically, (i) uncertainties related to tidal hydrodynamic modelling, resulting from common modelling choices (domain size, empirical closures) were investigated. POD patterns resulting from measurements and numerical scenarios were compared; (ii) UQ study of the sediment transport modelling in the intake, in a highdimensional framework, was achieved. Investigations were based on appropriate DR. Infact, POD patterns of Boundary Conditions (BC) and Initial Conditions (IC), resulting from hydrodynamic simulations outputs and from bathymetry measurements respectively, were used. A perspective of this work would be to implement a hybrid POD-PCE model, using both measured and numerically emulated data, to better understand and predict complex physical processes. This approach would offer a complete, fast and efficient tool for operational predictions., Les contributions de cette thèse figurent dans le cadre général de la modélisation à base de données et des approches physiques guidées par des données. Une méthode d'apprentissage statistique, ainsi qu'une technique d'accélération pour l'Assimilation de Données (AD), ont été développées. Pour cela, la Réduction de Dimension et la modélisation stochastique spectrale sont utilisées. En particulier, un couplage entre Décomposition en modes Propres Orthogonaux (POD) et Expansion par Polynômes du Chaos (PCE), est au centre des différentes contributions. Les techniques POD et PCE sont toutes deux largement reconnues. L'idée ici estde les combiner pour mettre en place une prédiction optimale à base de données de mesures, et accélérer les techniques d'Assimilation de Données variationnelle sur la base d'une approche d'ensemble. Pour cela, (i) un modèle de Machine Learning POD-PCE, interprétable physiquement, et adapté aux champs multidimensionnels non-linéaires, a été développé dans un paradigme de Réseaux de Neurones et (ii) une approche ensembliste variationnelle hybride d'AD, pour la calibration paramétrique a été proposée, avec un calcul adapté de la matrice de covariance d'erreur du métamodèle POD-PCE. Les approches proposées ont été motivées par une problématique industrielle, avec une question physique complexe : la sédimentation dans un chenal d'amenée bord-de-merd'une centrale électrique. Les chenaux d'amenée assurent le refroidissement des centrales à travers un système de pompage. Ils peuvent être sujets à une accumulation de sédiments, ce qui représente un risque de colmatage et requiert des opérations de dragage coûteuses. Pour des raisons de gestion et de sécurité, l'industriel opérant la centrale d'intérêt demande un outil prédictif pour des conditions opérationnelles. Les données collectées durant plusieurs années de gestion ont été fournies. L'objectif est d'analyser la dynamique observée, ainsi que de développer un modèle optimal, à la fois prédictif, physiquement interprétable, et à coût de calcul limité. La réduction de l'incertitude et la diminution du temps de simulation ont donc été un point de départ pour toutes les contributions proposées. En supplément des méthodes citées précédemment, des études de Quantification d'Incertitudes (UQ) ont été menées. Plus précisément, (i) les incertitudes liées à la modélisation hydrodynamique de la marée, résultant de choix de modélisation communs (taille de domaine, lois empiriques), ont été investiguées. Les motifs POD des mesures et des scénarios numériques ont été comparés ; (ii) l'étude UQ de la modélisation du transport sédimentaire dans le chenal, dans un cadre à haute-dimension, a été réalisée. Les investigations se sont basées sur une Réduction de Dimension appropriée. En effet, les motifs POD des Conditions aux Limites, et ceux des Conditions Initiales, résultant de simulations hydrodynamiques et de mesures bathymétriques respectivement, ont été utilisées. Une perspective de ce travail serait d'implémenter un modèle POD-PCE hybride, utilisant à la fois des données de mesures et des données simulées numériquement, pourmieux comprendre et prédire des processus physiques complexes. Cette approche offrirait un outil complet, rapide et efficace pour des prédictions opérationnelles.

Data assimilation consists in the estimation of a physical system state. This estimation should optimally combine erroneous observations together with imperfect numerical simulations of this system. In practice, this estimation is the initial state of a dynamical system. It can be used to precisely predict the system evolution. Especially in geophysics where data sets are substantial.A first strategy is based on the maximum a posteriori estimation. Thus the estimation is solution of an optimization problem. This strategy called 4DVar often requires the computation of the model and observation operator adjoints. This operation is time consuming in the forecasting system development. A second strategy analyses the system state sequentially. It is based on “ensemble” techniques. Here, perturbations of the system state allow to estimate its statistics sequentially thanks to the Kalman equations.Both strategies was recently successfully combined in EnVar methods currently used in operating systems. They benefit from both: an efficient treatment of the operators nonlinearity through variational optimization techniques together with statistics and derivatives estimation through ensembles. The IEnKS is an archetype of such EnVar methods. It uses a data assimilation window (DAW) which is time shifted each cycle to combine both strategies. Various DAW parameterizations lead to non equivalent assimilations when the system dynamics are non linear.In particular, long DAWs reduce the frequency of the prior density Gaussian approximation. This results in a performance improvement but only to some extent. After, the cost function variational minimization fails because of its complex shape. A solution called “Quasi static variational assimilation” gradually adds observations to the cost function during multiple minimizations. The thesis second chapter generalizes the QSVA to EnVar methods. Theoretical and numerical aspects of the QSVA applied to the IEnKS are adressed.However, the QSVA relies on the absence of model error. Indeed, the information contained in a remote in time observation may be deteriorated by model error. The thesis third chapter is dedicated to model error introduction in the IEnKS. The IEnKS-Q, a 4D ensemble variational method solving sequentially the smoothing problem with model error, is built in this chapter. Unfortunately, with model error, a state trajectory is not anymore determined by its initial condition. The number of parameters required to describe its statistics increase with the DAW length. When this number is paired with the number of model evaluations, the consequences on the computing time are disastrous. A proposed solution is to dissociate those quantities with anomaly matrices decompositions. In this case, the IEnKS-Q is as expensive as an IEnKS in terms of model evaluations, L'assimilation de données consiste à calculer une estimation de l'état d'un système physique. Cette estimation doit alors combiner de façon optimale des observations entachées d'erreurs de mesure et des modèles numériques imparfaits permettant de simuler le système physique. En pratique, l'assimilation de données sert à estimer l’état initial d’un système dynamique. Cet état analysé peut ensuite être utilisé pour prévoir le comportement de ce système, notamment dans les systèmes géophysiques où les jeux de données sont conséquents.Une première approche repose sur une estimation de l’état initial basée sur le principe du maximum a posteriori. Il s’agit alors de résoudre un problème d’optimisation, souvent par des techniques utilisant le gradient des opérateurs. Cette approche, appelée 4DVar, nécessite le calcul de l’adjoint du modèle et de l'opérateur d'observation, ce qui est une tâche consommatrice en temps de développement des systèmes de prévision. Une seconde approche permettant de résoudre séquentiellement le problème d’assimilation est basée sur les techniques dites « d’ensemble ». Ici, des perturbations a priori de l'état du système permettent d’estimer des statistiques. Ces moments sont alors utilisés dans les formules de Kalman pour obtenir des approximations de l’état du système a posteriori.Ces deux approches ont été récemment combinées avec succès dans les méthodes de type EnVar aujourd'hui utilisées dans les systèmes opérationnels de prévision. Elles bénéficient donc d'une gestion efficace de la non linéarité au travers des méthodes d'optimisation variationnelle et permettent l'estimation de statistiques et de dérivées à l'aide des ensembles. L'IEnKS est un archétype de ces méthodes EnVar. Pour combiner les deux approches précédentes, il utilise une fenêtre d'assimilation qui est translatée entre chaque cycle. Différents paramétrages de la fenêtre d'assimilation conduisent à différentes stratégies d'assimilation non équivalentes lorsque la dynamique du système est non linéaire.En particulier, les longues fenêtres d'assimilation réduisent la fréquence de l'approximation Gaussienne des densités a priori. Il en résulte une amélioration des performances jusqu'à un certain point. Au delà, la complexité structurelle de la fonction de coût met l'analyse variationnelle en défaut. Une solution nommée “quasi statique variational assimilation” (QSVA) permet d'atténuer ces problèmes en ajoutant graduellement les observations à la fonction de coût du 4DVar. Le second chapitre de thèse généralise cette technique aux méthodes EnVar et s'intéresse plus précisément aux aspects théoriques et numériques du QSVA appliqués à l'IEnKS.Cependant, l’intérêt du QSVA repose sur la perfection du modèle pour simuler l'évolution de l'état. En effet, la pertinence d'une observation temporellement éloignée pour estimer l'état peut être remise en cause en présence d'erreur modèle. Le troisième chapitre est consacré à l'introduction d'erreur modèle au sein de l'IEnKS. Il y sera donc construit l'IEnKS-Q, une méthode 4D variationnelle d'ensemble résolvant séquentiellement le problème de lissage en présence d'erreur modèle. Malheureusement, en présence d'erreur modèle, une trajectoire n'est plus déterminée par son état initial. Le nombre de paramètres nécessaires à la caractérisation de ses statistiques augmente alors avec la longueur de la fenêtre d'assimilation. Lorsque ce nombre va de pair avec le nombre d'évaluations du modèle, les conséquences pour le temps de calcul sont catastrophiques. La solution proposée est alors de découpler ces quantités avec une décomposition des matrices d'anomalies. Dans ce cas, l'IEnKS-Q n'est pas plus coûteux que l'IEnKS en nombre d'évaluations du modèle

Data assimilation is the mathematical discipline which gathers all the methods designed to improve the knowledge of the state of a dynamical system using both observations and modelling results of this system. In the geosciences, data assimilation it mainly applied to numerical weather prediction. It has been used in operational centres for several decades, and it has significantly contributed to the increase in quality of the forecasts.Ensemble methods are powerful tools to reduce the dimension of the data assimilation systems. Currently, the two most widespread classes of ensemble data assimilation methods are the ensemble Kalman filter (EnKF) and the particle filter (PF). The success of the EnKF in high-dimensional geophysical systems is largely due to the use of localisation. Localisation is based on the assumption that correlations between state variables in a dynamical system decrease at a fast rate with the distance. In this thesis, we have studied and improved localisation methods for ensemble data assimilation.The first part is dedicated to the implementation of localisation in the PF. The recent developments in local particle filtering are reviewed, and a generic and theoretical classification of local PF algorithms is introduced, with an emphasis on the advantages and drawbacks of each category. Alongside the classification, practical solutions to the difficulties of local particle filtering are suggested. The local PF algorithms are tested and compared using twin experiments with low- to medium-order systems. Finally, we consider the case study of the prediction of the tropospheric ozone using concentration measurements. Several data assimilation algorithms, including local PF algorithms, are applied to this problem and their performances are compared.The second part is dedicated to the implementation of covariance localisation in the EnKF. We show how covariance localisation can be efficiently implemented in the deterministic EnKF using an augmented ensemble. The proposed algorithm is tested using twin experiments with a medium-order model and satellite-like observations. Finally, the consistency of the deterministic EnKF with covariance localisation is studied in details. A new implementation is proposed and compared to the original one using twin experiments with low-order models, L’assimilation de données est la discipline permettant de combiner des observations d’un système dynamique avec un modèle numérique simulant ce système, l'objectif étant d'améliorer la connaissance de l'état du système. Le principal domaine d'application de l'assimilation de données est la prévision numérique du temps. Les techniques d'assimilation sont implémentées dans les centres opérationnels depuis plusieurs décennies et elles ont largement contribué à améliorer la qualité des prédictions. Une manière efficace de réduire la dimension des systèmes d'assimilation de données est d'utiliser des méthodes ensemblistes. La plupart de ces méthodes peuvent être regroupées en deux classes~: le filtre de Kalman d'ensemble (EnKF) et le filtre particulaire (PF). Le succès de l'EnKF pour des problèmes géophysiques de grande dimension est largement dû à la localisation. La localisation repose sur l'hypothèse que les corrélations entre variables d'un système dynamique décroissent très rapidement avec la distance. Dans cette thèse, nous avons étudié et amélioré les méthodes de localisation pour l'assimilation de données ensembliste. La première partie est dédiée à l'implémentation de la localisation dans le PF. Nous passons en revue les récents développements concernant la localisation dans le PF et nous proposons une classification théorique des algorithmes de type PF local. Nous insistons sur les avantages et les inconvénients de chaque catégorie puis nous proposons des solutions pratiques aux problèmes que posent les PF localisés. Les PF locaux sont testés et comparés en utilisant des expériences jumelles avec des modèles de petite et moyenne dimension. Finalement, nous considérons le cas de la prédiction de l'ozone troposphérique en utilisant des mesures de concentration. Plusieurs algorithmes, dont des PF locaux, sont implémentés et appliqués à ce problème et leurs performances sont comparées.La deuxième partie est dédiée à l'implémentation de la localisation des covariances dans l'EnKF. Nous montrons comment la localisation des covariances peut être efficacement implémentée dans l'EnKF déterministe en utilisant un ensemble augmenté. L'algorithme obtenu est testé au moyen d'expériences jumelles avec un modèle de moyenne dimension et des observations satellitaires. Finalement, nous étudions en détail la cohérence de l'EnKF déterministe avec localisation des covariances. Une nouvelle méthode est proposée puis comparée à la méthode traditionnelle en utilisant des simulation jumelles avec des modèles de petite dimension

Data assimilation consists in the estimation of a physical system state. This estimation should optimally combine erroneous observations together with imperfect numerical simulations of this system. In practice, this estimation is the initial state of a dynamical system. It can be used to precisely predict the system evolution. Especially in geophysics where data sets are substantial.A first strategy is based on the maximum a posteriori estimation. Thus the estimation is solution of an optimization problem. This strategy called 4DVar often requires the computation of the model and observation operator adjoints. This operation is time consuming in the forecasting system development. A second strategy analyses the system state sequentially. It is based on “ensemble” techniques. Here, perturbations of the system state allow to estimate its statistics sequentially thanks to the Kalman equations.Both strategies was recently successfully combined in EnVar methods currently used in operating systems. They benefit from both: an efficient treatment of the operators nonlinearity through variational optimization techniques together with statistics and derivatives estimation through ensembles. The IEnKS is an archetype of such EnVar methods. It uses a data assimilation window (DAW) which is time shifted each cycle to combine both strategies. Various DAW parameterizations lead to non equivalent assimilations when the system dynamics are non linear.In particular, long DAWs reduce the frequency of the prior density Gaussian approximation. This results in a performance improvement but only to some extent. After, the cost function variational minimization fails because of its complex shape. A solution called “Quasi static variational assimilation” gradually adds observations to the cost function during multiple minimizations. The thesis second chapter generalizes the QSVA to EnVar methods. Theoretical and numerical aspects of the QSVA applied to the IEnKS are adressed.However, the QSVA relies on the absence of model error. Indeed, the information contained in a remote in time observation may be deteriorated by model error. The thesis third chapter is dedicated to model error introduction in the IEnKS. The IEnKS-Q, a 4D ensemble variational method solving sequentially the smoothing problem with model error, is built in this chapter. Unfortunately, with model error, a state trajectory is not anymore determined by its initial condition. The number of parameters required to describe its statistics increase with the DAW length. When this number is paired with the number of model evaluations, the consequences on the computing time are disastrous. A proposed solution is to dissociate those quantities with anomaly matrices decompositions. In this case, the IEnKS-Q is as expensive as an IEnKS in terms of model evaluations, L'assimilation de données consiste à calculer une estimation de l'état d'un système physique. Cette estimation doit alors combiner de façon optimale des observations entachées d'erreurs de mesure et des modèles numériques imparfaits permettant de simuler le système physique. En pratique, l'assimilation de données sert à estimer l’état initial d’un système dynamique. Cet état analysé peut ensuite être utilisé pour prévoir le comportement de ce système, notamment dans les systèmes géophysiques où les jeux de données sont conséquents.Une première approche repose sur une estimation de l’état initial basée sur le principe du maximum a posteriori. Il s’agit alors de résoudre un problème d’optimisation, souvent par des techniques utilisant le gradient des opérateurs. Cette approche, appelée 4DVar, nécessite le calcul de l’adjoint du modèle et de l'opérateur d'observation, ce qui est une tâche consommatrice en temps de développement des systèmes de prévision. Une seconde approche permettant de résoudre séquentiellement le problème d’assimilation est basée sur les techniques dites « d’ensemble ». Ici, des perturbations a priori de l'état du système permettent d’estimer des statistiques. Ces moments sont alors utilisés dans les formules de Kalman pour obtenir des approximations de l’état du système a posteriori.Ces deux approches ont été récemment combinées avec succès dans les méthodes de type EnVar aujourd'hui utilisées dans les systèmes opérationnels de prévision. Elles bénéficient donc d'une gestion efficace de la non linéarité au travers des méthodes d'optimisation variationnelle et permettent l'estimation de statistiques et de dérivées à l'aide des ensembles. L'IEnKS est un archétype de ces méthodes EnVar. Pour combiner les deux approches précédentes, il utilise une fenêtre d'assimilation qui est translatée entre chaque cycle. Différents paramétrages de la fenêtre d'assimilation conduisent à différentes stratégies d'assimilation non équivalentes lorsque la dynamique du système est non linéaire.En particulier, les longues fenêtres d'assimilation réduisent la fréquence de l'approximation Gaussienne des densités a priori. Il en résulte une amélioration des performances jusqu'à un certain point. Au delà, la complexité structurelle de la fonction de coût met l'analyse variationnelle en défaut. Une solution nommée “quasi statique variational assimilation” (QSVA) permet d'atténuer ces problèmes en ajoutant graduellement les observations à la fonction de coût du 4DVar. Le second chapitre de thèse généralise cette technique aux méthodes EnVar et s'intéresse plus précisément aux aspects théoriques et numériques du QSVA appliqués à l'IEnKS.Cependant, l’intérêt du QSVA repose sur la perfection du modèle pour simuler l'évolution de l'état. En effet, la pertinence d'une observation temporellement éloignée pour estimer l'état peut être remise en cause en présence d'erreur modèle. Le troisième chapitre est consacré à l'introduction d'erreur modèle au sein de l'IEnKS. Il y sera donc construit l'IEnKS-Q, une méthode 4D variationnelle d'ensemble résolvant séquentiellement le problème de lissage en présence d'erreur modèle. Malheureusement, en présence d'erreur modèle, une trajectoire n'est plus déterminée par son état initial. Le nombre de paramètres nécessaires à la caractérisation de ses statistiques augmente alors avec la longueur de la fenêtre d'assimilation. Lorsque ce nombre va de pair avec le nombre d'évaluations du modèle, les conséquences pour le temps de calcul sont catastrophiques. La solution proposée est alors de découpler ces quantités avec une décomposition des matrices d'anomalies. Dans ce cas, l'IEnKS-Q n'est pas plus coûteux que l'IEnKS en nombre d'évaluations du modèle

Understanding of hydrocarbon composition in oil reservoirs is a major issue in order to assess the feasibility and the implications of further extraction of buried resources. The presence of acidic gases as well as corrosive compounds can make the difference between an extraction project that will be developed and another that will be considered as unsustainable. In this context, the presence of H2S plays a major role, due to H2S toxicity and the economic investments needed to separate it and to reduce the concentration of related sulfur compounds to permitted levels required by current legislations. Although it is known that high concentrations in carbonate oil reservoirs are produced by the reaction between hydrocarbons and sulfate ions (SO42-) in the aqueous phase, the influence of H2S on petroleum cracking and on the formation of sulfur compounds is little known. In this thesis, the influence of H2S on the cracking of aromatic hydrocarbons under oil reservoir pressure and temperature conditions was studied by confined pyrolysis artificial maturation of a model compound (n-butylbenzene) with and without presence of H2S. Thus, the pure n-butylbenzene and the n-butylbenzene-H2S mixture were pyrolyzed in the gold capsules at temperatures between 310 °C and 350 °C at a constant pressure of 700 bar for periods from 3 to 15 days. The results of pure n-butylbenzene pyrolysis allowed the construction and validation of a detailed kinetic model whose extrapolation to geological temperatures and pressures (200 °C, 700 bar) shows that the average half-life of n-butylbenzene is similar to that of alkanes. Some formation pathways of the major sulfur-containing compounds H2S (thiols and phenylthiophens) produced by interaction between n-butylbenzene have been proposed. These formation pathways highlight the control of the aliphatic chain reactions on the cracking of the alkyl-aromatic compounds at the experimental conditions of this study. Comparison of the two experimental systems in the presence and absence of H2S also exposed the accelerating effect of H2S cracking on n-butylbenzene and long-chain alkyl aliphatic compounds under pyrolysis conditions; La connaissance de la composition en hydrocarbures des gisements pétroliers est un enjeu majeur afin de déterminer la faisabilité et l’intérêt de l’exploitation de leurs réservoirs. La présence des gaz acides et des composés corrosifs peut marquer la différence entre un projet d’exploitation qui sera développé et un autre qui sera considéré comme non viable. Dans ce contexte la présence de H2S joue un rôle majeur, du fait de sa toxicité et des investissements nécessaires pour séparer le H2S, ainsi que pour réduire la concentration des composés soufrés aux valeurs requises par la législation. Bien qu’il soit accepté que les concentrations élevées en H2S dans les réservoirs carbonatés de pétrole sont issues des réactions entre les hydrocarbures et les ions sulfates (SO42-) en phase aqueuse, l’influence de H2S sur le craquage des hydrocarbures et la formation des composés soufrés est peu connue. Dans le cadre de cette thèse, l’influence de H2S sur le craquage des hydrocarbures aromatiques dans les conditions des réservoirs pétroliers a été mise en évidence par l’étude de la maturation artificielle par pyrolyse confinée d’un composé modèle, le n-butylbenzène, en présence et en absence de H2S. Ainsi, le n-butylbenzène pur, et le mélange n-butylbenzène – H2S ont été pyrolysés dans les capsules en or à des températures entre 310 °C et 350 °C à pression constante de 700 bar pour des durées comprises entre 3 et 15 jours. Les résultats de la pyrolyse du n-butylbenzène pur ont permis la construction et la validation d’un modèle cinétique détaillé dont l’extrapolation aux températures et pressions géologiques (200 °C, 700 bar) montre que le temps de demi-vie moyen du n-butylbenzène est similaire à celle des alcanes. Certaines voies de formation des produits soufrés majeurs par les interactions entre le n-butylbenzène et le H2S, des thiols et des phénylthiophènes, ont été proposées faisant ressortir l’importance de la réactivité de la chaîne aliphatique sur le craquage des composés alkyl-aromatiques dans les conditions expérimentales. La comparaison entre les deux systèmes expérimentaux en présence et en absence de H2S a montré aussi l’effet accélérateur de H2S sur le craquage de n-butylbenzène, et par extrapolation, sur le craquage des composés alkyl-aromatiques à chaîne aliphatique longue dans les conditions de pyrolyse

Understanding of hydrocarbon composition in oil reservoirs is a major issue in order to assess the feasibility and the implications of further extraction of buried resources. The presence of acidic gases as well as corrosive compounds can make the difference between an extraction project that will be developed and another that will be considered as unsustainable. In this context, the presence of H2S plays a major role, due to H2S toxicity and the economic investments needed to separate it and to reduce the concentration of related sulfur compounds to permitted levels required by current legislations. Although it is known that high concentrations in carbonate oil reservoirs are produced by the reaction between hydrocarbons and sulfate ions (SO42-) in the aqueous phase, the influence of H2S on petroleum cracking and on the formation of sulfur compounds is little known. In this thesis, the influence of H2S on the cracking of aromatic hydrocarbons under oil reservoir pressure and temperature conditions was studied by confined pyrolysis artificial maturation of a model compound (n-butylbenzene) with and without presence of H2S. Thus, the pure n-butylbenzene and the n-butylbenzene-H2S mixture were pyrolyzed in the gold capsules at temperatures between 310 °C and 350 °C at a constant pressure of 700 bar for periods from 3 to 15 days. The results of pure n-butylbenzene pyrolysis allowed the construction and validation of a detailed kinetic model whose extrapolation to geological temperatures and pressures (200 °C, 700 bar) shows that the average half-life of n-butylbenzene is similar to that of alkanes. Some formation pathways of the major sulfur-containing compounds H2S (thiols and phenylthiophens) produced by interaction between n-butylbenzene have been proposed. These formation pathways highlight the control of the aliphatic chain reactions on the cracking of the alkyl-aromatic compounds at the experimental conditions of this study. Comparison of the two experimental systems in the presence and absence of H2S also exposed the accelerating effect of H2S cracking on n-butylbenzene and long-chain alkyl aliphatic compounds under pyrolysis conditions, La connaissance de la composition en hydrocarbures des gisements pétroliers est un enjeu majeur afin de déterminer la faisabilité et l’intérêt de l’exploitation de leurs réservoirs. La présence des gaz acides et des composés corrosifs peut marquer la différence entre un projet d’exploitation qui sera développé et un autre qui sera considéré comme non viable. Dans ce contexte la présence de H2S joue un rôle majeur, du fait de sa toxicité et des investissements nécessaires pour séparer le H2S, ainsi que pour réduire la concentration des composés soufrés aux valeurs requises par la législation. Bien qu’il soit accepté que les concentrations élevées en H2S dans les réservoirs carbonatés de pétrole sont issues des réactions entre les hydrocarbures et les ions sulfates (SO42-) en phase aqueuse, l’influence de H2S sur le craquage des hydrocarbures et la formation des composés soufrés est peu connue. Dans le cadre de cette thèse, l’influence de H2S sur le craquage des hydrocarbures aromatiques dans les conditions des réservoirs pétroliers a été mise en évidence par l’étude de la maturation artificielle par pyrolyse confinée d’un composé modèle, le n-butylbenzène, en présence et en absence de H2S. Ainsi, le n-butylbenzène pur, et le mélange n-butylbenzène – H2S ont été pyrolysés dans les capsules en or à des températures entre 310 °C et 350 °C à pression constante de 700 bar pour des durées comprises entre 3 et 15 jours. Les résultats de la pyrolyse du n-butylbenzène pur ont permis la construction et la validation d’un modèle cinétique détaillé dont l’extrapolation aux températures et pressions géologiques (200 °C, 700 bar) montre que le temps de demi-vie moyen du n-butylbenzène est similaire à celle des alcanes. Certaines voies de formation des produits soufrés majeurs par les interactions entre le n-butylbenzène et le H2S, des thiols et des phénylthiophènes, ont été proposées faisant ressortir l’importance de la réactivité de la chaîne aliphatique sur le craquage des composés alkyl-aromatiques dans les conditions expérimentales. La comparaison entre les deux systèmes expérimentaux en présence et en absence de H2S a montré aussi l’effet accélérateur de H2S sur le craquage de n-butylbenzène, et par extrapolation, sur le craquage des composés alkyl-aromatiques à chaîne aliphatique longue dans les conditions de pyrolyse

International audience; Implementing INSPIRE is not something that you can address like a one shot action. If your data evolve, your “INSPIRE maker system” should evolve too. Maintaining two different systems to expose the same data is not sustainable for most of organizations then solutions must be found to include those updating processes. Efficient INSPIRE system architecture should then be strong enough to expose correctly your data, and flexible enough to authorize possibilities of evolution. Then implementing INSPIRE is much more than a mapping exercise to new vocabularies and features. This presentation shows the actions lead by BRGM in order to provide geosciences data through INSPIRE. It gives feedback on past actions, technologies tested and then draw the path BRGM currently follow to reach INSPIRE compliancy. Finally it emphasis crucial innovations and actions that should be done to make INSPIRE road a more quiet trip.

The structural framework and evolution from the Middle Jurassic to the present of the Mississippi Canyon, Atwater Valley, western DeSoto Canyon, and western Lloyd Ridge protraction areas consist of a complex history influenced by basement fabric, multiple stages of salt movement, and gravitational gliding. A detailed tectono-stratigraphic interpretation of the study area indicates that three main stages of salt movement controlled sediment dispersal patterns and the formation and evolution of intraslope minibasins. These three stages of salt movement occurred during the Cretaceous, the Paleogene, and the Neogene. Basement structures were the primary control on initial salt kinematics, affecting gravity-driven slope deformation and resulting in a wide variety of structural styles. Basement (acoustic basement) structures (horsts, grabens, and half grabens) formed prior to the deposition of the Middle Jurassic autochthonous Louann Salt. These features are interpreted to have controlled the original thickness of the autochthonous salt layer and subsequent salt-withdrawal patterns. Mesozoic structures, such as extensional-compressional gliding systems and expulsion rollovers, formed above the autochthonous salt. Three levels of allochthonous salt systems are identified: (1) approximate top Barremian, (2) top Cretaceous, and (3) intra-Neogene (between 10 and 4 Ma). Early emplacement of two allochthonous salt layers is present in the northeastern part of the study area, whereas the Neogene allochthonous salt system extends throughout the Mississippi Canyon, western DeSoto Canyon, and northern Atwater Valley protraction areas. Salt from the autochthonous and two deep allochthonous salt layers was expelled vertically and basinward during theNeogene, feeding the younger allochthonous salt systems. The autochthonous and deep allochthonous salt layers were detachments for many of the large Neogene extensional (growth faults and turtles) and contractional (anticlines and thrust faults) structures, whereas the Neogene allochthonous salt system accommodated suprasalt minibasins associated with counterregional and roho salt systems. These three allochthonous salt layers were successively loaded by gravity-flow sediments, resulting in deep (above autochthonous or deep allochthonous salt layers) and shallow (supra-Neogene allochthonous salt) minibasin formations and local development of extensive salt welds. Northwest-southeast-oriented strike-slip structures, active during the Neogene, are present in the salt province within the study area. They are related to basinwide heterogeneities in the salt distribution and are controlled by differential basinward movement of adjacent suprasalt minibasins. Copyright © 2017 The American Association of Petroleum Geologists. All rights reserved.

International audience; The complex conductivity of soils remains poorly known despite the growing importance of this method in hydrogeophysics. In order to fill this gap of knowledge, we investigate the complex conductivity of 71 soils samples (including four peat samples) and one clean sand in the frequency range 0.1 Hz to 45 kHz. The soil samples are saturated with six different NaCl brines with conductivities (0.031, 0.53, 1.15, 5.7, 14.7, and 22 S m-1, NaCl, 25°C) in order to determine their intrinsic formation factor and surface conductivity. This data set is used to test the predictions of the dynamic Stern polarization model of porous media in terms of relationship between the quadrature conductivity and the surface conductivity. We also investigate the relationship between the normalized chargeability (the difference of in-phase conductivity between two frequencies) and the quadrature conductivity at the geometric mean frequency. This data set confirms the relationships between the surface conductivity, the quadrature conductivity, and the normalized chargeability. The normalized chargeability depends linearly on the cation exchange capacity and specific surface area while the chargeability shows no dependence on these parameters. These new data and the dynamic Stern layer polarization model are observed to be mutually consistent. Traditionally, in hydrogeophysics, surface conductivity is neglected in the analysis of resistivity data. The relationships we have developed can be used in field conditions to avoid neglecting surface conductivity in the interpretation of DC resistivity tomograms. We also investigate the effects of temperature and saturation and, here again, the dynamic Stern layer predictions and the experimental observations are mutually consistent.

Geoscience knowledge in Africa, compiled and produced by BRGM for over a century, initially indispensable for exploring the continent's natural resources, is likewise being exploited today under programs aimed at reinforcing the geological and mining infrastructures of African nations., La connaissance géoscientifique africaine rassemblée et produite par le BRGM depuis plus d’un siècle, constitue le socle sur lequel les systèmes d'information géologiques et miniers se construisent. La compétence en ingénierie documentaire déployée au BRGM est mise à contribution dans les programmes de renforcement des institutions géologiques et minières nationales.

National audience; Le calcul d'un bassin versant implique l'utilisation de différents types d'algorithmes hétérogènes sur de très gros volumes de données. Le choix et la paramétrisation de ces algorithmes permettent aux experts de pouvoir tester différentes combinaisons pour choisir la plus adaptée. Dans cet article nous proposons une chaîne de traitements pour calculer le bassin versant associé à un point en temps réel. Les méthodes utilisées dans cette chaîne sont optimisées pour permettre différents paramétrages avec des temps de calcul raisonnables. Cette chaîne est également très modulaire puisqu'il est possible d'échanger des méthodes et ainsi de choisir celles répondant mieux aux besoins.

International audience; In this work, we present the results of a new in situ experiment to complete the existing scientific dataset on well integrity in the context of CO2 storage. This experimentation has been designed to evaluate the sealing behaviour of a monitored well after mechanical and chemical stresses due to pressure and temperature changes (stage A) and due to the exposure to carbonated brine (stage B), before a final overcoring stage for retrieving the well system and the surrounding clay. The stage A has been the subject of a first publication (Manceau et al., 2015; Water Resour. Res., 51, 6093–6109) and the two latter stages are described in this paper. Multidisciplinary methods (hydraulic tests and modelling, fluid sampling and modelling, analysis of cement and clay samples on the overcore) are used to get better insight, in a realistic wellbore context, on the interplay between the geochemical questions, and the operational and construction issues. In particular, this study shows that when good integrity pre-exists before a well is in contact with carbonated water, the exposure to dissolved CO2 does not seem to lead to a degradation of the well hydraulic properties but rather to their improvement.

International audience

International audience

In the French Southern Alps, severe erosion in marly badlands shows negative consequencesfor human populations, who worked to restore these terrains since the XIXth century. For adecade, an ecological engineering strategy is developed and focuses on gully beds, cornerstonesof their restoration. The operational question at the root of this PhD project is to identify towhat extent ecological engineering structures implanted in marly gully beds can foster theirlong-term ecological restoration. The scientific objective related to this question is to betterunderstand how plant communities interact in the long-term with the restoration of soils ingully beds. We hypothesized that plant traits at the community scale is a relevant entry point tostudy these interactions. In the first part, we used traits as a tool to study the mechanical effectof plants on geomorphological dynamics in gully beds under restoration. In particular, weshowed that traits enable us to explain the capacity of plant communities to favor theaccumulation of sediment mounds in gully beds during the first decade after ecologicalengineering works. In the second part, we concentrated on the potential long-term (century)evolution of the properties of these sediment mounds, in the process of becoming real soils. Weshowed that both trait diversity and dominant values of traits interacted with the properties ofthese soils, such as soil aggregate stability and soil fertility. With a strong multidisciplinaryapproach, this work provides results and insights on the interactions between plant traits andecosystem functioning in the specific case of highly eroded semi-natural ecosystems. It alsocontribute to set tools to restore badlands via ecological engineering works, by providinginformation about the long-term geomorphological and ecological evolution of soil-plantsystems in restored gully beds.; L’activité érosive des badlands marneux des Alpes du Sud présente des conséquences négatives pour l’homme qui a ainsi cherché à restaurer ces terrains dès le XIXème siècle. Depuis une dizaine d’années, une stratégie d’ingénierie écologique y est développée et se concentre sur les lits de ravines, pierres angulaires de leur restauration. La question appliquée à la base de ce travail de thèse est d’identifier comment l’implantation d’ouvrages de génie écologique dans lelit de ravines marneuses érodées favorise leur restauration écologique sur le long terme.L’objectif de recherche associé à cette question est de mieux comprendre comment des communautés végétales interagissent avec la restauration des sols de lits de ravines érodées sur le long terme. Nous avons fait l’hypothèse que les traits végétaux des plantes à l’échelle de communautés constituent un point d’entrée pertinent pour étudier ces interactions. Dans la première partie, nous avons utilisé les traits comme un outil de compréhension de l’effet mécanique des plantes sur les dynamiques géomorphologiques des lits de ravines en cours de restauration. Nous avons notamment montré que les traits permettent d’expliquer la capacité de communautés végétales implantées à favoriser la formation d’amas sédimentaires dans le lit des ravines durant la première décennie post-travaux. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l’évolution potentielle sur le long terme (centaine d’années) des propriétés de ces amas, constituant des sols en devenir. Nous avons montré que la diversité ainsi que les valeurs dominantes des traits végétaux influencent les propriétés de ces sols, notamment la stabilité des agrégats et la fertilité des sols. En plus d’être un outil de compréhension, nous montrons que cette utilisation des traits constitue un outil pour guider les actions de restauration de badlands via l’implantation d’ouvrages de génie écologique, en apportant des éléments sur le devenir géomorphologique et écologique post-travaux des systèmes sol-plante de lits de ravines.

Communications Utilisateurs: Recherche & Education - http://sig2012.esrifrance.fr; International audience; This is a study of the difficulties of novice geoscientists in making suitability maps for land use issues. Students discover the concepts of multicriteria spatial analysis and the features offered by the Geographical Information System ArcGIS 10.. Several obstacles emerged throughout the resolution of the problem: in data mining, visual exploration, decision-making steps. Adopting didactical engineering as research methodology, we propose a categorization of these difficulties based on visual operator's taxonomies and we rely on theoretical frameworks and tools of sciences education to offer learning scaffolding and technical improvements.

International audience

The spatial pattern and potential dynamical origin of the Medieval Climate Anomaly (MCA, around 1000 AD) in Europe are assessed with two recent reconstructions and simulations constrained to follow those reconstructions by means of paleoclimate data assimilation. The simulations employ a climate model of intermediate complexity (LOVECLIM). The data assimilation technique is based on a particle filter using an ensemble of 96 simulations. The peak winter (and annual mean) warming during the MCA, in our analyses, is found to be strongest at high latitudes, associated with strengthened mid-latitude westerlies. Summer warmth, by contrast, is found to be greatest in southern Europe and the Mediterranean Sea, associated with reduced westerlies and strengthened southerly winds off North Africa. The results of our analysis thus underscore the complexity of the spatial and seasonal structure of the MCA in Europe. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

This report presents a study of the variability in a recently published April to September gridded reconstruction temperatures in Europe and an analysis of their extremes. This reconstruction was based on tree rings, historical documents, pollen assemblages and ice cores. The methodology used, an original spectral analog method, preserves long-term variations and the variability of temperature series, which guarantees the pertinence of the analysis of the extremes over a period as long as the last millennium. The analysis of the extremes was performed with the peak-over-threshold (POT) method over two warm periods (A.D. 1000-1350 and 1880-2007) and a cold period (A.D. 1350-1950).|We found that (1) according to the long-term variations shown in this reconstruction, the growing season temperature during the last decade has exceeded all of those observed during the Medieval period; (2) the return period of the maximum event of the Medieval period has been reduced by at least a factor of 5; and (3) all decades before AD. 1350 were warm on average but relatively heterogeneous, while the last decade was homogeneously warmer. A new result of this study concerning Europe is that this anthropogenic change is characterized by spatial homogeneity, with similar changes in both average temperatures and in the distribution of extreme events, while natural climate forcings induce warm periods with heterogeneous spatial patterns and less frequent extreme events. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Communications Utilisateurs: Enseignement; International audience; Cet article propose un tour d'horizon sur les méthodes d'analyse multicritères intégrées aux Systèmes d?Information Géographiques : il aborde les raisons d'être et les applications de ce couplage de plus en plus opérationnel dans des domaines pluridisciplinaires où les problèmes à résoudre ont des caractères spatiaux et décisionnels prépondérants. Notre analyse s'appuie sur une synthèse des travaux de Salem Chakar, de l'Université Paris- Dauphine et de Jacek Malzcewski, professeur au Département de géographie de l'University of Western Ontario. A travers cet article nous souhaitons apporter un éclairage simple et concis sur les concepts, la terminologie et les fonctionnalités qui participent à la mise en oeuvre de l'analyse multicritère dans les SIG et fournir une passerelle entre les différents champs disciplinaires qui contribuent à son évolution.

National audience

Faiblesses et possibilités de médiation scientifique en Haut-Vallespir et enjeux d'un haut lieu des Pyrénées catalanes pour la diffusion des sciences de la Terre

International audience; This study focuses on linear anthropogenic landforms of decametric width on cultivated hillslopes and their relations to soil thickness variability. The 16 ha study area shows a rolling topography supported by Cretaceous chalk of the SW Parisian Basin, France. Two types of landforms were identified: lynchets, similar to those described as soil terraces occurring on downslope field parts in other contexts, and undulations, linear, convex landforms that cut across fields. Accurate DEM construction and a detailed soil thickness survey were performed all over the study area. Soil samples were classified considering their location on specific types of anthropogenic landforms. The classification tree (CT) method was applied to assess whether lynchets and undulations can be discriminated through morphometric attributes (slope, curvature, profile curvature and planform curvature) and soil thickness (CTsoil) or through morphometric attributes only (CTtopo). The CT application establishes predictive classification models to map the spatial distribution of lynchets and undulations over the whole study area. The validation results of the CTsoil and CTtopo applications show model efficiencies of 83% and 67%, respectively. Both models performed well for lynchets. Errors arise mainly from difficulties in unequivocally discriminating gently convex undulations and undifferentiated surfaces, especially when soil thickness is not accounted for. Mean values of soil thickness are 1.08, 0.62 and 0.45 m in lynchets, undulations and undifferentiated areas, respectively. The general shape of the thickened soil is characteristic to each type of anthropogenic landform. Multi-temporal mapping of field border networks shows that undulations are linked to borders that were removed during the latest land consolidation. Lynchets are associated with current field borders. Lynchets and undulations, which cover 39% of the study area, define topographic indicators of human-induced soil accumulations. The method involves perspectives for efficiently mapping and quantifying the anthropogenically modified spatial variability of soil thickness on agricultural hillsides.

National audience; Géosciences et témoins culturels des activités humaines : marqueurs organiques (nature, identification et altération)

International audience

Faiblesses et possibilités de médiation scientifique en Haut-Vallespir et enjeux d'un haut lieu des Pyrénées catalanes pour la diffusion des sciences de la Terre

International audience; We propose the Breathing Earth System Simulator (BESS), an upscaling approach to quantify global gross primary productivity and evapotranspiration using MODIS with a spatial resolution of 1-5 km and a temporal resolution of 8 days. This effort is novel because it is the first system that harmonizes and utilizes MODIS Atmosphere and Land products on the same projection and spatial resolution over the global land. This enabled us to use the MODIS Atmosphere products to calculate atmospheric radiative transfer for visual and near infrared radiation wave bands. Then we coupled atmospheric and canopy radiative transfer processes, with models that computed leaf photosynthesis, stomatal conductance and transpiration on the sunlit and shaded portions of the vegetation and soil. At the annual time step, the mass and energy fluxes derived from BESS showed strong linear relations with measurements of solar irradiance (r(2) = 0.95, relative bias: 8%), gross primary productivity (r(2) = 0.86, relative bias: 5%) and evapotranspiration (r(2) = 0.86, relative bias: 15%) in data from 33 flux towers that cover seven plant functional types across arctic to tropical climatic zones. A sensitivity analysis revealed that the gross primary productivity and evapotranspiration computed in BESS were most sensitive to leaf area index and solar irradiance, respectively. We quantified the mean global terrestrial estimates of gross primary productivity and evapotranpiration between 2001 and 2003 as 118 +/- 26 PgC yr(-1) and 500 +/- 104 mm yr(-1) (equivalent to 63,000 +/- 13,100 km(3) yr(-1)), respectively. BESS-derived gross primary productivity and evapotranspiration estimates were consistent with the estimates from independent machine-learning, data-driven products, but the process-oriented structure has the advantage of diagnosing sensitivity of mechanisms. The process-based BESS is able to offer gridded biophysical variables everywhere from local to the total global land scales with an 8-day interval over multiple years.

Despite the existence of many benchmarked spectrochemical analysis techniques in the field of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), the quantitative analysis holds of the laser induced plasma still holds a huge number of analytical drawbacks, the occurrence of matrix effects not being the slightest among those ones.Calibration-Free LIBS was historically developped to address specifically those aspects, and has already reached a high level of maturation for the analysis of simple metallic or soil samples. Unfortynately, in spite of the strong assumptions that need to be necesserily considered in the CF-LIBS algorithm (such as Local Thermodynamic Equilibrium, and the homogeneity and stationnarity of the plasma), only a few number of contributions have been devoted to the critical assessment of the latter postulates to date. Thanks to the help of several case tests and theoretical (collisionnal-radiative model depicting aluminum, argon and cadmium plasmas) and experimental concepts originating from the field of plasma physics (Thomson-Scattering experiments intended to validate our results), we will focus our study on the research and development of novel experimental criteria that would allow an experimentalist to set up and analyze a CF-LIBS experiment in the least unfavourable theoretical and experimental conditions.We will eventually apply our new considerations on the prediction of the CF-LIBS analysis efficiency, coming to the specific field of interest of analysis of geophysical samples (such as soils polluted by heavy metals). A special interest will be paid on the latest developments appearing nowadays in the field of LIBS, and devote a part of our debate on the expectancies that will have to be fulfilled in order to highen the analysis potential of LIBS.; Aujourd'hui encore, malgré l'utilisation de techniques spectrochimiques de référence, l'aspect quantitatif de la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) reste largement en friche du fait d'effets de matrice incapacitants. La LIBS sans étalonnage (CF-LIBS) est une des façons considérées par la communauté scientifique afin de relever ce défi. Malgré ses postulats d'idéalité du plasma (ETL, homogénéité et stationnarité du plasma), à l'heure actuelle peu d'études extensives ont été développées afin de réaliser une évaluation critique de la méthode. A l'aide d'outils théoriques (modèle collisionnel-radiatif développé pour l'Aluminium, Argon et Cadmium) et expérimentaux (expérience de Diffusion Thomson) tirant leur origine de la physique des plasmas, ainsi que de cas pratiques d'analyses, nous tenterons d'établir le cahier des charges le plus favorable à l'analyse quantitative par CF-LIBS. L'application de cette méthode à l'analyse d'échantillons complexes (minéraux et sols pollués) sera discutée à l'aune de nos résultats et des connaissances actuellement disponibles en la matière.

Despite the existence of many benchmarked spectrochemical analysis techniques in the field of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), the quantitative analysis holds of the laser induced plasma still holds a huge number of analytical drawbacks, the occurrence of matrix effects not being the slightest among those ones.Calibration-Free LIBS was historically developped to address specifically those aspects, and has already reached a high level of maturation for the analysis of simple metallic or soil samples. Unfortynately, in spite of the strong assumptions that need to be necesserily considered in the CF-LIBS algorithm (such as Local Thermodynamic Equilibrium, and the homogeneity and stationnarity of the plasma), only a few number of contributions have been devoted to the critical assessment of the latter postulates to date. Thanks to the help of several case tests and theoretical (collisionnal-radiative model depicting aluminum, argon and cadmium plasmas) and experimental concepts originating from the field of plasma physics (Thomson-Scattering experiments intended to validate our results), we will focus our study on the research and development of novel experimental criteria that would allow an experimentalist to set up and analyze a CF-LIBS experiment in the least unfavourable theoretical and experimental conditions.We will eventually apply our new considerations on the prediction of the CF-LIBS analysis efficiency, coming to the specific field of interest of analysis of geophysical samples (such as soils polluted by heavy metals). A special interest will be paid on the latest developments appearing nowadays in the field of LIBS, and devote a part of our debate on the expectancies that will have to be fulfilled in order to highen the analysis potential of LIBS., Aujourd'hui encore, malgré l'utilisation de techniques spectrochimiques de référence, l'aspect quantitatif de la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) reste largement en friche du fait d'effets de matrice incapacitants. La LIBS sans étalonnage (CF-LIBS) est une des façons considérées par la communauté scientifique afin de relever ce défi. Malgré ses postulats d'idéalité du plasma (ETL, homogénéité et stationnarité du plasma), à l'heure actuelle peu d'études extensives ont été développées afin de réaliser une évaluation critique de la méthode. A l'aide d'outils théoriques (modèle collisionnel-radiatif développé pour l'Aluminium, Argon et Cadmium) et expérimentaux (expérience de Diffusion Thomson) tirant leur origine de la physique des plasmas, ainsi que de cas pratiques d'analyses, nous tenterons d'établir le cahier des charges le plus favorable à l'analyse quantitative par CF-LIBS. L'application de cette méthode à l'analyse d'échantillons complexes (minéraux et sols pollués) sera discutée à l'aune de nos résultats et des connaissances actuellement disponibles en la matière.

International audience

This paper presents a reconstruction of the summer temperatures over the Greater Alpine Region (44.05A degrees-47.41A degrees N, 6.43A degrees-13A degrees E) during the last millennium based on a network of 38 multi-centennial larch and stone pine chronologies. Tree ring series are standardized using an Adaptative Regional Growth Curve, which attempts to remove the age effect from the low frequency variations in the series. The proxies are calibrated using the June to August mean temperatures from the HISTALP high-elevation temperature time series spanning the 1818-2003. The method combines an analogue technique, which is able to extend the too short tree-ring series, an artificial neural network technique for an optimal non-linear calibration including a bootstrap technique for calculating error assessment on the reconstruction. About 50% of the temperature variance is reconstructed. Low-elevation instrumental data back to 1760 compared to their instrumental target data reveal divergence between (warmer) early instrumental measurements and (colder) proxy estimates. The proxy record indicates cool conditions, from the mid-11th century to the mid-12th century, related to the Oort solar minimum followed by a short Medieval Warm Period (1200-1420). The Little Ice Age (1420-1830) appears particularly cold between 1420 and 1820 with summers that are 0.8 A degrees C cooler than the 1901-2000 period. The new record suggests that the persistency of the late 20th century warming trend is unprecedented. It also reveals significant similarities with other alpine reconstructions.

Vous trouverez dans ce rapport un bilan du "programme CAREN" pour l'Année de la Terre, ou plus exactement de l'Année Internationale de la Planète Terre 2008. Il s'agit d'une année patronnée par l'UNESCO et l'Union Internationale des Sciences Géologiques (IUGS) avec un programme scientifique et des animations de sensibilisation du "grand public" partout dans le monde, avec une idée forte : "Les Géosciences au service de l'humanité" L'effort du programme scientifique a porté sur 10 grands thèmes multidisciplinaires, concernant la société : - la Terre et la santé - construire un environnement sain - le climat - climats anciens, climats futurs - les eaux souterraines - pour un usage durable - l'océan - la Planète Bleue - les sols - l'épiderme de la Terre - la Terre profonde - de la croûte au noyau - les mégapoles - aller plus loin, construire autrement - les risques naturels - minimiser les risques, maximiser la prévention - les ressources - vers un usage durable - la Terre et la vie - origine de la biodiversité (thème co-dirigé par l'Allemagne et la France) La Fédération Française de Géologie (dont Cécile Robin - MC à l'université de Rennes 1 / Géosciences Rennes - est la correspondante en Bretagne) et le CAREN (Centre armoricain de recherches en environnement, et plus particulièrement le laboratoire de Géosciences Rennes), ainsi que le BRGM Bretagne, se sont engagés dans cette manifestation internationale et ont proposé un ensemble d'animations de culture scientifique sur le thème "Représenter et comprendre la Terre" (sous la forme d'expositions, festivals, conférences, excursions, interventions dans les écoles, etc. etc.), qui ont touché au final près de 8000 personnes.Vous trouverez donc dans ce rapport un bilan complet de ce programme d'animations en Bretagne.

This thesis focuses on tangible user interfaces (TUI). The first part of this manuscript is about tangible interaction on tabletop. We first introduce TUIs and tabletops. We validate an hypothesis about the specialization of the form of the tangible objects, and conclude from that consequences on TUIs design. We propose the solution of a button box to deport some operations in the context of tabletop TUI. We present the construction and development of a transportable and low cost tabletop TUI system that allows rapid TUI prototyping. We end pointing out the special features of user experiments of TUIs. The second part of this manuscript deals with an application case of a TUI for geoscience: GeoTUI. We start presenting the context of the geophysicists work and their need in term of new way of interation. We present the results of our design of a TUI for geoscience. We detail the development of our prototype. To finish, we present two user experiments we conducted to validate our design choices., Cette thèse traite des interfaces utilisateur tangibles (TUI). La première partie de ce manuscrit concerne l'interaction tangible sur table interactive. Nous introduisons tout d'abord les TUIs et les tables interactives. Nous validons une hypothèse concernant la spécialisation de la forme des interacteurs tangibles et nous en tirons les conséquences pour la conception des TUIs. Nous proposons une solution de boîtier à boutons pour y déporter certaines opérations dans le contexte d'une TUI sur table interactive. Nous abordons la construction et le développement d'un système de tables interactives tangibles transportables et à faible coût permettant de faire du prototypage rapide de TUIs. Nous terminons en soulignant les particularités de l'évaluation expérimentale des TUIs. La seconde partie de ce manuscrit traite un cas d'application d'une TUI pour les géosciences : GeoTUI. Nous commençons par présenter le contexte métier des géophysiciens et leurs besoins en terme de nouveaux moyens d'interaction. Nous présentons les résultats de notre conception d'une TUI pour les géosciences. Nous précisons le détail du développement de notre prototype. Pour terminer, nous présentons les deux expérimentations utilisateurs qui ont été conduites pour valider nos choix de conception.

Geomodeling is considered by oil companies as a critical aspect of hydrocarbon prospection. Indeed building geological models of subsurface allow them to estimate location and capacity of oil reservoirs in studied territories. Modeling stage consists in studying seismic volume in order to highligt horizons (interface between two depositional events), faults (fracturation of rocks) and bodies (cluster of rocks with same physical properties). Those geological objects are within two problematics treated in this thesis: building the structural model containing horizons and faults, and reconstruction of bodies based on seismic attributes. Structural modeling is based on interpreted data, point clouds or set of polylines, representing geological objects. First, each fault is built independently by triangulating projection of its set of polylines in its regression plane. Generated coarse mesh is then smoothed using subdivision schemes. A second step consists in extrapolating and clipping operations applied to fault surfaces in order to build a coherent fault network. During last step, point clouds representing horizon are interpolated in order to complete holes in horizon surfaces due to the noise surrounding the faults in seismic data The interpolation process takes faults into account thanks to our partial neighboring. We also show the effects on surface quality of the filling strategies used in the interpolation process. Body reconstruction is done by isosurface extraction on seismic attributes. In order to deal with the heavy trend in size increase of volumetric datasets, we present in this thesis a parallel, bloc-wise extension of the tandem algorithm, which simplifies on the fly an isosurface being extracted. Our approach minimizes the overall memory consumption using an adequate bloc splitting and merging strategy and with the introduction of a component dumping mechanism that drastically reduces the amount of memory needed for particular datasets such as those encountered in geophysics. As soon as detected, surface components are migrated to the disk along with a meta-data index (oriented bounding box, volume, etc) that will allow further improved exploration scenarios (small components removal or particularly oriented components selection for instance).; La géomodélisation du sous-sol est considérée comme stratégique par les compagnies pétrolières. Chacune a en effet pour objectif de construire les meilleurs modèles géologiques sur lesquels seront évalués les réserves de gaz et d'huile des territoires étudiés, ainsi que le placement optimal des puits de forage qui exploiteront ces réserves. Ces modèles sont bâtis sur l'interprétation de la sismique par les géologues et les géophysiciens. Le processus de modélisation consiste à structurer le sous-sol en un ensemble d'horizons (strates géologiques), de failles (fractures de la roche) et de corps (amas de roches de même nature). Ces objets géologiques sont au sein de deux problématiques complémentaires abordées dans cette thèse chez Total : la construction du modèle structural à proprement parler constitué d'un réseau de failles et d'horizons mis en cohérence et la constructions des corps selon des attributs sismiques élaborés. La construction du modèle structural part des données issues d'interprétations manuelles et/ou semi-automatiques ne décrivant que ponctuellement les objets géologiques : un ensemble de lignes brisées pour les failles et un nuage de points pour les horizons. Une première partie de nos travaux porte sur l'élaboration d'une méthodologie complète de construction de surfaces modélisant les failles et les horizons adaptée à la nature et la densité particulières des données initiales. Dans un premier temps les failles sont reconstruites indépendamment les unes des autres à l'aide d'une triangulation de Delaunay contrainte des données projetées dans leur plan de régression, puis raffinées par subdivision. Ensuite un réseau de failles global est créé et mis en cohérence par des opérations d'extrapolation et de clipping. Enfin, les trous dans les horizons sont bouchés par des méthodes d'interpolation spatiale étendus par nos soins à l'aide des "voisinages partiels" contraints par les failles, pour lesquelles nous montrons l'influence des stratégies de remplissage et leur robustesse au bruit. Les corps sont construits par extraction d'isosurfaces sur des volumes d'attributs sismiques pouvant atteindre des tailles de plusieurs dizaines de giga-octets. Ces tailles de données nous ont imposées de développer un algorithme parallèle d'extraction d'isosurfaces simplifiées. Le volume est d'abord récursivement découpé pour former une structure hiérarchique de blocs voisins. Des isosurfaces partielles sont extraites de ces blocs par des processeurs indépendants exécutant une version étendue de l'algorithme tandem. Ainsi, les noeuds de calcul extraient, simplifient, s'échangent et assemblent les morceaux de surfaces ainsi obtenues jusqu'à l'obtention d'une isosurface simplifiée globale. Cette dernière est organisée et stockée par construction en un flux de composantes connexes qui permettra une interaction ultérieure de haut niveau.

International audience; In this paper we describe the 1 design and the development of two specific tangible user interface (TUI) platforms.Theaimof thefirst oneis to support computer aided design (CAD) parts assembly operations in the mechanical product domain.Theaimof the second one is mainly designed to help stakeholders during the task of validation of subsoil model in the field of geosciences. In this paper, we propose a design methodology of the tangible parts (also called props) based on our previous experiences in TUI development. This methodology is mainly based on multidisciplinary work and user tests and we assume that this process is reproducible.