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Exhumation of the West Alpine collisional wedge and evolution of the molassic basin : new thermochronological and tecto-sedimentary data
No full textLes nouvelles données thermochronologiques (AFT, ZHe et ZFT) sur le socle des MCE de Belledonne et des Grandes Rousses mettent en évidence une dynamique d’exhumation similaire et assez rapide vers 18 Ma pour tous les Massifs Cristallins Externes. Cependant, l'exhumation des massifs du Sud (e.g., Oisans) pourraient commencer plus tôt, à partir de 25 Ma suggérant une exhumation diachrone le long de l’Arc Alpin. Cela suggère aussi une localisation progressive des déformations le long des rampes crustales entre ~25 et 18 Ma. Enfin, l'exhumation rapide vers 18 Ma semble correspondre à la limite de méga-séquences dans le bassin molassique. Les analyses de terrain, des données de forages ainsi que des lignes sismiques montrent notamment une déformation du bassin assez précoce, dès l'Oligocène (25 Ma). Elles permettent aussi le calcul des volumes de sédiments préservés dans le bassin molassique Ouest Alpin. Enfin, une étude préliminaire à l’approche source to sink dans les bassins ouest-alpins est abordée à partir d'analyses petro-détritiques, de thermochronologie détritique et de calcul des volumes à partir des lignes sismiques. Ces résultats ont permis de mettre en évidence la dénudation progressive de la croute varisque de la plaque supérieure dont le signal détritique est présent depuis l’Eo-Oligocène dans les bassins péri-alpins. L’apparition tardive au Miocène dans le bassin molassique Ouest Alpin d’un signal thermochronologique tertiaire suggère un changement de dynamique de surface et/ou un routage sédimentaire différents dans le temps, mais aussi des différences significatives avec les bassins au nord des Alpes.New thermochronological data (AFT, ZHe, and ZFT) on the Belledonne and Grandes Rousses ECMs basement show a similar and relatively rapid exhumation dynamic around 18 Ma for all the External Cristalline Massifs. However, the exhumation of southern massifs (e.g., Oisans) could start earlier, from 25 Ma suggesting a diachronous exhumation along the Alpine Arc. This also suggests a progressive localization of deformations along the crustal ramps between ~25 and 18 Ma. Finally, the rapid exhumation starting at around 18 Ma seems to correspond to the limit of mega-sequences in the molassic basin. Field analysis, borehole data and seismic lines show that the basin was deformed as early as the Oligocene (25 Ma). This also allows the calculation of the sediment volumes preserved within the West Alpine Molassic Basin. Finally, a preliminary study of the source to sink in the West Alpine basins is approached from petro-detritic analyses, detrital thermochronology and calculation from the seismic lines. These results highlighted the progressive denudation of the Variscan crust of the upper plate whose detrital signal has been present since the Eo-Oligocene in the peri-alpine basins. The late Miocene appearance in the West Alpine Molassic basin of a tertiary thermochronological signal suggests a change in surface dynamics and/or a different sedimentary routing over time, but also significant differences compared to the basins located north of the Alps
Dynamics and origin of the late orogenic topography of the Betic domain (Spain)
No full textLa compétition entre les processus internes et externes contrôle l'évolution des surfaces continentales à l'échelle des temps géologiques. La topographie et le réseau de drainage actuels des Cordillères Bétiques apparaissent comme transitoires (surfaces aplanies sommitales, knickpoints) impliquant que la réponse érosive du système géomorphologique n'a pas encore contrebalancé les dernières étapes de surrection. L'exhumation des zones internes montre un épisode d'aplanissement majeur de la topographie à une altitude proche du niveau marin entre ~ 17 et 8 Ma. Certaines de ces surfaces sont préservées de l'érosion en altitude. Les rivières montrent une incision relativement mature dans les sierras orientales initiée lors de l'inversion tardi-miocène, et une surrection régionale plus récente reliée à de la topographie dynamique. Le raccourcissement post-tortonien dans les zones internes est faible (~ 5 km) tandis que la déchirure E-W de la lithosphère ibérique depuis la fin du Miocène entraîne un soutien mantellique permettant d'expliquer les hautes topographies orientales. A l'ouest, la lithosphère ibérique subit la traction du panneau plongeant impliquant une topographique moyenne plus basse. L'implication de ces processus engendre une forte composante non-isostatique de la topographie. La géométrie de la déchirure de la lithosphère ibérique permet d'expliquer l'instabilité de la ligne de partage des eaux séparant les versants atlantique et méditerranéen. Le rajeunissement du relief bétique et la réorganisation dynamique du réseau de drainage suggère une surrection brève et récente (quelques Ma) rattachée à un fonctionnement discontinu de la déchirure de la lithosphère.Competing between internal and external processes controls the evolution of continental surfaces at geological time scale. The topography and associated drainage network of the Betics are transient (summit surfaces, knickpoints) implying that the erosional response of the geomorphic system hasn’t counterbalanced the last stages of uplift yet. Exhumation history of the internal zones shows a major planation event near sea level between ~ 18 and 7 Ma. Some of these surfaces are preserved from erosion at the summit of several sierras. Rivers in the eastern sierras show relatively mature incision pattern initiated since the Late Miocene inversion. At the regional scale the drainage network shows a more recent uplift related to dynamic topography. Post-Tortonian shortening in the Internal Zones is low (~5 km) whereas E-W tearing of the Iberian lithosphere since the Late Miocene has led to an important mantle support of the eastern topography. To the west, Iberian lithosphere is pulled by the slab and the mean topography above is deflected. These deep processes are responsible for an important non-isostatic component of the Betics topography. The tear geometry of the lithosphere beneath the Betics can explain the instability of the main divide (Atlantic/Mediterranean). Rejuvenation of the relief and the dynamic reorganization of the rivers suggest a brief and recent uplift (few Ma) related to a discontinuous tearing of the lithosphere
Dynamics of foreland basins during Western Alps collision : sources, routing, and sedimentary budget
No full textLa formation du bassin d'avant pays ouest alpin résulte de la collision alpine à partir de ~34 Ma et de l'exhumation des Alpes internes au cours de l'Oligocène et des Alpes externes au Miocène. Son développement est divisé en deux phases distinctes : un bassin sous-alimenté entre l'Eocène et le Rupélien moyen et un bassin sur-alimenté à partir du Rupélien supérieur et jusqu'à la fin du Miocène. L'évolution de la sédimentation et le calendrier source to sink au cours de cette deuxième phase sont encore peu documentés. Le but de ce travail de thèse est d'apporter de nouvelles données et de mieux comprendre le développement de ce bassin. Ce manuscrit est constitué de trois volets principaux. Le premier se focalise sur la réorganisation du routage sédimentaire entre l'Eocène et le Miocène inférieur. Pour la première fois, un calendrier chronostratigraphique détaillé de tous les bassins oligocènes du SE de la France est proposé via l'acquisition de nouvelles données de terrain et de biostratigraphie, ainsi que la réinterprétation de données de subsurface. Ce travail a permis de mettre en évidence le rôle déterminant de l'orogenèse pyrénéo-provençale qui favorise l'export de matériel alpin en dehors du foredeep dès le Rupélien supérieur et de l'ECRIS qui créé des zones subsidentes dans la vallée du Rhône dès le Priabonien influençant le reste de la sédimentation oligo-miocène. Le prisme orogénique et l'exhumation des Alpes externes a causé, notamment au cours du Chattien, une diminution des apports des Alpes internes dans les bassins oligocènes. Ce travail a montré que le routage sédimentaire du SE de la France actuel commence à s'établir dès l'Oligocène supérieur, avec la mise en place d'un système longitudinal (paléo-Rhône) pérenne dans la vallée du Rhône s'écoulant vers le Golfe du Lion et approvisionné par deux systèmes transverses (paléo-Isère & paléo-Durance) majeures assurant la connexion avec les Alpes de l'ouest. Dans le deuxième volet, des résultats de thermochronologie détritique confirment qu'à 30 Ma, une nouvelle source apparaît dans l'enregistrement sédimentaire des bassins rupéliens et dont l'origine est située dans le nord des Alpes internes. Cette source disparaît au Chattien dans le bassin d'avant pays ouest alpin, remplacée par une source des zones internes du sud, en lien avec l'exhumation des Alpes externes causant une migration de la ligne de partage des eaux et une réorganisation du réseau de drainage. Le Miocène est caractérisé par des apports permanents en provenance des Alpes internes bien que la sédimentation au cours de cette période soit fortement influencée par l'exhumation des Alpes externes. Nos résultats ont montré que le socle des Alpes externes devient une source au Tortonien. Dans le troisième volet, nous montrons que les flux sédimentaires chutent à l'Aquitanien moyen, jusqu'au Burdigalien supérieur, fait commun à l'ensemble du bassin d'avant pays pro foreland, et que nous avons relié à une diminution des apports lié à une réorganisation du réseau de drainage en lien avec l'exhumation des Alpes externes. Le début du Langhien est caractérisé par une augmentation très rapide des volumes sédimentés, les taux volumiques resteront très hauts jusqu'au Tortonien inférieur. Nous avons relié cette augmentation a deux causes : une réadaption du réseau de drainage et le recyclage du bassin d'avant pays nord alpin dans le bassin d'avant pays ouest alpin. La fin du Miocène est caractérisée par de très faibles volumes sédimentés, impliquant que le bassin d'avant pays ouest alpin est devenu une zone de transfert sédimentaire et que l'essentiel du matériel alpin est désormais exporté vers le Golfe du Lion. L'ensemble des résultats acquis nous a permis de proposer un modèle d'évolution paléoenvironnementale et source to sink du bassin d'avant pays ouest alpin composé de six phases entre l'Eocène et le Miocène supérieur, correspondant chacune à des changements majeurs dans l'enregistrement sédimentaire.The formation of the West Alpine foreland Basin results from the alpine collision starting from ~34 Ma and the exhumation of the internal Alps during the Oligocene and the external Alps during the Miocene. Its development is divided into two distinct phases: an underfilled basin between the Eocene and the middle Rupelian and an overfilled basin from the upper Rupelian until the end of the Miocene. The evolution of the sedimentation and the source to sink framework during this second phase are still poorly documented. The aim of this work is to provide new data and a better understanding of the development of this basin. This manuscript consists of three main parts. The first part focuses on the reorganization of sediment routing between the Eocene and the lower Miocene. For the first time, a precise and detailed chronostratigraphic synthesis of all Oligocene basins in southeastern France is proposed through the acquisition of new field and biostratigraphic data, as well as the reinterpretation of subsurface data. This work has highlighted the crucial role of the Pyrenean-Provencal orogeny, which promotes the export of Alpine material outside the foredeep from the upper Rupelian and the ECRIS, which creates subsiding zones in the Rhone Valley from the Priabonian, influencing the rest of Oligo-Miocene sedimentation. The development of the orogenic wedge and the exhumation of the external Alps caused, particularly during the Chattian, a decrease in sedimentary inputs from the internal Alps into the Oligocene basins. This work has shown that the current sediment routing in southeastern France began to establish itself from the upper Oligocene, with the establishment of a long-lasting longitudinal system (paleo-Rhone) in the Rhone Valley flowing towards the Gulf of Lion and fed by two major transverse systems (paleo-Isere & paleo-Durance) ensuring connection with the western Alps. In the second part, detrital thermochronology results confirm that at 30 Ma, a new source appears in the sedimentary record of the Rupelian basins, originating from the northern internal Alps. This source almost disappears during the Chattian in the West Alpine Foreland Basin, replaced by a source from the internal zones of the south, related to the exhumation of the external Alps causing a migration of the drainage divide and a reorganization of the drainage network. The Miocene is characterized by continuous inputs from the internal Alps although sedimentation during this period is strongly influenced by the exhumation of the external Alps. Our results have shown that the basement of the external Alps becomes a source in the Tortonian. In the third part, we show that sediment fluxes decrease in the middle Aquitanian, up to the upper Burdigalian, a phenomenon common to the entire foreland basin, which we have linked to a decrease in sedimentary inputs associated with a reorganization of the drainage network related to the exhumation of the external Alps. The beginning of the Langhian is characterized by a very rapid increase in sediment volumes, with volumetric rates remaining very high until the lower Tortonian. We have linked this increase to two causes: a readjustment of the drainage network and the recycling of sediment from the northern Alpine foreland basin into the western Alpine foreland basin. The end of the Miocene is characterized by very low sediment volumes, implying that the West Alpine Foreland Basin has become a sediment transfer zone and that most Alpine material is now exported to the Gulf of Lion. Based on our results, we propose a palaeoenvironmental and source to sink reconstruction for the West Alpine Foreland Basin, comprising six phases between the Eocene and Upper Miocene, each corresponding to major changes in the sedimentary record
Dynamique de l'érosion fluviatile consécutive à une chute du niveau de base. L'exemple de la Crise de Salinité Messinienne
No full textBase-level variations involve a perturbation of the erosional dynamics of a continental system. A base-level drop results in the upstream propagation of an incision that rejuvenates the landscape. This work aims to show how this erosional stage will affect the evolution of a landscape, depending on the parameters of the preexisting morphological system. It is based on an example of preserved base-level drop of large amplitude, which occurred during the Mediterranean Messinian Salinity Crisis, 5.5 Ma ago. Morphological analysis combined with a numerical modeling show that there is a divergence between the network growth and its effects on the long-term evolution of a landscape due to the occurrence of a regional slope line. The absence of a regional slope line can result in a major change such as the capture of the Atlantic waters in the Gibraltar Strait area, inducing the end of the Messinian Salinity Crisis.Les variations du niveau de base entraînent une perturbation de la dynamique érosive d'un système continental. Une chute du niveau de base se traduit par la propagation d'une incision fluviatile vers l'amont entraînant un rajeunissement du paysage. Cette étude a pour but de montrer comment cette érosion affecte l'évolution d'un paysage, suivant les paramètres du système morphologique préexistant. Elle s'appuie sur un exemple préservé de chute du niveau de base de grande ampleur pendant la Crise de Salinité Messinienne en Méditerranée il y a 5.5 Ma. L'étude morphologique des incisions messiniennes couplée à une modélisation numérique montre qu'il existe une dichotomie entre la vitesse de croissance d'un réseau et ses effets sur l'évolution à long terme d'un paysage en présence d'une pente régionale préexistante. L'absence de pente régionale peut conduire à une modification drastique comme la capture de l'Atlantique au niveau de Gibraltar qui a entraîné la fin de la Crise Messinienne
Tectonic and emplacement of alpine relief and landscape. 3D evolution of the Digne trust and its foreland basin in the Barles area
No full textLes zones externes des chaînes de montagne, incluant les bassins d'avant-pays, présentent généralement une succession de plis et de chevauchements souvent détachés sur un niveau de décollement. Les géométries de ces zones peuvent s'avérer complexes avec une forte composante non-cylindrique nécessitant une approche 3D afin de préciser le calendrier et le style de déformation des zones externes. Le front orogénique sud-ouest alpin est représenté essentiellement par la nappe de Digne, qui chevauche les unités mésozoïques déformées sur lesquelles se sont déposés, en discordance, les dépôts molassiques cénozoïque du bassin d'avant-pays du Valensole, également déformés. Dans la région de Barles, la nappe de Digne s'est déplacée vers le SSW jusqu'au pliocène terminal en décollant sur un niveau triasique gypsifère. Bien que la série sédimentaire de Barles et un grand nombre de ses structures soient bien contraintes, aucune étude n'a encore réussi à rendre compte des géométries complexes en 3D et des processus qui ont conduit à leur formation. En effet, cette région fournit un exemple 3D exceptionnel d'avant-chaine plissé ayant enregistré une grande partie de l'histoire syn- et post-collisionelle de l'histoire alpine. Le style structural, le calendrier et la présence de structures salifères restent difficiles à préciser du fait notamment des géométries non cylindriques rendant difficiles une simple restitution 2D. Le pli du Vélodrome, formé par les premiers dépôts du bassin d'avant-pays du Valensole, est un exemple de structure non cylindrique dont la compréhension reste encore incomplète, suscitant des débats et des interprétations variées (pli de croissance, pli post-sédimentaire, mini-bassin salifère).Afin de fournir une image et une interprétation précise des géométries en 3D des structures, pour mieux caractériser le style et le calendrier de déformation de la région de Digne, une approche combinant étude structurale fine de terrain et modélisation géométrique 3D (GeoModeller ©BRGM) a été menée. L'approche de terrain a constitué en une réalisation d'un grand nombre de coupes et de mesures structurales de terrain, ou par modèle photogrammétrique à l'aide d'images drone, afin d'alimenter la modélisation 3D. La modélisation 3D a été réalisée à deux échelles différentes : (i) régionale incluant la nappe de Digne, le lobe de la Robine, la demi-fenêtre de Barles et le bassin du Valensole et (ii) à une échelle plus locale, celle du synclinal du Vélodrome. Pour ce second modèle, le GeoModeller a été utilisé comme un outil pour tester les hypothèses proposées dans la littérature. Cette approche a permis de reproduire des géométries observées sur le terrain en 3D et donc de fournir une interprétation de l'ensemble des formations compatible avec les observations de surface. Ainsi, les parts de la tectonique régionale et de la tectonique salifère ont été évaluées et le calendrier de déformation précisé. Outre l'apport d'une image 3D complète incluant une base de données structurales inédite, cette thèse a permis de préciser des éléments sur la géométrie et le calendrier de la déformation dans cette partie frontale des Alpes. Nous montrons qu'au sud de la demi-fenêtre de Barles, la déformation du Vélodrome est précoce et syn-dépôt démarrant plus tôt au sud du bassin (23Ma) qu'au nord (18Ma) et nécessitant à la fois un contrôle tectonique régional, mais aussi halocinétique afin de rendre compte de la fermeture des structures plissées. La partie nord de cette demi-fenêtre montre des structures plus cylindriques mais certains accidents semblent localisés et corrélés aux variations d'épaisseur de la barre tithonique indiquant un rôle de l'héritage sur la localisation de la déformation. Enfin, cette étude a également permis de démontrer la puissance du GeoModeller comme un outil 3D à la fois prédictif mais aussi de test d'hypothèses géologiques dans des zones aussi complexes que les avant-chaînes plissés.The external parts of mountain belts, including their foreland basins, classically present a fold-and-thrust belt often detached on shallow decollement levels. The geometries of these areas can be complex, with a strong non-cylindrical component, requiring a 3D approach to specify the timing and style of deformation of the external zones. The southwestern alpine orogenic front is primarily represented by the Digne Nappe, which thrusts over the deformed mesozoic units. These units are unconformably overlain by the Cenozoic molasse deposits of the Valensole foreland basin, which are also deformed. In the Barles area, the Digne Nappe moved towards the SSW until the late Pliocene stage, detaching along a gypsiferous Triassic level. Although the sedimentary series of Barles and many of its structures are well constrained, no study has yet succeeded in accounting for the complex 3D geometries and processes that led to their formation. Indeed, this region provides an exceptional 3D example of a folded foreland that has recorded much of the syn- and post-collisional history of the Alpine orogeny. The structural style, timing, and presence of salt structures remain difficult to specify, particularly due to the non-cylindrical geometries that make simple 2D reconstruction challenging. The Velodrome fold, formed by the initial deposits of the Valensole foreland basin, is an example of a non-cylindrical structure whose understanding remains incomplete, prompting debates and various interpretations (growth fold, post-sedimentary fold, salt mini-basin). In order to provide an accurate image and interpretation of the 3D geometries of the structures, and to better characterize the style and timing of deformation in the Digne region, an approach combining detailed structural field study and 3D geometric modeling (GeoModeller ©BRGM) was undertaken. The field approach involved creating numerous cross-sections and structural measurements in the field, or using photogrammetric models with drone images, to constrain the 3D modelling. The 3D modeling was carried out at two different scales: (i) regional, including the Digne Nappe, the Robine unit, the Barles half-window, and the Valensole Basin, and (ii) at a more local scale, that of the Velodrome syncline. For this second model, GeoModeller was used as a tool to test hypotheses proposed in the literature. This approach allowed for the reproduction of field-observed geometries in 3D, providing an interpretation of all formations that is consistent with surface observations. Consequently, the contributions of regional tectonics and salt tectonics were assessed, and the timing of deformation was refined. In addition to providing a complete 3D image including a novel structural database, this thesis has clarified elements of the geometry and timing of deformation in this frontal part of the Alps. We show that south of the Barles half-window, the deformation of the Velodrome is early syn-depositional, starting earlier in the south of the basin (23 Ma) than in the north (18 Ma), requiring both regional tectonic control and halokinetic processes to account for the closure of the folded structures. The northern part of this half-window shows more cylindrical structures, but some faults appear localized and correlated with thickness variations of the Tithonian unit, indicating a role of inheritance in the localization of deformation. Finally, this study also demonstrated the power of GeoModeller as a 3D tool that is both predictive and useful for testing geological hypotheses in areas as complex as folded forelands
Electrochemiluminescence : from materials to new analytical strategies
No full textLa chimiluminescence électrogénérée, également appelée électrochimiluminescence (ECL), qui appartient à la famille des phénomènes de luminescence, fait intervenir des intermédiaires réactionnels produits électrochimiquement à la surface d'une électrode. Par une réaction de transfert d'électrons hautement exergonique, ils génèrent l’état excité du luminophore, qui retourne à l'état fondamental en émettant un photon. Ainsi, l'ECL est initiée par une étape électrochimique, se poursuit par une réaction chimique homogène et se termine par une étape photochimique. Le chapitre 1 présente une vue générale de l'ECL dans le contexte de la luminescence et de l’électrochimie. Après une introduction historique, l'ECL et d'autres formes d'émission de lumière sont présentées dans leurs contextes respectifs. Ensuite, les principaux mécanismes d'annihilation et ceux impliquant un co-réactif, les luminophores organiques et inorganiques et les applications analytiques sont détaillés. Dans le chapitre 2, le nouveau concept d'électrochimiluminescence photo-induite (ou P-ECL) est introduit pour la première fois avec deux types d'électrodes de semi-conducteurs de type n en utilisant des systèmes ECL modèles. La P-ECL combine la photoélectrochimie des semiconducteurs (SC) avec l’ECL. L'émission ECL est déclenchée par des trous (h+) photogénérés dans une électrode semi-conductrice de type n, qui peut produire une émission P-ECL à un faible potentiel anodique. Dans la première partie de ce chapitre, la P-ECL est générée sur des électrodes à base de Si, protégées par des films minces de SiOx et de Ni de quelques nanomètres d'épaisseur, avec le système ECL modèle impliquant l'oxydation simultanée de [Ru(bpy)3]2+ et de la tri-n-propylamine (TPrA) dans l'eau. Le système développé à base de silicium repose sur un processus de conversion haute (ou « upconversion »). En effet, l'absorption de lumière à 810 nm induit une émission ECL (635 nm) à un faible potentiel électrochimique de 0,45 V vs ECS. Ni cette longueur d'onde d'excitation ni ce faible potentiel appliqué ne sont capables de stimuler la lumière ECL s'ils sont appliqués seuls, mais leurs actions conjointes conduisent à une émission ECL stable et intense en milieux aqueux. Les expériences P-ECL ont été réalisées dans une cellule spécifiquement conçue comprenant une fenêtre en quartz devant laquelle était localisée la photoélectrode. La deuxième partie de ce chapitre rapporte pour la première fois une stratégie originale de conversion de la lumière basée sur la P-ECL d'un dérivé du luminol (L-012) sur des photoanodes BiVO4 à large bande interdite dans l'eau. La lumière incidente de 375nm photoexcite simultanément la fluorescence du L-012 et la photoanode. Cependant, le signal résultant est dominé par l'émission P-ECL. L'émission P-ECL peut être induite à un potentiel aussi bas que -0,4 V pendant plusieurs heures et peut être utilisée pour régler finement la luminescence de L-012. Ces développements de l’ECL sont prometteurs pour la conception de nouveaux dispositifs analytiques luminescents. Le chapitre 3 présente des surfaces d'alliage mésoporeux Pt-Ir à impression chirale combinées à l’ECL pour la détection sélective des deux énantiomères de la phénylalanine (PA). Cet acide aminé peut agir simultanément comme une cible chirale et comme un co-réactif pour générer des différences significatives dans les signaux ECL dans des conditions physiologiques. L'information structurelle chirale codée dans l'alliage mésoporeux est convertie en une électrogénération énantiosélective de l'état excité du luminophore [Ru(bpy)3]2+, qui produit in fine l'émission lumineuse différenciée. Par conséquent, cette stratégie peut être appliquée efficacement pour la discrimination chirale, sur la base d'une différence d'émission lumineuse jusqu'à 20 fois supérieure pour les deux énantiomères.Electrogenerated chemiluminescence (ECL), which belongs to the family of luminescence phenomena, involves reactive intermediates produced electrochemically at the surface of an electrode and further generating an excited state of luminophore by undergoing a chemical step characterized by a highly exergonic electron-transfer reaction, followed by emission of a photon during relaxation from an excited state to ground state. Thus, ECL is initiated by an electrochemical step, continues with a homogeneous chemical reaction, and ends with a photochemical step.Chapter 1 presents the overview of ECL. After the introduction of the history, ECL and other forms of light emission were introduced. Then the general view of annihilation and co-reactant mechanisms, organic and inorganic luminophores and analytical applications were presented. In chapter 2, the novel concept of photo-induced electrochemiluminescence (P-ECL) was firstly introduced on two kinds of n-type semiconductor electrodes by using the model ECL systems. Photoinduced electrochemiluminescence (P-ECL) combines semiconductor (SC) photoelectrochemistry with electrochemiluminescence (ECL). The ECL emission is triggered by photogenerated holes (h+) in an n-type semiconductor (SC) electrode, where can generate P-ECL at a low potential. In the first part of this chapter, the P-ECL is generated on Si-based tunnel electrodes protected by few nanometer-thick SiOx and Ni stabilizing thin films with the model ECL system involving the simultaneous oxidation of [Ru(bpy)3]2+ and tri-n-propylamine (TPrA) in water. This silicon system, which is based on an upconversion process where light absorption at 810 nm induces ECL emission (635 nm), generates light at a low electrochemical potential of 0.45 V vs SCE. Neither this excitation wavelength nor this low applied potential is able to stimulate ECL light if applied alone, but their synergetic action leads to stable and intense ECL emission in water. In the second part of this chapter reports for the first time an original light-conversion strategy based on PECL of a luminol derivative (L-012) at BiVO4 photoanodes with large bandgap in water. Incident light with 375nm photoexcites simultaneously the L-012 fluorescence and the photoanode. However, the resulting signal is surpassed by the PECL emission. PECL can be induced at a potential as low as -0.4 V for several hours and can be employed to finely tune L-012 luminescence. This finding is promising for the design of new analytical strategies and light-addressable systems. In chapter 3, chiral-imprinted mesoporous Pt-Ir alloy surfaces combined with electrochemiluminescence (ECL) for the selective detection of the two enantiomers of phenylalanine (PA) is introduced. This amino acid can simultaneously act as a chiral target and also a co-reactant to generate significant differences in ECL signals under physiological conditions. The structural chiral information encoded in the mesoporous alloy is converted into an enantioselective electrogeneration of the excited state of the Ru(bpy)32+ dye, which in fine produces the differentiating light emission. Consequently, this strategy can be efficiently applied for chiral discrimination, based on an up to 20-fold difference in light emission for the two enantiomers
Geomorphological map of the Tiwanaku River watershed in Bolivia: implications for past and present human occupation
No full textInternational audienceThe Altiplano and more specifically the Titicaca circum-lake sector have recorded several major landscape transformations. In particular, changes in the lake water level lead to a significant vulnerability and contributed to the development of flexible and diverse agropastoral activities of the pre-Columbian and current populations to climate change. The Tiwanaku River, particularly because of the presence of the pre-Columbian Tiwanaku site, has been the subject of several research studies aimed at characterizing the environment of the archaeological site. Here we propose a new synthesis of the geomorphology of the Tiwanaku River watershed based on an interdisciplinary approach (Historical geography and remote sensing, cross combined with field survey). Our results show that the general organization of the drainage system is influenced by lake level and climatic changes. However several watercourses of the Tiwanaku River might be related to pre-Columbian agricultural or protourban structures. Our work allowed to estimate the regressive pattern of the coastline of Lake Titicaca and to identify major changes of the terminal and medium watercourse of the Tiwanaku River over the last 70 years
Landslides on the southern edge of the Larzac plateau : integration of structural geology and modeling
No full textL'étude des paléo-mouvements de terrain est essentielle car ils reflètent les conditions climatiques et géomorphologiques passées. Ces mouvements peuvent être réactivés par des facteurs naturels ou anthropiques, posant un risque pour les zones concernées. Cette thèse s'est intéressée à sept mouvements de terrain situés sur la bordure méridionale du plateau du Larzac, caractérisés à l'aide d'une approche multiméthodes combinant de la télédétection, des relevés de terrain (mesures des plans de stratification, relevé de fracturation), des datations par les nucléides cosmogéniques (36Cl), ainsi que des caractérisations mécaniques in-situ et en laboratoire. Plusieurs scénarios de rupture ont également été modélisés à l'aide des logiciels OptumG2 et 3DEC, en se basant sur le calcul du facteur de réduction de la résistance. Deux grands types de mouvements de terrain ont été caractérisés : (i) les glissements roto-translationnels et (ii) les extensions latérales des roches. Tous deux se produisent dans un milieu multicouche composé de dolomies et calcaires jurassiques (Hettangien), de grès dolomitisés et de marnes triasiques (Rhétien), reposant sur des argiles à évaporites (Norien-Carnien). La série carbonatée est traversée par deux réseaux de discontinuités N-S et E-O qui influencent la localisation des surfaces de rupture, le basculement des blocs et la délimitation des mouvements de terrain. Les volumes des glissements roto-translationnels varient de 9.4 à 33.6 millions de m³ avec des surfaces entre 1.9 et 3.4 x 10⁵ m², et des âges de 8.23 ± 2.69 à 18.72 ± 5.55 ka. Les extensions latérales ont des surfaces plus petites, de 2.5 x 10⁴ à 1.3 x 10⁵ m², et sont plus jeunes, entre 3.92 ± 1.38 et 4.04 ± 1.2 ka. Les rejets des glissements roto-translationnels sont plus élevés (60 à 130 m) que ceux des extensions latérales (15 à 20 m). Trois périodes principales ressortent : 19 ± 5 ka, 10-8 ± 2.7 ka et 4 ± 1.4 ka. Les carbonates montrent des modules de Young (Edyn) et de cisaillement (Gdyn) beaucoup plus élevés (59.8 et 25 GPa) que ceux obtenus en laboratoire (26.6 et 10.7 GPa), tandis que l'unité argileuse présente une élasticité beaucoup plus faible (Edyn : 7.5 GPa et Gdyn : 3.75 GPa). Une comparaison des paramètres mécaniques des carbonates entre les mesures en laboratoire et sur le terrain révèle un effet d'échelle, avec des valeurs de cohésion (12 MPa contre 3.4 MPa) et d'angle de friction (59° contre 41°) nettement plus élevées en laboratoire, en raison de l'influence des discontinuités. Les simulations numériques ont montré que l'effet combiné de plusieurs facteurs de causalité aboutisse à une réduction du facteur de sécurité, proche de la métastabilité, avec une influence marquée de la charge hydraulique et d'un niveau mécanique faible. La stratification mécanique joue un rôle crucial, les modèles révélant des surfaces de rupture dans les argiles, avec des facteurs de sécurité plus bas. Les discontinuités réduisent le volume mobilisé sans affecter le facteur de sécurité. Les simulations avec une nappe élevée montrent un basculement et une subsidence sous les carbonates, typiques des extensions latérales. Le niveau mécanique faible contraint la localisation en profondeur des surfaces de rupture, expliquant l'aplatissement des géométries roto-translationnelles. Un modèle conceptuel évolutif des mouvements de terrain situés du plateau du Larzac a été proposé, suggérant une transition d'une extension latérale à un glissement roto-translationnel en réponse aux évolutions géomorphologiques et géologiques. Ces travaux ont permis de discuter des divers facteurs de causalité, tant prédisposants que déclenchants, et ont fourni des pistes pour l'évaluation de l'aléa mouvement de terrain dans le Languedoc.Studying paleo-landslides is essential because they reflect past climatic and geomorphological conditions. These movements can be reactivated by natural or human factors, posing a risk to the affected areas. This thesis focused on seven landslides located on the southern edge of the Larzac plateau, characterized using a multi-method approach combining remote sensing, field surveys (measurements of bedding planes, fracture mapping), dating with cosmogenic nuclides (36Cl), as well as in-situ and laboratory mechanical characterizations. Several failure scenarios were also modeled using the OptumG2 and 3DEC software, based on the calculation of the strength reduction factor.Two main types of landslides were characterized: (i) roto-translational landslides and (ii) rock spreadings. Both occur in a multilayered environment composed of Jurassic dolomites and limestones (Hettangian), dolomitized sandstones, and Triassic marls (Rhaetian), resting on clays with evaporites (Norian-Carnian). The carbonate series is intersected by two discontinuity networks (N-S and E-W) that influence the location of failure surfaces, block tilting, and the delimitation of landslides. The volumes of roto-translational landslides range from 9.4 to 33.6 million m³ with areas between 1.9 and 3.4 x 10⁵ m², and ages from 8.23 ± 2.69 to 18.72 ± 5.55 ka. Rock spreadings have smaller areas, ranging from 2.5 x 10⁴ to 1.3 x 10⁵ m², and are younger, between 3.92 ± 1.38 and 4.04 ± 1.2 ka. The offsets in roto-translational landslides are higher (60 to 130 m) than those in rock spreadings (15 to 20 m). Three main periods stand out: 19 ± 5 ka, 10-8 ± 2.7 ka, and 4 ± 1.4 ka.Carbonates show significantly higher Young's modulus (Edyn) and shear modulus (Gdyn) values (59.8 and 25 GPa) compared to those obtained in the laboratory (26.6 and 10.7 GPa), while the clay unit has much lower elasticity (Edyn: 7.5 GPa and Gdyn: 3.75 GPa). A comparison of the mechanical parameters of carbonates between laboratory and field measurements reveals a scale effect, with significantly higher cohesion (12 MPa vs. 3.4 MPa) and friction angle (59° vs. 41°) values in the laboratory, due to the influence of discontinuities. Numerical simulations showed that the combined effect of several causative factors leads to a reduction in the safety factor, approaching metastability, with a marked influence of hydraulic loading and low mechanical strength. Mechanical layering plays a crucial role, with models revealing rupture surfaces in the clays, resulting in lower safety factors. Discontinuities reduce the mobilized volume without affecting the safety factor. Simulations with a high-water table show tilting and subsidence under the carbonates, typical of rock spreading. The low mechanical strength constrains the depth location of failure surfaces, explaining the flattening of roto-translational geometries. An evolving conceptual model of the landslides on the Larzac plateau was proposed, suggesting a transition from rock spreading to roto-translational sliding in response to geomorphological and geological changes. This work has provided insight into the various causal factors, both predisposing and triggering, and offered avenues for assessing landslide hazard in the Languedoc region
Cretaceous folding in the Dévoluy mountains (Subalpine Chains, France): gravity-driven detachment at the European paleomargin versus compressional event
No full textInternational audienceSituée dans les Chaînes subalpines méridionales, la région du Dévoluy-Bochaine offre une " discordance anté-sénonienne " interprétée classiquement comme le résultat d'une phase de compression d'âge turonien. Nous présentons des arguments conduisant au contraire à interpréter cette discordance comme le résultat d'un glissement synsédimentaire majeur sur la pente de la paléomarge européenne. Pendant l'intervalle Tithonique-Crétacé supérieur, le Dévoluy-Bochaine était situé sur la pente joignant la plate-forme du Vercors et le Bassin vocontien (partie profonde du bassin du Sud-Est), dans lequel s'accumulaient glissements en masse et dépôts resédimentés. Sous la discordance, le plissement du Dévoluy affecte les séries allant du Kimméridgien au Cénomanien, détachées en " méga-collapse " sur les " Terres Noires " du Jurassique moyen-supérieur. La troncature du toit de l'unité collapsée résulte de plusieurs facteurs, failles normales, fragmentation des couches encore peu consolidées et érosion par les courants de fond. On ne trouve dans l'interface de discordance ni dépôts continentaux ou paléosols, ni conglomérats de transgression, mais seulement des brèches de pied d'escarpement de faille sous-marine. Les couches sus-jacentes, d'âge essentiellement coniacien-maastrichtien, sont des calci-turbidites chenalisées où les slumpings sont encore fréquents. En conclusion, les massifs du Dévoluy-Bochaine offre le premier exemple, dans les Alpes externes, d'un collapse synsédimentaire majeur comparable aux cas décrits en offshore sur les marges du Niger ou d'Israël
Signification des retraits de knickpoint et évolution du relief : L'exemple messinien
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