Dossier a l`appui de la demande de creation d`un - INSU

Transcription

DOSSIER A L’APPUI DE LA DEMANDE DE CREATION
D’UN OBSERVATOIRE DES SCIENCES DE L’UNIVERS
EN REGION CENTRE
Préambule : l’OSUC, son contexte, ses structures
I – DOSSIER ADMINISTRATIF (UMS)
II – DOSSIER SCIENTIFIQUE
Porteur de projet : Elisabeth Lallier-Vergès
DR2 CNRS
SEPTEMBRE 2007
OBSERVATOIRE DES SCIENCES DE L’UNIVERS
EN REGION CENTRE
Sommaire
Préambule -------------------------------------------------------------------------------------------------- p.03
I – Dossier administratif-------------------------------------------------------------------------------- p.15
II – Dossier scientifique--------------------------------------------------------------------------------- p.31
II – 1 - Enjeux du projet scientifique-----------------------------------------------------------
p.31
II – 2 - Thématiques scientifiques : resultants et perspectives -------------------
p.34
----------
p.34
II – 2 - 2 - Réactivité et transfert entre hydro-géosphère et atmosphère --------
p.53
II – 2 - 1 - Exobiologie et organominéralisation (résultats STUC)
II – 2 - 3 - Observations électromagnétiques et gravitationnelles des objets
planétaires et astrophysiques --------------------------------------------------------------p.57
II – 2 - 4 – Modélisation et simulation numériques -------------------------------
II–3– Les Services d’Observation de l’OSUC (Perspectives)
p.69
p.75
II – 3 – 1 - Centre de traitement et d’archivages de données ------------------------- p.75
II – 3 – 2 - Instrumentation des grands observatoires sol et spatiaux -------------- p.76
II – 3 – 3 - Site instrumenté “Sols” (Surfaces et Interfaces Continentales) --------- p. 81
II – 4 - Les moyens de mesure et d’analyse de l’OSUC (résultats et perspectives) p. 83
II – 4 – 1 - Plateforme Microélectronique (résultats STUC) ------------------------- p. 83
II – 4 - 2 - Plateforme ANalyse-Imagerie 3D-MORS ------------------------------------
p. 87
II – 4 – 3 - Centre de Calcul scientifique (Perspectives) ------------------------------ p.91
II – 5 – Les services communs de l’OSUC -------------------------------------------------- p.92
II – 6 - Proposition d’offres de Formation au sein de l’OSUC -------- -------------------- p.93
Annexes STUC – Budget 2006 et Utilisation des crédits de la Fédération
--------- p. 95
III – Projets scientifiques et production des laboratoires : LPCE, ISTO, USN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ANNEXES
-
Préambule
Proposition de création d’un OSU en région Centre
La création d'un Observatoire des Sciences de l’Univers1 au sein de l'Université d'Orléans
répond à la volonté du Ministère délégué à l’Enseignement Supérieur et à la Recherche, de
structurer cet ensemble de disciplines au travers de la mise en place de quelques pôles
nationaux visibles au niveau européen. La notion d’Observatoire est propre à la discipline
des Sciences de l’Univers. Mise en place parallèlement à la création de l’Institut National des
Sciences de l’Univers (INSU) en 1985, cette notion est née de la nécessité de réaliser des
observations et des suivis physiques et chimiques des milieux naturels et de conserver sur le
long terme les données afférentes sur bases de données. Celles-ci concernent les domaines
de la volcanologie, de la sismologie, de l’astronomie et de l’astrophysique, de la géophysique
s.l. et plus récemment de la surveillance des surfaces continentales s.l. (air, eau, sols…).
Les activités en « Astronomie-Astrophysique » et « Océan-Atmophère » du LPCE et de
l’USR de Nançay d'une part, celles en « Sciences de la Terre et de l’Environnement » de
l’ISTO consolidées par la présence du BRGM à Orléans d'autre part, permettent la création
d’une structure de ce type en région Centre malgré la proximité de Paris. L'affichage OSU
est une chance inestimable pour l'Université d’Orléans et nos autres tutelles, c’est-à-dire
pour nos laboratoires. Il aura un effet structurant évident de la communauté des Sciences de
l’Univers et s’inscrit dans une démarche de rapprochement avec nos voisins thématiques et
géographiques que sont les laboratoires de l’INRA d’Orléans d’une part et le BRGM d’autre
part. Il pourra prendre effet dès le début du quadriennal 2008-2011. Il aura l'immense
avantage d'être attractif à la fois pour de nouvelles équipes mais aussi pour les étudiants. Il
regroupera dans l’état actuel du projet environ 290 personnes dont 230 permanents.
Par sa nature, ce projet ne peut entrer dans un des pôles de compétitivité définis en région
Centre, mais en revanche, il a pour vocation de proposer une action unifiée, et de ce fait plus
robuste, vis-à-vis du Développement Durable dont le Conseil Régional du Centre s’est fait
l’écho depuis de nombreuses années.
Nous proposons pour cet OSU l’appellation suivante :
OSUC : Observatoire des Sciences de l’Univers en région Centre
Le schéma d’organisation que nous proposons (figure jointe) a été conçu de manière à ce
que les grandes missions d’un OSU : Formation, Recherche et Observation, soient
clairement identifiées , et de manière à ce que les interactions entre ces 3 secteurs mais
aussi celles avec les entités extérieures à l’OSU, soient bien mises en evidence. Ce shéma
n’a pas valeur d’organigramme au sens strict car les modalités de gouvernance de
l’OSUC (et de l’UMS) doivent être validées par les futures instances de l’OSU.
1
OSU : Décret no 85-657 du 27 juin 1985 relatif aux observatoires des sciences de l'univers
-4-
-51 - Le Secteur Recherche
Il comprendra en premier lieu les laboratoires P.U. fondateurs :
- l’ISTO (Institut des Sciences de la Terre d’Orléans UMR 6113, dir. A. Bruand),
- le LPCE (Laboratoire de Physique et Chimie de l’environnement, UMR 6115, dir. P.L.
Blelly, M. Tagger? pour le prochain quadriennal)
- la Station radioastronomique de Nançay (USR 104, CNRS/Observatoire de Paris,
dir. N. Cornilleau-Werhlin).
Ces trois laboratoires sont rattachés au département délégué PU (Planète-Univers) et à
l’INSU, les deux premiers ont un rattachement secondaire à EDD (EnvironnementDéveloppement Durable).
A ces structures s’ajoutent dans un premier cercle :
- l’équipe “Exobiologie” du CBM, resp. F. Westall
(Centre de Biophysique
moléculaire, UPR 4301, dir. J.C. Beloeil)
- l’équipe “Chimie atmosphérique” de ICARE, resp. G. Lebras (UPR 3021, Institut
sur la Combustion, l’Aérothermique, la Réactivité et l’Environnement, dir. I. Gökalp)
- l’équipe “Equations Dérivées Partielles” du MAPMO, resp. S. Cordier (UMR 6628,
Mathématiques Applications Physique Mathématique Orléans, dir. S. Cordier)
- le laboratoire “Science du Sol” de l’INRA d’Orléans, (UR de l’INRA d’Orléans) dir.
G. Richard.
Dans un deuxième cercle, des chercheurs du laboratoire d’électronique de l’université
d’Orléans (LESI) spécialistes du traitement du signal seront associés à certains projets. Des
collaborations privilégiées seront favorisées avec le laboratoire d’informatique de l’Université
d’Orléans (LIFO) et le laboratoire de Mathématiques et Physique Théorique de Tours
(LMTP) pour certaines actions interdisciplinaires de l’OSUC.
La collaboration avec les laboratoires de l’Observatoire de Paris (LESIA, GEPI…) sera
renforcée.
La mise en place de l’OSU sera par ailleurs une opportunité excellente pour mieux définir le
positionnement régional du BRGM par rapport à nos laboratories, et inversement.
Chaque laboratoire ou équipe développera ses actions scientifiques (projets, recrutements,
fonctionnement) en relation avec ses propres tutelles. Les personnels resteront personnels
propres de ces laboratoires. A titre d’exemple, les IATOS de l’Observatoire de Paris de
l’USN resteront pour toute activité et promotion dans le cadre de cet établissement et sous la
direction du directeur de l’USR. Il en est de même pour les équipes des UPR du CNRS
(CBM, ICARE) ou de l’INRA (Science du Sol). Le fait d’appartenir à l’OSU en tant que
laboratoire ou équipe, ne place pas l’Université d’Orléans en tutelle du laboratoire ou de
l’équipe en question.
Pour éviter l’emboîtement de structures administratives, le renouvellement de la
Fédération STUC (dir. E. Lallier-Vergès) n’est pas demandé ici. En revanche pour
maintenir l’efficacité et la visibilité des actions de recherche et des moyens communs,
notamment d’observation, une UMS est demandée à la création avec une multi-tutelles
du CNRS, de l’Université d’Orléans, de l’Observatoire de Paris et de l’INRA.
Pour garder la valeur scientifique ajoutée du rapprochement de ces laboratoires,
l’OSUC dégagera des lignes budgétaires en vue de soutenir des actions
interdisciplinaires, répondant à une politique scientifique générale de l’OSUC.
L’originalité scientifique de l’OSUC est de soutenir :
-6-
les recherches propres des laboratoires (voir documents en annexe
résumant les projets des laboratoires),
un nouveau champ d’investigation “Planète-Univers” dans lequel la Planète
est considérée comme un système complexe réactif, intégré dans son
environnement spatial, système sur lequel l’Homme agit de manière
croissante. Ces recherches interdisciplinaires mises en oeuvre grace à la
federation STUC concernent à ce jour quatre thématiques scientifiques
majeures.
1. Exobiologie et organo-minéralisation : les mécanismes réactionnels entre
minéraux et substances organiques, leur rôle dans l’organo-minéralisation et l’origine
de la Vie. Cette thématique est engagée depuis de nombreuses années au LPCE, à
l’ISTO et au CBM et aujourd’hui sous-tend 5 projets.
2. Echanges chimiques sols - atmosphère : les processus de réactivité et de transfert
gouvernant les échanges chimiques entre les différentes enveloppes terrestres (du
sol à l’atmosphère). Ces recherches constituent un axe novateur des recherches du
LPCE et de l’ISTO qui se font en étroite collaboration avec le laboratoire ICARE (UPR
3021) et le laboratoire “Science du sol” de l’INRA d’Orléans (dir. G. Richard)
notamment dans un projet de PPF (2008-2011) intitulé « SOLENV ».
3. Ondes électromagnétiques et gravitationnelles : les observations électromagnétiques et gravitationnelles des objets planétaires et astrophysiques au sens
large, de l’environnement terrestre aux corps planétaires, corps astrophysiques
(pulsars) jusqu’aux trous noirs. Ces recherches seront menées essentiellement par
l’USR de Nançay et le LPCE en collaboration avec les laboratoires de Paris-Meudon
et le CEA. Les aspects de physique plus théorique seront traités en collaboration
avec le LMPT (Laboratoire de Mathématique et Physique Théorique) de Tours.
4. Simulation et modélisation numérique: au sens large, des processus physiques,
chimiques, optiques et mécaniques de l’environnement terrestre et spatial. Ces
recherches seront menées grace à l’intégration dans l’OSUC d’équipes du MAPMO
(laboratoire de mathématiques) de l’Université d’Orléans, mais également du LESI
(lab. électronique) et du LIFO (lab. Informatique) avec lesquels des collaborations
sont déjà en place. Cette thématique concerne également le développement de base
de données et de méthodes de spatialisation des données, menées dans le cadre du
projet ResoNAT qui réunit l’OSU, le BRGM, l’INRA et le Cemagref dans le CPER
2007-2013 sur les resources naturelles en sols-eaux-forêts.
Une cinquième en collaboration étroite avec le BRGM est en émergence :
-
Stockage géologique du CO2 : cette thématique est portée en region par le BRGM.
L’OSUC est partie prenante d’un projet mené dans le cadre du CPER du BRGM.
L’OSUC intervient essentiellement au travers de collaborations de l’ISTO sur la
modélisation des basins sédimentaires concernés et sur l’études des fluides, de leur
réactivité et de leur transport. A ce jour un post-doc et une thèse de l’ISTO seront
financés par le BRGM. Ce projet a un impact plus large puisqu’il intéresse les aspects
économiques de la filière “Capture et Stockage du CO2” et deux thèses sont menées
en parallèle au Laboratoire d’Economie d’Orléans (LEO, dir. A. Lavigne).
Les liens entre Recherche et Formation se feront naturellement au niveau des
Masters. Les liens entre Recherche et Observation se feront au niveau des grands
développements technologiques des moyens d’observation et d’analyse.
-72 – Le Secteur “Moyens Communs”
L’UMS (unité mixte de service) gérera le smoyens communs à savoir :
-
les services d’observation,
-
les plateformes de mesure et d’analyse,
-
les services communs de l’OSUC.
Il est indispensable que cette UMS puisse obtenir la multi-tutelles Université d’Orléans
CNRS, et Observatoire de Paris afin de faciliter les activités liées à l’observation
radioastronomique, menées depuis des années en collaboration étroire avec
l’Observatoire de Paris. Il est également souhaité que l’INRA puisse être tutelle de cette
UMS pour donner à la thématique Environnement – Sols toute sa place au sein de
l’OSUC, équilibrant en cela les thématiques “Espace” et “Surfaces continentales”. L’INSU
et l’Université d’Orléans y sont effectivement très favorables.
2a – Les moyens d’observation
Les S.O. de l’USR de Nançay labellisés “Observatoire de Paris” resteront “Observatoire de
Paris”.
Au cours du quadriennal, nous demanderons la labellisation des services suivants :
-
S.O. Instrumentation des grands observatoires (AA). Seuls de nouveaux S.O.
peuvent dans l’avenir être labellisés “OSUC”. C’est le cas de la station d’antennes
LOFAR pour laquelle nous demanderons une labellisation de service ou de tâche
d’observation.
-
S.O. Centre de traitement et d’archivage des données (AA). Ils concerneront les
données de l’environnement spatial “satellites” (Taranis, Demeter…) pour lesquels le
LPCE est PI et les données “sol” (antenne TBF Nançay) ainsi que certaines données
du RT (pulsars…).
-
S.ORE Surfaces continentales (SIC). Il s’agit de sites instrumentés « SOLS » dans
le cadre du projet ResoNAT qui réunit l’OSUC, le BRGM, l’INRA et le Cemagref dans
le CPER 2007-2013.
2a – 1 - Rappel des SO labellisés “Observatoire de Paris, Nançay”
SO-2 – Instrumentation des grands observatoires (sol et spatiaux)
-
SKA : USN, LESIA, GEPI, LERMA (ASIC, traitement des interférences,
démonstrateur EMBRACE, modélisation)
FASR : USN, LESIA (définition du récepteur « basses fréquences », simulation de
l’instrument)
SO-3 – Stations d’observation nationales et internationales (affectations effectives ou
envisageables)
-
Radiotélescope Nançay : USN, LESIA, GEPI
SO-6 – Surveillance solaire, relations soleil-Terre, environnement terrestre
-8-
-
Radiohéliographe de Nançay : USN, LESIA (ou OSUC, LESIA à voir)
FASR : USN, LESIA (études, développement et préparation de l’exploitation)
Réseau décamétrique (Nançay abrite un équipement d’une équipe extérieure :
LESIA)
2a – 2 - S.O. labellisables OSUC (voir dossier scientifique § II-3)
SO-2 – Instrumentation des grands observatoires (sol et spatiaux) ou SO-3?
Station d’antennes Basse Fréquence LOFAR : projet OSUC dans FLOW
(French LOFAR)
SO-5 Centres nationaux ou internationaux de traitement et d’archivages des données
-
Centre de données et d’opérations (satellites-sol) : proposition du LPCE
-
Suivi et analyse des signaux Pulsars : proposition du LPCE
SO-6 – Surveillance solaire, relations soleil-Terre, environnement terrestre
- SUPERDARN : proposition LPCE en réflexion.
SORE - Service d’observation et de recherche en environnement
Sites instrumentés “Sols-Capteurs” dans le cadre du projet régional OSUC-INRA-BRGM
« ResoNAT ».
Proposition de l’ISTO : Extension du projet LOFAR à des thématiques environnementales.
Une réflexion est en cours avec nos collègues hollandaise qui ont commence à utiliser les
infrastructures de calcul de LOFAR pour traiter des données de capteurs géophysiques et
environnementaux dans les sols.
2b - Trois plateformes technologiques regroupent les moyens de mesure
et d’analyse.
1. Microélectronique de faible puissance et capteurs dédiée à la radioastronomie et au
spatial dans le cadre de l’ AMARC (Axe Micro-électronique Appliqué à la Radio de la
région Centre),
2. ANalyse et Imagerie 3D des Matières Minérales et Organiques des Roches et des
Sols (AN-I-MMO-RS) terrestres et extra-terrestres qui concernera des équipements de
laboratoires mais également des manips embarquées. L’acquisition de certains appareils
se fera en collaboration avec le BRGM et l’INRA d’Orléans (ResoNAT),
3. Calcul scientifique dans le cadre du PPF Cascimodot de l’Université d’Orléans (calcul
partagé, clusters de PC mutualisés…) en vue de mettre en place à Orléans un mésocentre de calcul.
2c - Les services communs
-9Mis à la disposition de l’ensemble de l’OSUC, leurs contours ne sont pas encore
définitivement tracés, mais il s’agira sans nul doute de fonctions administratives et
techniques du type :
-
secrétariat, gestion,
communication : aspect important de l’OSUC
reprographie (thèses, posters, plaquettes…),
ainsi que de mise en réseau de compétences :
- réseau des documentalistes (une convention est déjà en vigueur entre l’ISTO et le
BRGM)
- réseau des informaticiens,
- réseau des mécaniciens,
- réseau des électroniciens.
3 - Le secteur Formation
Le secteur Formation reste à ce jour dans le cadre de l’UFR Sciences. Un travail profond
s’engagera au travers de la commission pédagogique de l’OSUC pour construire des
enseignements Planète-Univers. Pour l’instant, les maquettes de Licence et de Master
viennent de remonter au Ministère dans un contexte où l’OSU n’était pas encore identifié. Il
s’agit pour l’instant des diplômes et mentions suivantes :
-
Licence Sciences de la Terre s’appuyant pour une très large part sur des
enseignements en géologie
-
Licence de Chimie
-
Licence de Physique
-
Master « Géosciences et Environnement» avec trois parcours
1- Géomatique (« pro »)
2- Ressources minérales (collaboration Univ. Québec) (« pro »)
3- Recherche « Géosciences et Environnement »
-
Master 3E « Energie, Environnement, Espace» avec cinq spécialités :
1- Fluides, Energétique et Applications (coll. Polytech)
2- Procédés Plasmas et Lasers (coll. Polytech)
3- Environnement Spatial
4- Chimie de la Combustion et de l’Atmosphère (50% Energie, 50% Envt)
5- Combustion, Pollutions et Risques Environnementaux (« pro »)
Nous proposons ici un schéma en complément aux maquettes proposées qui nous semble
plus en cohérence avec la création de l’OSU :
-
une licence « Sciences de la Terre » plus dure avec des enseignements solides en
physique (en réflexion au sein du département)
-
l’introduction d’un parcours de Master « Environnement – Planète – Univers”.
Pour l’instant, il est proposé qu’une mention spéciale “E.P.U.” puisse être décernée
aux étudiants ayant suivi les parcours plus orientés Recherche à savoir le parcours 1
du Master “Géosciences et Environnement” ainsi que l’une des spécialités (3 et 4) du
Master 3E.
- 10 Il est attendu un impact important sur le recrutement des étudiants via l’OSU, lesquels
viendront alors chercher en région Centre une formation intégrée et originale dans ce
domaine. Des collaborations avec les universités étrangères et les collectivités territoriales
permettront de proposer en Master des stages ou des camps de terrain spécifiques et
originaux dans le cadre des thématiques de recherche des laboratoires de l’OSU.
4 - Autres secteurs
Une autre ambition de ce projet est de proposer une relation renforcée avec le monde socioéconomique régional. Il nous semble en effet nécessaire de développer d’autres secteurs
d’activité qui ne figurent pas encore sur l’organigramme.
-
La valorisation et le transfert de technologie. L’OSU ayant une mission
d’opérateur régional dans le domaine de la recherche fondamentale, nous
souhaitons soutenir les aspects Valorisation et Transfert de Technologie au sein
des laboratoires en relation avec les services « Valorisation » de l’Université et
leurs équivalents de la délégation du CNRS, de l’Observatoire de Paris et de
l’INRA, et avec d’autre part, Orléans Technopole.
-
La vulgarisation et la communication Grand Public pour lesquels, nous
interagirons avec « Centre-Sciences ».
-
Les conditions d’accueil des chercheurs extérieurs, des stagiaires et
étudiants. Pour cet aspect, il est important de faire le point sur les possibilités de
collaboration avec l’Université d’Orléans et le Studium (Center for advanced
research Orléans-Tours).
5 – Proposition de fonctionnement de l’OSUC (cf. “schéma organisationnel ciaprès)
La direction de l’OSU (c’est-à-dire l’exécutif gérant l’OSU au quotidien) sera assurée par le
directeur de l’OSU ayant en charge la responsabilité des trois secteurs : Recherche,
Observation et Formation en devenir. Il sera secondé d’un administrateur (IE) en charge des
services communs de l’OSU et d’un secrétaire-gestionnaire (AI) demandés en NOEMI au
CNRS ainsi qu’à l’Université d’Orléans, ces deux personnels étant affectés à l’UMS..
Quatre commissions : Formation, Recherche, Observation, Communication (rythme
des réunions dépendant du calendrier des actions) sont proposées pour le management
interne des différents secteurs et le suivi des différentes actions.
1- La commission Formation fonctionnera comme commission pédagogique avec
pour mission de mettre en place à terme une formation complète “Planète –
Univers” au sein de l’OSU. Cette commission sera constituée d’enseignantschercheurs géologues, physiciens, chimistes et mathématiciens de l’OSUC et de
chercheurs CNRS des mêmes disciplines.
2- La commission Recherche aura en charge l’animation de la recherche auprès du
directeur et le suivi des actions inter-disciplinaires de l’OSUC.
3- La commission Observation pourrait être le miroir du conseil de l’UMS où seront
présentes les personnes en charge des différentes plateformes technologiques.
4- La commission Communication (à définir) aurait en charge l’ensemble de la
communication en externe : collaborations scientifiques avec les autres
organismes et universités, valorisation, vulgarisation grand public…
- 11 Un bureau exécutif dont la mission sera d’assister la direction de l’OSU dans l’application,
le suivi et la prospective de sa politique (réunion mensuelle) sera constitué des personnes
suivantes :
- le directeur de l’OSU,
- les responsables des commissions Formation, Recherche, Moyens communs et
Communication,
- les directeurs des laboratoires Planète-Univers du CNRS (ou leurs directeursadjoints)`
- l’administrateur chargé des services communs.
Un conseil d’administration, statutaire dans lequel siégeront des membres élus et
nommés représentants de l’ensemble du personnel de l’OSU ainsi que des membres
extérieurs. Ce C.A. est chargé notamment de définir la politique scientifique, d’émettre un
avis sur les propositions de recrutements et de voter le budget. La direction de l’OSU veillera
à ce que la représentation du CNRS mais également de l’Observatoire de Paris, et de l’INRA
notamment des chercheurs associés à l’USR de Nançay et au laboratoire Science du Sol de
l’INRA d’Orléans soit effective et équilibrée au sein de ce C.A. Par ailleurs, le BRGM, l’Ecole
Doctorale, le Conseil régional du Centre seront également représentés.
Ce conseil d’administration aura pour mission de veiller à la qualité scientifique, pédagogique
et technologique des actions menées au sein de l’OSU et au rayonnement national et
européen qui devra s’en dégager.
6 – Moyens
6a - Moyens humains
Les forces impliquées représentent aujourd’hui un total d’environ 300 personnes dont
213 permanents.
Ens. Ch.
Chercheurs
Chercheurs
associés
CNAP
ITA
IATOS univ
IATOS ens.
IATOS Obs
ss-total
permanents
DOC
POST-DOC
CDD
ss-total
non
permanents
TOTAL
ISTO
LPCE
Nançay
(UMR)
(UMR)
(USR)
35
12
13
15
1
33
(Meudon)
Equipe
CBM
(UPR)
2
1
29
2
12
2
78
60
29
42
(75)
4
31
4
3
38
9
5
4
18
2
2
1
5
2
1
1
4
116
78
47
(80)
8
17
11
3
Equipe
ICARE
(UPR)
Equipe
MAPMO
(UMR)
7
4
Sci.sol
TOTAL
UR
INRA
7
1
10
4
8
17
2
3
1
4
2
1
3
4
6
7
12
23
55
41
33
1
71
13
3
29
213
(246)
53
15
10
78
291
(324)
- 12 -
6b - Moyens financiers
(Financement des équipements de l’OSU dans le cadre du quadriennal
08-11)
Les Equipements (mi-lourds, R&D, grands équipements) des moyens communs de l’OSU ont
été demandés dans le cadre du CPER en septembre 2006 via une fiche « OSUC » déposée
au ministère.
Une partie de ces demandes a été acceptée dans le CPER, via 1) la station
radioastronomique de Nançay 2) le projet ResoNAT.
En revanche l’ensemble des demandes du LPCE et une large part des demandes de l’ISTO
n’ont pu être prises en compte dans le CPER. Nous travaillons actuellement à la mise en
place de projets scientifiques d’envergure afin d’obtenir un soutien de la région Centre et des
tutelles hors du CPER. La liste de ces équipements est présentée ci-après ainsi que dans le
tableau de la partie administrative du dossier.
7 – Demandes d’équipements (cf. Tableaux ci-après)
7a – demandes figurant dans le CPER
Plateforme technologique 1 - Microélectronique faible puissance et capteurs
o
ASIC, microsystèmes, et outils de développement de la radioastronomie :
demande Nançay
Plateforme technologique 2 – AN-I-MMO-RS
o
jouvence microsonde électronique : demande ResoNAT
o
jouvence MEB-Raman : demande ResoNAT
Plateforme technologique 3 - Calcul scientifique
o
base de données sols : demande ResoNAT
S.O Radioastronomie, astrophysique
o
ligne haut débit : demande Nançay
o
station d’antennes LOFAR : demande Nançay
o
extension géographique et thématique LOFAR : demande UMS/OSUC
S.O./ORE Site instrumenté “SOLS”
o
tests de capteurs et monitoring de paramètres physico-chimiques des sols :
demande ResoNAT
7b – demandes ne figurant pas dans le CPER
Plateforme technologique 1 - Microélectronique faible puissance et capteurs
- 13 o
capteurs électromagnétiques : développement spécifiquement dédiée aux
moyens embarqués sur satellites ou ballons, demande LPCE
Plateforme technologique 2 – AN-I-MMORS Analyse et imagerie 3D des Matières
Minérales et organiques des Roches et des Sols
o
microtomographie RX : demande ISTO
o
microscope confocal : demande UMS/OSU
o
Pyrolyse Rock Eval : demande UMS/OSU
o
Accompagnement programme EXOMARS : demande UMS/OSU
o
Couplage GC -irMS : demande UMS/OSU
Plateforme technologique 3 - Calcul scientifique
o
Calcul en réseau: demande UMS/OSU
o
Stockage de données : demandes laboratoires et UMS/OSU
8 – Recrutements souhaités
Soutien Services Communs/administratifs
IE, dont la mission est d’être administrateur de l’OSU, aux côtés de la
direction et responsable des services communs
AI secrétaire – gestionnaire UMS
T secrétaire – gestionnaire LPCE
IE informatique/réseau LPCE
AI assistante de direction ISTO
Soutien Plateformes technologiques
o
Microélectronique et capteurs
Ingénieur Microélectronique (demandé par le LPCE)
Ingénieur Microélectronique (demandé par Nançay)
Ingénieurs Instrumentation (demandés par le LPCE)
Ingénieurs Electronique (demandés par le LPCE)
o
Plateforme ANIMMORS
Technicien Chimie (demandé par l’ISTO)
o
Calcul scientifique
Ingénieur Calcul Scientifique (demandé par l’ISTO)
Ingénieur Calcul Scientifique (demandé par le LPCE)
Les 5 demandes LPCE d’ingénieurs sont grandement justifiées par le nombre important de
départs à la retraite en 2008-2009 soit 5 ingénieurs largement impliqués dans les manips
spatiales : J.L Michau, J. Lespagnol, C. Delannoy, R. Thomas et P. Gille.
- 14 Soutien Recherche (Affichages de chercheurs pour 2008, cf. labintel)
o
ISTO (cf. Dossier quadriennal)
Paléoclimats - Moléculariste (CR CNRS)
Environnement – Métaux – Spectroscopiste (CR CNRS)
o
LPCE (cf. Dossier quadriennal)
Environnement Spatial (CR CNRS).
Plasmas (CR CNRS)
Soutien Services d’Observation (postes CNAP) 2008 – 2011. Priorités à définir.
projet LOFAR
projet “Centre de données Satellites – Sol “.
projet “Pulsars…”
projet Sites Instrumentalisés
9 – Rapide historique du regroupement des Sciences de l’Univers en région
Centre (cf. Fresque ci-après)
Le regroupement des forces en Sciences de l’Univers de la région Centre s’est matérialisé
depuis 6 ans par plusieurs actions successives que nous rappelons ici. Au préalable, les
liens ne concernaient que les laboratoires spatiaux : le LPCE et l’USR de Nançay.
En janvier 2000, trois laboratoires en Sciences de la Terre du CNRS et de l’Université
d’Orléans, se sont regroupés en une seule UMR en s’y adjoignant une équipe de physiciens
cristallographes du CRMD : l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO). Celui-ci
compte aujourd’hui environ 100 personnes. Très rapidement, un GIS (groupement d’intérêt
scientifique) regroupant plusieurs organismes, à savoir le CNRS , les universités d’Orléans
et de Tours, le BRGM, l’INRA et l’IRD, a vu le jour pour mettre en place des actions
communes, ciblées dans le domaine de l’ « Environnement, des Sciences de la Terre, de
l’Eau et des Territoires » (GIS ESTET). Dans le même temps, le LPCE renforçait sa
collaboration avec l’équipe d’exobiologie du CBM d’Orléans (André Brack), l’équipe réactivité
atmosphérique du LCSR et la station de Nançay grâce à la mise en place d’une convention
tri-partite, aujourd’hui dissoute. De son côté, l’ISTO construisait avec le BRGM et l’INRA,
l’axe Sciences de l’environnement du projet régional SOLEIL Centre.
En janvier 2004, le Ministère a créé la Fédération des Sciences de l’Univers en région
Centre (STUC), à la demande de l’Université d’Orléans et de l’Observatoire de Paris. Elle a
été reconnue par le CNRS en janvier 2006 (FR 6220) et compte aujourd’hui 230 personnes.
Cette fédération qui regroupe les trois laboratoires SDU de la région Centre (ISTO, LPCE,
Nançay) a collaboré activement avec deux équipes régionales : l’équipe d’exobiologie du
CBM (resp. F. Westall, dir. J.P. Beloeil) et l’équipe réactivité atmosphérique de ICARE (resp.
J. Lebras, dir. I. Gökalp).
En octobre 2004, une convention de collaboration ISTO-BRGM a été signée entre le
CNRS, l’Université d’Orléans et le BRGM pour mieux coordonner en région les projets des
Sciences de la Terre, notamment au niveau des thèses co-financées et des projets interorganismes. En 2006, la création d’une cinquième année de spécialisation au sein de l’école
Polytech’Orléans de l’Université, intitulée Gestion environnementale des sols, a été validée
par la commission des titres d’ingénieur grâce à la participation active de l’ensemble des
- 15 organismes et établissements présents à Orléans (Université, CNRS, BRGM, INRA, IRD,
ADEME, ANTEA).
Récemment, le CNRS, les universités Orléans-Tours, le BRGM, l’INRA et le Cemagref ont
collaboré à la création d’un cluster d’excellence sur les ressources naturelles renouvelables
« Sols-Eaux-Forêts » avec pour objectifs principaux la connaissance et la valorisation des
fonctions et usages des sols : sols agricoles, forestiers, urbains et industriels, proche
sous-sol. Ce Cluster de compétence a présenté une fiche-projet CPER intégrée multiorganismes projet ResoNAT (porteur D. King, INRA). Les laboratoires de l’OSUC y figurent
pour certains équipements demandés en commun.
En accord avec le projet d’OSU, nous déposons un dossier de création de
structure fédérative (avec création d’UMS).
Le document ci-après présente :
- les thématiques de recherche transversales, incluant les résultats des
recherches de la Fédération de 2004 à 2006,
- les moyens d’observation, de mesure et d’analyse,
- les propositions d’offre de formation,
- un bilan “production” et “finances” de la fédération STUC,
- la prospective scientifique et production du LPCE
- la prospective scientifique et production de l’ISTO
- la prospective scientifique et production de l’USR de Nançay.
- 16 -
- 17 -
- 18 -
Direction de l’OSUC
Comité de direction
SCHEMA
ORGANISATIONNEL
-
DE l’OSUC - 2008
-
UFR
SCIENCES
FORMATION
USR Nançay
CNRS – OBS P
LPCE
E
X
O
ISTO
B
UO - CNRS
I
O
L
Equipe Exobio O
CBM - CNRS GI
E
UO – CNRS
M
A
T
H
S
C
H
I
M
I
E
S.T.E.
-
-
RECHERCHE
Ecoles d’été, Stages
P
H
Y
S
I
Q
U
E
Label spécial de Master
« Environnement, Planètes,
Univers »
Conseil de l’OSUC
Commissions
directeur
directeurs labos P.U.
Resp. Recherche (dir-adj.)
Resp. Formation
Resp. Observ°/Plateformes
Resp. Administratif (resp.
services communs)
M
O
D
E
L
I
S
A
T
I
O
N
O
B
S
E
R
V
A
T
I
O
N
S
N
Equipe Atmosphère U
ICARE - CNRS
Equipe Modélisation
MAPMO
UO – CNRS
M
E
R
I
Q
U
E
E
M
A
G
Formation
Recherche
Observation et
moyens communs
Communication
MOYENS COMMUNS
UMS UO–CNRS–OBSP-INRA
E
C
H
A
N
G
E
S
C
H
I
M
I
Q
U
E
S
Lab. Science du Sol
INRA d’Orléans
Equipes LESI
EA – UO
OBSERVATION
SO - AA
SO - SIC
MESURE - ANALYSE
MICROELECTRONIQUE
IMAGERIE 3D – ANALYSE
MOYENS DE CALCUL
SERVICES COMMUNS
SECR-GESTION
COM-REPRO
Réseaux
DOCUMENTATION
MECANIQUE
INFORMATIQUE
ELECTRONIQUE…
Collaborations au sein de l’Université d’Orléans (LIFO), de l’Université de Tours (LMPT) et du P.R.E.S.
Collaborations extérieures principales : laboratoires Paris-Meudon, BRGM
RELATIONS ENTRE LES DIFFERENTS SECTEURS ET ACTEURS DE L’ OSUC :
COMPOSANTE DE L’UNIVERSITE D’ORLEANS
PROJETS OSUC
2008 -2011
TOTAL
HT
REGION
INSU/CNRS
FEDER
CPER
Université
BQR
Fds propres
Progr.
OBS
Paris
IN2P3/P2I
CNES
PLATEFORME TECHNOLOGIQUE 1 de l'OSUC : MICROELECTRONIQUE / CAPTEURS
DANS CPER
Outils de développement
radioastronomie au sol (880 k€ TTC)
735 786
309 365
83 612
242 475
100 334
TOTAL HT
735 786
309 365
83 612
242 475
100 334
TOTAL HT / an (CPER 7ans)
105 112
44 195
11 945
34 639
14 333
420 000
60 000
150 000
210 000
TOTAL HT
420 000
60 000
150 000
210 000
TOTAL HT /an (quadriennal)
105 000
15 000
37 500
52 500
TOTAL
1155786
369365
233612
HORS CPER
Capteurs électromagnétiques
satellites (502k€ TTC)
242475
100334
210000
PROJET OSUC
2008 -2011
TOTAL
HT
REGION
INSU/CNRS
Université
CPER
Université
BQR
PROGR. Fds propres
CNES
BRGM
INRA
CHIMIE
ResoNAT
PLATEFORME TECHNOLOGIQUE 2 de l'OSUC : PROJET : ANIMMORS
ANalyse et Imagerie 3D des Matières Organo-Minérales des roches et des sols
DANS CPER
Jouvence Microsonde élec. (600 k€ TTC)
501 672
167 224
221 572
112 876
Jouvence MEB Raman (600 k€ TTC)
501 672
167 224
112 876
221 572
1 003 344
334 448
334 448
334 448
143 335
47 778
47 778
47 778
Microtomographe RX (358 k€ TTC)
300 000
60 000
120 000
30 000
40 000
Microsocope Confocal (275 k€ TTC)
230 000
120 000
30 000
15 000
15 000
20 000
Pyrolyse ROCK EVAL (311 k€ TTC)
260 000
140 000
60 000
15 000
30 000
15 000
Accompgnt EXOMARS (215 k€ TTC)
180 000
60 000
30 000
Couplage CG/irMS (293 k€ TTC)
245 000
120 000
70 000
1 215 000
500 000
310 000
65 000 135 000
15 000
90 000
70 000
30 000
303 750
125 000
77 500
16 250
33 750
3 750
22 500
17 500
7 500
TOTAL HT
2 218 344
834 448
310 000
65 000 135 000
15 000
90 000 334 448 70 000
30 000
TOTAL HT convention
TOTAL HT /an (conv. 3 ans)
1 215 000
405 000
500 000
166 667
310 000
103 333
65 000 135 000
21 667 45 000
15 000
5 000
90 000
30 000
30 000
10 000
TOTAL HT
TOTAL HT /an (CPER 7 ans)
HORS CPER
TOTAL HT
15 000
35 000
30 000
90 000
5 000
334 448
50 000
70 000
23 333
PROJETS OSUC
2008 -2011
TOTAL
HT
REGION
INSU/CNRS
MICROSOFT
BQR
Fds propres
Progr.
30 000
Université Orléans
PLATEFORME TECHNOLOGIQUE 3 de l'OSUC : CALCUL SCIENTIFIQUE
HORS CPER
Participation aux Moyens de calcul
mutualisés de l'Université d'Orléans (239 k€ TTC)
200 000
90 000
70 000
10 000
Stockage de données (239 k€ TTC)
200 000
90 000
100 000
10 000
TOTAL HT
400 000
180 000
170 000
20 000
30 000
100 000
45 000
42 500
5 000
7 500
TOTAL HT convention
400 000
180 000
170 000
20 000
30 000
TOTAL HT /an (conv. 3 ans)
133 333
60 000
56 667
6 667
10 000
OBS
Paris
CNES
PROJETS OSUC
2008 -2011
TOTAL
HT
REGION
INSU/CNRS
FEDER
CPER
Université
BQR
Fds propres
Progr.
OBS
Paris
150 502
50 167
IN2P3/P2I
EQUIPEMENTS, S.O., RADIOASTRONOMIE / ASTROPHYSIQUE
DANS CPER
THD vers les réseaux RENATER et GEANT
Ligne Haut débit (1050 k€ TTC)
877 926
334 448
50 167
275 920
292 642
STATION BASSE FREQUENCE EN RESEAU LOFAR
LOFAR (980 k€ TTC)
819 398
192 308
LOFAR extension géogr. (550 k€ TTC)
459 866
125 418
LOFAR extension envt (380 k€ TTC)
317 726
150 502
100 334
2 474 916
802 676
426 421
292 642
353 559
114 668
60 917
2 474 916
802 676
426 421
TOTAL HT
TOTAL HT /an (CPER 7 ans)
TOTAL
160 535
190 635
551 839
210 702
190 635
41 806
78 834
30 100
27 234
292 642
551 839
210 702
190 635
334 448
66 890
CNES
Contractualisation vague B 2008-2011
Dossier de demande de reconnaissance
d'une structure fédérative
Observatoire des Sciences de l'Univers
en région Centre
Porteur de projet
Elisabeth LALLIER-VERGES
* DSPT n° 3 Dpt Sciences de la Terre et de l’Univers, Espace
* CNRS : Département scientifique MPPU
(Mathématiques, Physique, Planète et Univers)
* Observatoire de Paris
Université d’Orléans
- 26 -
Partie à remplir par le responsable de ou des établissement(s)
demandeur(s) :
Je donne mon accord à la présente demande de reconnaissance par le ministère (et
éventuellement d’association au CNRS) d'une structure fédérative.
Sous réserve de l'accord de la direction de la recherche (et du directeur général de l’EPST concerné),
la direction de la structure fédérative serait assurée par :
M/Mme Elisabeth LALLIER-VERGES (porteur de projet)
Nom et prénom du responsable de l’établissement demandeur (établissement
principal) : Gérald GUILLAUMET………………………………………
Qualité : Président de l’Université d’Orléans ………………………………………
Date :
Signature :
Nom et prénom du responsable de l’établissement demandeur (établissement(s)
secondaire(s), le cas échéant) : Josette ROGER ………………………………………
Qualité : Déléguée Régionale CNRS - Délégation Centre-Poitou-Charentes
………………………………………
Date :
Signature :
Nom et prénom du responsable de l’établissement demandeur (établissement(s)
secondaire(s), le cas échéant) : Daniel EGRET ………………………………………
Qualité : Président de l’Observatoire de Paris………………………………………
Date :
Signature :
- 27 I - Structuration et moyens de la structure fédérative faisant l’objet d’une demande de
reconnaissance
I.1 - Caractéristiques de la demande de reconnaissance
Établissement demandant le rattachement de l’unité à titre principal : l’Université
d’Orléans……………………
Etablissement(s) demandant le rattachement de l’unité à titre secondaire : CNRS, Observatoire
de Paris
Intitulé de la structure fédérative (au 1er janvier 2008)
Observatoire des Sciences de l’Univers en région Centre - UMS
Responsable (au 1er janvier 2008)
M./Mme
Nom
Prénom
Organisme
(le cas
échéant)
Corps-Grade
Section du C.N.U. ou de
l’organisme
LALLIER-VERGES
Section 19 du comité
Elisabeth
DR2
CNRS
Porteur de projet
national
⌧ J’autorise la diffusion de mon nom sur internet (annuaire des structures fédératives).
Mme
Département(s) scientifique(s) et secteurs disciplinaires de la MSTP (cf. nomenclature) :
- Département scientifique principal : DS3 et éventuellement secondaires : DS2, DS 4.
- Secteur disciplinaire principal : 303 et éventuellement secondaires : 221, 301, 402.
EPST ou EPIC partenaires (le cas échéant) : CNRS, Observatoire de Paris
Type de demande :
Demande de reconnaissance FED (fédération ministère)
Soutien à une MSH (Maison des
FR (fédération de recherche CNRS)
Sciences de l’Homme)
⌧ UMS (unité mixte de service CNRS)
Mots-clefs MSTP (cf. nomenclature) :
soleil – étoiles - milieu interstellaire - Galaxies - cosmologie, relativité - astrophysique - systèmes de
références - instrumentation - planétologie - système solaire - magnétosphère, ionosphère exoplanètes - exobiologie - physique, chimie de l'atmosphère - climatologie, paléoclimatologie environnement - pollution - sciences du sol - hydrologie, hydrogéologie - pédologie - géomorphologie stratigraphie, sédimentologie - paléogéographie - géologie - géophysique - géochimie - pétrologie,
minéralogie - métallogénie - géomicrobiologie - biogéochimie continentale, océanique - tectonique volcanologie - risques naturels - modélisation des systèmes complexes - changement climatique
global - environnement –gestion des milieux - risques naturels - déchets - dépollution - gestion des
matières premières - pollution - stockage de CO2 - combustion - énergie renouvelable - matériaux
pour l'énergie - milieux ionisés - milieux réactifs - thermodynamique - transferts – échanges
Mots-clefs libres :
Processus aux interfaces, Exobiologie, Chimie des enveloppes terrestres, Radioastronomie, Ondes
électromagnétiques et gravitationnelles, Imagerie 3D/Chimie, Constituants organiques et minéraux,
Microélectronique, Calcul scientifique.
Coordonnées officielles de la structure fédérative :
- Localisation et établissement : Batiment ISTO
- Numéro, voie : 1 A rue de la Ferollerie
- Boîte postale : BP 45071
- Code postal et ville : 45071 ORLEANS CEDEX 2
- Téléphone : 02 38 25 53 40 Télécopie : 02 38 63 64 88
- Adresse électronique : [email protected]
Date et signature du responsable de la demande :
Orléans le
Elisabeth LALLIER-VERGES
- 28 -
I.2 - Moyens matériels et financiers
I.2.1 Liste des achats d'équipement souhaités ou programmés pour le
prochain contrat par les laboratoires constitutifs de l’OSU et l’UMS
Descriptif et nombre
Radioastronomie - LOFAR (CPER)
1– Ligne Très Haut débit
2 – Station LOFAR
3 –Extensions géographique et
thématique LOFAR
Outils de dévt - µélectronique
Capteurs
1– ASIC, µsystèmes, équipt.
2– Capteurs électromagn.
Coût unitaire
HT
1- 878k€ -CPER
2- 819k€ - CPER
3- 777k€ - CPER
1- 736 k€ CPER
2. 420 k€ hors CPER
Plateforme ANalyse/Imagerie3D
hors CPER
1.Microtomographe RX
2. Microscope confocal
3. Pyrolyse Rock Eval
4.Accompagt EXOMAR
5.Couplage CG-irMS
1.
2.
3.
4.
5.
Plateforme ANalyse/Imagerie3D
dans CPER (avec BRGM pour 1/3)
1.Microsonde électronique
2. MEB Raman
1. 501 k€
2. 501 k€
Plateforme Calcul
Participation Méso-Centre Calcul
Orléans-Tours
200 k€
Total
300 k€
230 k€
260 k€
180 k€
245 k€
6 048 k€
Source de financement
(ministère, EPST ou
EPIC
à préciser …)
(1)
Coût
total
CNRS/INSU : 420 k€ D
FEDER : 292 k€ D
Programmes : 551 k€ D
Obs Paris : 212 k€ D
Région : 803 k€ D
IN2P3/P2I: 190 k€ D
2474 k€
(ds CPER
via
Nançay)
CNRS : 144 k€ D
FEDER : 242 k€ D
Obs Paris : 100 k€ D
CNES : 210 k€ D
1156 k€
(dt 880 ds
CPER
via
Nançay)
CNRS : 310 k€ D
INRA : 70 k€ D
Univ. Orléans : 65 k€ (BQR) D
Programmes : 135 k€ D
Fonds propres : 15 k€ D
Chimie Dept : 30 k€
CNES : 90 k€
CPER : 334 k€ (ResoNAT) D
BRGM : 334 k€ D
1215 k€
(hors
CPER)
1003 k€
(ds CPER
ResoNAT)
Région : 90 k€ D
INSU/CNRS : 70 k€ D
Autres à définir : 40 k€
200 k€
(hors
CPER)
6048 k€
Ce tableau récapitule les demandes des laboratoires et de l’UMS (cf. quadriennaux vague B
des laboratoires ISTO, LPCE et vague A de Nançay).
- 29 I.2.2 - Budget prévisionnel de l’unité pour le prochain contrat
Montants exprimés TTC
Crédits demandés
éventuellement par les
établissements
secondaires
Crédits demandés
par l'établissement
principal
CREDITS DEMANDES
POUR L’ANNEE :
2008
2009
2010
2011
moy. / an
Observatoire de Paris
Crédits scientifiques
demandés au
ministère
(fonctionnement,
équipement et vacations)
*Dont BQR
UMS* 299 k€ 299 k€
(250 k€ HT) (250 k€ HT)
- Soutien de base
(fonctionnement et
infrastructure) :
- Vacations :
Montants exprimés HT
Autres ressources
attendues [collectivités,
contrats, subventions
(autres que collectivités),
autres contributions
(dons)] y compris CPER
Total général HT
116k€
(97 k€ HT)
116k€
(97 k€ HT)
116k€
(97 k€ HT)
LPCE 45,5 k€
45,5 k€
(38 k€ HT)
45,5 k€
(38 k€ HT)
45,5 k€
(38 k€ HT)
(38 k€ HT)
45,5 k€
(38 k€ HT)
2008
UMS 35 k€
+
ISTO 274 k€
LPCE 307 k€
USR 130 K€
UMS 20 k€
+
UMS 90,5 k€
+
ISTO 40,5 k€
LPCE 56 K€
+
ISTO 349,5 k€
LPCE 399 K€
USR 140,5 K€
2009
2010
UMS 72 k€
(60 k€ HT)
soit 15k€ / an
USR 502 k€
(420 k€ HT)
soit 105
k€ /an
Autre
EPST/EPIC
associé:
INRA
EPST ou EPIC de tutelle
CNRS
UMS 145,5 k€
Sous-total EPST/EPIC
299 k€
(250 k€HT
116k€
(97 k€ HT)
ISTO 35 k€
LPCE 36 k€
USR 130 K€
- Crédits d’intervention,
colloques….
299 k€
(250 k€ HT)
ISTO 116k€
(97 k€ HT)
Crédits demandé à
l'EPST ou EPIC
partenaires :
299 k€
(250 k€ HT)
2011
Autre
EPST/EPI
C associé
Moyenne
annuelle
35 k€
+
274 k€
307 k€
130 k€
35 k€
+
274 k€
307 k€
130 k€
35 k€
+
274 k€
307 k€
130 k€
35 k€
+
274 k€
307 k€
130 k€
20 k€
+
35 k€
36 k€
130 k€
20 k€
+
35 k€
36 k€
130 k€
20 k€
+
35 k€
36 k€
130 k€
20 k€
+
35 k€
36 k€
130 k€
90,5 k€
+
40,5 k€
56 k€
90,5 k€
+
40,5 k€
56 k€
90,5 k€
+
40,5 k€
56 k€
90,5 k€
+
40,5 k€
56 k€
145,5 k€
+
349,5 k€
399 k€
140,5 k€
145,5 k€
+
349,5 k€
399 k€
140,5 k€
145,5 k€
+
349,5 k€
399 k€
140,5 k€
145,5 k€
+
349,5 k€
399 k€
140,5 k€
UMS 60 k€
soit 15 k€ /an
UMS 60 k€
Dans le cadre du CPER : (ressources attendues pour les 4 prochaines années)
REGION
CNRS/INSU
Dot. Propres
FEDER
BRGM
Obs. PARIS
827 k€
400 k€
315 k€
306 k€
191 k€
178 k€
TOTAL
2 217 k€
Hors CPER : (ressources supplémentaires souhaitées pour les 4 prochaines années)
TOTAL
REGION
CNRS/INSU
CNES
ANR
INRA
Dotations Propres
740 k€
660 k€
300 k€
165 k€
70 k€
15 k€
2 332 k€
10 707 k€ sur 4 ans
- 30 I.3 - Liste des équipes participant à la structure ou utilisatrices des équipements
collectifs décrits dans le dossier
Etablissement
de rattachement
principal
Label et n°
(le cas
échéant)
Univ. Orléans,
CNRS
UMR 6113
Institut des Sciences de la Terre
d'Orléans (ISTO)
Univ. Orléans,
CNRS
CNRS,
Obs de Paris
CNRS
UMR 6115
CNRS
UPR4211
CNRS/Univ.
Orléans
INRA Orléans
UMR 6628
Laboratoire de physique et chimie
de l'environnement (LPCE)
Station de Radioastronomie de
Nançay
Equipe Exobiologie du Centre de
biophysique moléculaire (CBM)
Equipe de Chimie atm. du Lab. de
combustion et des systèmes
réactifs de ICARE
Equipes Equations Différentielles
et Modélisation du MAPMO
Science du Sol
USR 704
UPR4301
UR
Intitulé de l’équipe
Nom et prénom Département
du responsable scientifique
MSTP de
rattachement
Ary BRUAND
DS 3
Pierre-Louis
BLELLY
Nicole
CORNILLEAU
Frances
WESTALL
Georges LEBRAS
Stéphane
Cordier
Guy Richard
I.4 - Etat des surfaces recherche occupées par la structure fédérative
Renseigner le tableau Excel joint (fichier 22D_SF2).
SERA RENSEIGNE PLUS TARD (LPCE + ISTO + USR)
DS 3
DS 3
DS 1
DS 8
- 31 -
II - DOSSIER SCIENTIFIQUE EN VUE DE L’EVALUATION DE
LA FEDERATION STUC ET DE LA CREATION DE L’OSUC
II – 1 – Enjeux du projet scientifique
Mots-clés : Processus aux interfaces, Exobiologie, Chimie des enveloppes
terrestres, Ondes électromagnétiques, Microélectronique, Radioastronomie,
Analyse/ Imagerie 3D, Calcul scientifique.
En janvier 2004, la fédération STUC a été mise en place avec pour soutien un budget de
fonctionnement du Ministère qui a été essentiellement consacré à la tenue de réunions et le
financement de missions. Ceci nous a également permis de déposer des demandes de BQR
et de financement en région. Nous avons ainsi obtenu un équipement de cathodoluminescence en 2004 ainsi qu’un soutien pour la filière microélectronique en 2006 (voir
tableau joint, en annexe).
En janvier 2006, la reconnaissance de la fédération par le CNRS s’est manifestée par un
budget complémentaire et le lancement concret des actions fédératives. La partie
« résultats » de ce document fait donc référence à moins d’une année réelle de
fonctionnement.
Comme il est dit en préambule, un des objectifs de la création de l’OSUC est de
préserver la valeur ajoutée scientifique des actions de recherche de la fédération
STUC en maintenant des actions transversales. L’idée est de promouvoir des
thématiques originales sur la base d’une mise en commun des compétences de nos
laboratoires. La fédération a soutenu des actions de ce type déjà identifiées, mais a voulu
également être le vivier de nouvelles recherches. La fédération a donc incité les chercheurs
à lancer des projets de recherche en finançant des études de faisabilité notamment dans les
domaines OA et AA.. Ces projets sont présentés dans le dossier.
Deux interrogations ont prévalu à la construction du dossier scientifique :
- Quelles sont les questions scientifiques auxquelles nous souhaitons répondre ?
- Quelle est la spécificité de nos laboratoires pour répondre à ces questions ?
En effet, depuis de nombreuses années, les unités de recherche d’Orléans et de Nançay ont
développé leurs propres domaines de compétence sur des objets naturels parfaitement
individualisés : les roches magmatiques et sédimentaires, les ressources minérales, les sols,
les sédiments (ISTO), l’atmosphère, l’ionosphère, les planètes, les comètes, les étoiles et
l’espace (LPCE, Nançay). Nous savons maintenant que toutes les enveloppes terrestres
interagissent et qu’au total, l’ensemble des processus complexes qui les gouvernent,
s’emboîtent à l’échelle globale.
Aujourd’hui notre volonté est de proposer un champ d’investigation systémique dans lequel
la planète Terre sera intégrée comme un système global dans son environnement spatial.
Nous chercherons à définir et quantifier les processus se produisant aux interfaces entre les
enveloppes solides, liquides, gazeuses et ionisées.
Les laboratoires de la région Centre se sont déjà préparés à de telles activités
multidisciplinaires,
- 32 - en collaborant depuis plusieurs années dans des études de recherche de traces du
vivant dans les matériaux terrestres et planétaires et qui sont en attente de sélection pour la
mission EXO-MARS,
- en constituant une plate-forme technologique autour de la micro électronique de faible
puissance appliquée aux sciences radio,
- en s’engageant dans des études de couplage lithosphère – atmosphère – ionosphère
(microsatellite DEMETER), atmosphère – ionosphère – magnétosphère (projet de
microsatellite TARANIS), couronne solaire – vent solaire – magnétosphère (radiohéliographe
de Nançay, satellites CLUSTER, etc),
- en abondant des recherches sur l’émission des gaz liés au volcanisme (H2S, B) ou à
la décomposition organique (NO2, CH4).
1 - Notre questionnement scientifique est donc de rechercher par quels mécanismes
physiques et chimiques, ces différentes enveloppes interagissent entre elles, sachant
qu’elles sont sensibles à la fois aux phénomènes les plus externes (gerbes cosmiques,
rayonnement électromagnétique) et aux phénomènes les plus internes (volcanisme,
tectonique, dynamo interne). C’est à l’étude de ces connections et interactions que le
présent projet s’intéresse.
Il est également fondamental d’étudier dans le même temps l’impact perturbateur de
l’Homme sur cet équilibre fragile des milieux naturels. Nous chercherons ainsi à contribuer à
la prévention du risque qu’il s’agisse des risques naturels (séismes, volcanisme) ou des
risques induits par l’Homme (réchauffement climatique, pollution). Nous travaillerons en aval
à certaines solutions de développement durable proposées sur la base de collaborations
avec le BRGM et l’INRA (stockage de CO2, déchets, dépollution, bioremédiation).
2 - A une autre échelle d’investigation, nous chercherons à comprendre les processus
organo-minéraux entre les matières organiques et inorganiques, appliquées à l’étude de l’
origine de la Vie et à l’exobiologie, ainsi que les processus physico-chimiques présidant aux
échanges chimiques entre eaux et atmosphère ou sols et atmosphère.
L’OSUC soutient les laboratoires en développant la complémentarité des moyens de mesure
et d’analyse, qui seront mis en œuvre au sein de l’UMS sous la forme de plateformes
technologiques, impliquant notamment le BRGM et l’INRA.
-
-
-
Une plateforme technologique « microélectronique étendue aux capteurs
électromagnétiques » entre Nançay, le LPCE, le LESI (Université d’Orléans) et
les laboratoires de Paris-Meudon,
Une plateforme technologique d’analyse et d’imagerie 3D des matières minérales
et organiques des roches et sols (AN-I-MMORS) terrestres et extra-terrestres
avec l’objectif d’être Centre d’Excellence pour le retour des échantillons martiens
à Orléans,
Une plateforme de calcul scientifique et à terme la création d’un méso-centre de
calcul.
L’OSUC a également vocation à développer des Services d’Observation.
-
-
Les Services d’Observation en Astronomie/Astrophysique, notamment
l’observation en basse fréquence (LOFAR) et antenne TBF à Nançay, le suivi des
« pulsars » à partir des données RT,
La création de sites instrumentés « SOLS » dont un à Nançay avec suivi des
mesures des propriétés des sols et transfert des données en temps réel.
Notre volonté est de mettre en place des projets inter-disciplinaires en vue d’un financement
par l’ANR et/ou le 7ème PCRDT. Des financements complémentaires pour les équipements
- 33 sont attendus de l’INSU, du CNES, de l’ESA et des collectivités territoriales : Conseil
Régional du Centre, l’Agglomération d’Orléans, le Conseil Général du Loiret, le Conseil
Général du Cher, le Conseil Général d’Eure et Loire.
Le projet scientifique global s’intéresse aux mécanismes de fonctionnement de la
planète, de l'environnement atmosphérique et spatial de la Terre, et des interactions
potentielles avec l'activité humaine.
Les disciplines concernées sont l’Astrophysique, la Radioastronomie, les Sciences
de la Terre, la Géophysique, la Géochimie et les Mathématiques.
Les technologies utilisées sont l’imagerie, les spectrométries, les chromatographies,
l’expérimentation en laboratoire, in situ et à distance, la modélisation, les capteurs
électriques et magnétiques, les radiotélescopes, les satellites, les ballons-sonde, le
traitement du signal et de l’information, la micro-électronique.
Le dossier scientifique comprend donc une première partie présentant les
thématiques scientifiques transversales et les projets afférents, une seconde partie
présente les plateformes technologiques : moyens d’observation, de mesure et
d’analyse nécessaires au développement de ces recherches.
Le socle des recherches de cet observatoire sera mené au sein même des laboratoires
P.U. que sont le LPCE, l’ISTO et l’USN.
Les projets de ces laboratoires ainsi que leurs demandes propres d’équipement sont
présentés en annexe. Ils recoupent pour partie, à l’évidence, certaines recherches
fédératives.
Les listes bibliographiques représentant les résultats obtenus entre 2003 et 2006 sont
également présentées en annexe. Les listes de personnels sont accessibles sur le site
web de la fédération STUC :
http://web.cnrs-orleans.fr/~webstuc/
Seuls les résultats de la thématique “Exobiologie et Organominéralisation” et de la
plateforme “Microélectronique” présentés ici ont été soutenus par la fédération STUC
au cours du quadriennal 2004-2007.
- 34 -
II – 2 – Thématiques scientifiques : résultats et perspectives
II – 2 – 1 - EXOBIOLOGIE & ORGANO-MINERALISATION
Chefs de projet : Frances Westall (CBM), Xavier Bourrat (ISTO)
Mots-clefs - Exobiologie, molécules prébiotiques, organominéraux, ExoMars, PAFSnet, lampe à électrons, cathodoluminescence, imagerie, analyse chimique en solution
et in situ.
Descriptif
La thématique Exobiologie a été remarquablement développée à Orléans depuis un grand
nombre d’années par André Brack, chimiste, chercheur au CBM. Depuis cinq ans, l’arrivée
de Frances Westall, géologue, au CBM a ouvert ces recherches à l’étude des roches et des
météorites par l’imagerie et l’analyse ponctuelle (cf. Thèse P. Labrot). La thématique
Organominéralisation, quant à elle, fait partie des recherches qui sont menées à l’ISTO
depuis un grand nombre d’années par Jean Trichet et Christian Défarge. L’arrivée récente
de Pascale Gautret puis de Xavier Bourrat, n’a fait que renforcer les efforts de recherche
dans ce domaine, surtout s’agissant des processus de biominéralisation. Par ailleurs, le
LPCE a toujours maintenu une forte activité en spectrométrie des constituants extraterrestres (projets cométaires). L’Exobiologie, longtemps restée domaine des chimistes et
des “astrobiologistes”, est aujourd’hui abordée par les géologues avec un autre angle de
vue. C’est sur cette confrontation des approches que nous souhaitons au sein de l’OSUC
développer cette thématique “Exobiologie et Organo-minéralisation” par le biais d’une
collaboration étroite que nous voulons constructive entre géologues et chimistes.
La thématique Exobiologie & Organominéralisation de l’OSUC s’intéresse à trois
questions majeures :
• l’origine de la Vie sur Terre : les premières traces, les processus, la Vie en conditions
extrêmes,
• la recherche de traces de vie sur Mars,
• le contexte géologique des roches martiennes étudiées.
Ces questions sont abordées au travers de plusieurs projets qui ont des perspectives à
court, moyen et long terme en liaison avec différentes missions spatiales européennes, telles
EXPOSE (2007), Exomars (2013) et une mission plus lointaine retour d’échantillons (>
2016). Les projets scientifiques sont au nombre de cinq :
(1)
expérience spatiale AMINO pour la mission ESA-EXPOSE (2007) :
stabilité des briques de la vie dans l’espace;
(2)
participation à la définition du microscope MicrOp pour la charge utile du
robot Pasteur de la mission Exomars et responsabilité pour l’exploitation
des données;
(3)
construction d’une base de données à partir des analyses chimiques et
optiques effectuées sur le même échantillonnage de roches terrestres,
analogues de roches martiennes (PAFS-net);
(4)
analyse et caractérisation des organominéraux et des microfossiles;
(5)
construction d’une lampe à électrons pour l’analyse et de l’imagerie en
cathodoluminescence in situ sur Mars;
- 35 II – 2 – 1 – 1 - Bilan des activités 2004 - 2006
1. Les briques de la vie :
Principaux participants: LPCE, CBM, ISTO (LISA-Créteil)
1.1.
Contexte
Les missions EXPOSE (CBM) et COSIMA (LPCE-ISTO) étudieront la chimie du milieu
interplanétaire en relation avec l’apparition de la vie sur la terre. Elles sont accompagnées au
sol par deux expériences de laboratoires permettant d’aider le dépouillement futur des
données de vol.
1.2.
Expériences
Les similitudes entre les deux expériences ont permis de définir des échantillons ayant un
intérêt commun. Ils seront analysés en GC-MS (pour EXPOSE) et en SIMS (pour COSIMA)
avant et après exposition à un rayonnement UV dans la chambre de simulation sous vide du
CBM. Ceci doit permettre une meilleure caractérisation des échantillons, profitable aux deux
laboratoires.
Les travaux communs ont porté sur l’assemblage final de la chambre de simulation.
La conception de la chambre a été réalisée par le CBM ainsi que l’approvisionnement des
éléments constitutifs principaux. Le LPCE a étudié et réalisé les interfaces manquantes
permettant l’assemblage et le bon fonctionnement de la chambre. Le montage et les tests de
mise au point ont été réalisés par une équipe mixte LPCE-CBM. Actuellement, les premiers
échantillons tests sont en cours d’exposition.
Rosetta - le chasseur de comètes (the comet chaser. Crédit photo: ESA 2001
Bertrand, M., 2004. Méthodes de dérivation des acides aminés pour l’analyse par chromatographie
gazeuse. Sycocal III, Nouan Le Fuselier – 1er au 4 novembre 2004.
Principaux participants :
CBM (A. Brack, M. Bertrand, A. Chabin, F. Westall), LPCE (L. Thirkell) ; Collaborations : H.
Cottin, LISA-Créteil.
- 36 -
2. Un microscope pour Mars
Principaux participants : CBM, LPCE, ISTO
2.1. Contexte
ExoMars est la première mission d'envergure du programme Aurora de l'ESA. Elle vise à
caractériser in situ l'environnement biologique de Mars en préalable à de futures missions
d’exploration martienne, robotisées puis humaines. Elle est surtout la première mission
spatiale européenne dédiée à l’exobiologie avec pour objectifs, la recherche de traces de vie
actuelle ou fossile, ainsi que la caractérisation des habitats potentiels de cette vie dans les
roches et sols analysés. Les investigations seront menées par les instruments de sa charge
utile scientifique Pasteur à partir d’un robot d’exploration déposé à la surface de Mars. Elles
concerneront non seulement la surface de la planète mais aussi son sous-sol. Dans ce but,
une foreuse sera embarquée qui prélèvera des échantillons jusqu’à 2m en profondeur. Ces
échantillons seront ensuite confiés au laboratoire analytique embarqué.
La charge utile scientifique de la mission, appelée Pasteur, a fait l’objet, depuis 1997, d’une
étude approfondie par une équipe d’experts scientifiques. Ces spécialistes de l’exobiologie
réunis par l’ESA ont présenté dès 1999 leurs conclusions et une charge utile de référence
pour ExoMars dans leur « livre rouge » (1,2). L’appel à propositions ExoMars Pasteur de 2003
en est directement issu. Il est le moyen choisi par l’ESA pour solliciter la participation de la
communauté scientifique européenne et internationale dans la mission ExoMars
Frances Westall (CBM-CNRS, Orléans), à la tête d’un groupe de scientifiques européens, y
répond avec la proposition de recherche GEOMICROPAL(3). Son objectif est la recherche de
signes de vie passée sur Mars et l’optimisation des procédures (y compris la préparation des
échantillons et la spectroscopie Raman) mise en œuvre dans l’imagerie utilisée dans ce but.
GEOMICROPAL est sélectionnée par l’ESA en 2004. Du projet GEOMICROPAL, l’ESA a tiré
deux instruments, un « close-up imager » et un microscope. La construction du « close-up
imager » sera coordonné par un groupe en Suisse avec l’implication de Frances Westall au
niveau de deputy team coordinator. Le microscope sera construit en France. Frances
Westall, soutenu par l’OSUC (CBM, ISTO, LPCE), est deputy team coordinator, responsable
pour l’aspect scientifique du microscope visible et l’exploitation des données martiennes.
2.2. Expérience
Le microscope optique couleur est un instrument indispensable au laboratoire analytique
embarqué et aux activités de recherche GEOMICROPAL. L’analyse microscopique des
échantillons de roche et de régolite, menée par ce microscope puis les autres instruments du
laboratoire, contribuera à comprendre la nature de l’échantillon, sa composition, son mode
de formation ainsi que les processus qui l’ont altéré depuis sa formation. L’instrument aidera
l’évaluation de l’échantillon comme habitat de vie potentiel. Dans les microenvironnements
habitables, certaines grandes structures d’origine biologique pourront être observées au
microscope. Le rôle du microscope sera crucial pour l’interprétation des biosignatures
optiques et chimiques parce qu’il reliera les observations et analyses effectuées par les
instruments de contexte depuis la surface de Mars à celles du laboratoire analytique
effectuées sur des échantillons du sous-sol.
L’ESA est déjà dans une phase très active (phase B1) du développement de sa mission
ExoMars et prévoit un lancement 2013 pour un début des opérations à la surface de Mars
début 2015.
- 37 L’OSUC participera à la phase de définition du microscope optique, sa calibration et testing,
ainsi que dans l’exloitation des données obtenues des échantillons du surface/sous-surface
de Mars produits par la foreuse.
Images de cameras et de microscopes spatiales utilisés dans des missions spatiales
(construit par Space-X en Suisse)
(1) Brack,A.,et al., 1999. Exobiology in the Solar System & the search for Life on Mars, ESA
exobiology topical team red book report, ESA SP-1231
(2) Westall, F., Brack, A., Hofmann, B., Horneck, G., Kurat, G., Maxwell, J., Ori, G.G., Pillinger, C.,
Raulin, F., Thomas, N., Fitton, B., Clancy, P. 2000. An ESA study for the search for life on Mars.
Planetary and Space Science, 48: 181-202.
(3) Westall et al, GEOMICROPAL: Optimisation of imaging procedures (including Ramanpectroscopy
and
sample
preparation)
for
a
comprehensive
geological,
palaeoenvironmental and micropalaeontological approach to the search for extinct life on
Mars. Accepted ESA instrument payload
CBM (F. Westall, P. Labrot), LPCE (P.L. Blelly, P. Martin, L. Thirkell), ISTO (L. Perdereau) ;
Collaborations : Groupe Geomicropal-PAFS-net.
3. PAFS-net (Planetary analogue field study network)
Principaux participants : CBM, LPCE, ISTO (UK, D, CH, I)
3.1. Contexte
Ce projet est une approche multidisciplinaire de l’exploration de la surface d’une planète in
situ avec l’établissement d’une base de données et de compétences qui sera utile pour la
- 38 communauté scientifique en général dans l’exploration du Système Solaire. Afin d’arriver à
ce but, nous avons conçu une étude coordonnée des roches terrestres servant comme
d’analogues aux roches martiennes utilisant les moyens d’analyse d’un instrument in situ
sur Mars, par exemple. La combinaison de ces données et l’expertise des participants
constitueront une contribution très précieuse pour l’exploration du Système Solaire.
Les disciplines représentées dans le projet PAFS-net incluent la géologie,
l’astrobiologie, la géophysique, la mécanique des roches et sols, le développement des
instruments, l’ingénierie de la charge utile et des robots. Les techniques d’analyse utilisées
sont variées : la spectroscopie (XRF, XRD, Mössbauer, Raman, etc), l’imagerie (micro,
macro, remote, spectral, 3D), la cathodoluminescence, la préparation et acquisition
d’échantillons, et les analyses moléculaires. Si possible, des instruments qui ont été déjà
qualifiés pour l’espace ou qui sont des prototypes ont été utilisés, autrement nous utiliserons
des instruments de laboratoire portable.
Le PAFS-net se base sur a) un groupe de chercheurs et ingénieurs planétaires qui
représentent une large gamme de disciplines, b) une collection d’échantillons d’analogues
martiens bien caractérisés, c) un accès à des terrains que nous utilisons comme analogues
de mars, d) un accès à une gamme d’instruments spatiaux qualifiés, des prototypes et des
instruments de laboratoire portable.
3.2. Expérience
Une première étude concernant des roches de différentes types est en préparation pour
publication (1). Les échantillons comprenaient trois types : ceux avec des filaments fossiles,
ceux avec des microbes actuels de type crypto-chasmo-endolithes et ceux qui présentaient
des structures sédimentologiques (avec des traces très subtiles et microscopiques de vie
fossile). Ces roches proviennent d’endroits qui représentent des analogues martiens; par
exemple des craters d’impacte, des deserts de haute latitude, des dépôts hydrothermaux et
des sediments volcaniclastiques, formés à une époque et dans des environnements qui
évoquent ceux des terrains Noachian sur Mars. Toutes les analyses ont été faites dans des
conditions similaires à une mission in situ. Les résultats de l’ensemble des expériences a
démontré l’importance de ce genre d’approche intégrée pour une étude astrobiologique in
situ. Il a été ainsi possible d’obtenir des informations importantes sur le paléo-environnement
et les biosignatures morphologiques, où elles étaient visibles.
(1)
Pullan, D. Hoffman, B., Westall, F et al.,Identification of Morphological Biosignatures in Martian
Analog Field Specimens using In Situ Planetary Instrumentation: An Integrated Approach. Submitted
Astrobiology.
CBM (F. Westall), ISTO (C. Ramboz), LPCE (P. Martin) ; multiples collaborations
européennes (D. Pullan, Univ. Leicester ; B. Hofmann, Bern…..)
- 39 -
Images prises avec un « close up imager » ou un microscope de roches analogues de Mars. En haut à gauche,
des filaments bactériens dans une carbonate précipité dans le crater de Ries, Allemagne ; en haute à droit,
l’image microscopique de « cross-bedding » dans un sédiment volcaniclastique du Pilbara, Australie (3,500
millions d’années) ; en bas, des images microscopiques et avec le « close-up imager » d’une roche d’Antarctique
contenent des microorganismes endolithiques (la zone foncée en dessus de la surface).
4.Organominéraux et microfossiles
4.1. Contexte
La compréhension des interactions organo-minérales, que ce soient les réactions supposées
de synthèse prébiotique de molécules organiques sur des surfaces minérales, ou la
formation de minéraux par des matrices organiques, est d’une grande importance en
exobiologie. Des organominéraux (minéraux précipités au contact et sous le contrôle de
substrats organiques, en dehors et indépendamment des organismes vivants dont ces
composés organiques sont issus ; Trichet & Défarge, 1995) se forment fréquemment dans
les biofilms et sédiments microbiens actuels, parmi lesquels certains possèdent une
structure stromatolitique qui en fait des analogues des stromatolites anciens (Défarge et al.,
1996). Ces biofilms et sédiments microbiens actuels peuvent donc être étudiés dans le but
de rechercher des signatures, de nature morphologique ou chimique, de ces interactions
organominérales, qui pourraient être ensuite utilisées pour leur reconnaissance dans des
roches terrestres primitives ou des échantillons extraterrestres.
Egalement d’intérêt exobiologique sont les microfossiles et les études qui visent à
une meilleure compréhension des processus de fossilisation des microorganismes et des
changements dans les macromolécules associées aux microfossiles pendant la fossilisation,
le diagenèse et le métamorphisme.
- 40 4.2. Chantiers
Cette thématique regroupe plusieurs approches menées sur différents chantiers.
(i)
Stromatolites actuels
Les précipités carbonatés, dans ces fomations, renferment une fraction organique (le
carbone organique y représentant jusqu’à 4,7 % de la masse sèche(1,2)), dont la composition,
notamment en acides aminés et en monosaccharides, est spécifique par rapport à la matière
sédimentaire globale(3,4,5,6). Ces organominéraux coexistent avec des précipités formés par
encapsulation de cellules bactériennes et acquérant par croissance des morphologies
caractéristiques(7). Les sédiments de ce type sont donc des objets naturels pouvant
permettre de mettre à jour des marqueurs micromorphologiques ou moléculaires de
processus d’organominéralisation. L’ouverture récente par l’ISTO d’un chantier de recherche
sur les biofilms et tapis microbiens carbonatés de la Salada de Chiprana (Espagne), seul lac
hypersalin permanent d’Europe de l’Ouest, permet d’élargir ces recherches à un milieu à la
fois plus extrême, plus diversifié du point de vue minéralogique, et plus facile d’accès depuis
Orléans (ANR 2005 Cyanocarbo).
L’étude des organominéraux carbonatés, in situ dans les sédiments microbiens
actuels, a été rendue possible par l’utilisation d’un cryo-MEB (MEB équipé d’un système de
cryo-préparation des échantillons par congélation ultra-rapide et sublimation de l’eau
interstitielle(1, 7)) permettant d’observer la microtexture des échantillons dans l’état le plus
proche de leur état naturel. Lorsque le cryo-MEB est équipé, comme celui du Centre de
Microscopie Electronique de l’Université d’Orléans, d’un canon à Emission de Champ
permettant de
Bactéries calcifiées dans une matte bactérienne (photo cryoMEB, C. Défarge)
- 41 -
Interaction entre microorganismes (cyanobactéries), EPS et précipitation de carbonate de calcium :
observations in situ au cryoMEM des couches superficielles du sédiment (lac hypersalé de Chiprana,
Espagne). L'image macroscopique de la tranche de sédiment est reproduite de Jonkers et al., 2003
travailler à basse tension (1 kV) avec une haute résolution, des détails, passant inaperçus
aux MEB conventionnels, des recouvrements organiques de surface des particules
minérales peuvent être révélés(8).
La détermination de la composition biochimique (en acides aminés et monosaccharides) et
de la structure moléculaire (GC-MS, HPLC-MS-MS) de la fraction organique intraminérale
des organominéraux renseigne sur les composés impliqués dans le processus de
précipitation. La toute nouvelle technique de HPLC-IRMS expérimentée à l’ISTO, en
autorisant la détermination de la signature isotopique (∂13C) des fractions moléculaires
séparées, permettra de remonter à l’origine biologique de ces composés.
(1) Défarge C., Trichet J., Jaunet A.-M., Robert M., Tribble J. & Sansone F.J. 1996. Texture of
microbial sediments revealed by cryo-scanning electron microscopy. J. Sediment. Res.. 66,. 935947.
(2) Trichet J. & Défarge C. 1995. Non-biologically supported organomineralization. In Allemand D. &
Cuif J.-P. (eds.). Bull. Inst. Océanogr. Monaco, n° spéc. 14, 2, 203-236.
(3) Melniczok S., Trichet J., Défarge C ., Disnar J.-R., Kéravis D., & Lottier N., 2002. Etude de la MO
associée aux carbonates de précipitation de sédiments microbiens actuels (atoll de Rangiroa,
Polynésie française). Contribution à la compréhension des processus d’organominéralisation.
Actes 8ème Congr. Assoc. Sédimentol. Fr., Orléans, 12-14 novembre 2001 (CD-Rom).
(4) Gautret P., Camoin G., Golubic S., Sprachta S. 2004 - Biochemical control of calcium carbonate
precipitation in modern lagoonal microbialites, Tikehau atoll, French Polynesia. J. Sed. Res. 74,
462-478.
- 42 (5) Gautret P., Trichet J. 2005. Automicrites in modern cyanobacterial stromatolitic deposits of
Rangiroa, Tuamotu Archipelago, French Polynesia. Biochemical parameters underlaying their
formation. Sedimentary Geology, 178, 55-73.
(6) Gautret P., De Wit R., Camoin G., Golubic S. 2006. Are environmental conditions recorded by the
organic matrices associated with precipitated calcium carbonate in cyanobacterial microbialites?
Geobiology 4, 93-107
(7) Défarge C. 1997. Apports du cryo-microscope électronique à balayage et du microscope
électronique à balayage haute résolution à l’étude des matières organiques et des relations
organo-minérales naturelles. Exemple des sédiments microbiens actuels. C. R. Acad. Sci. Paris,
Sciences de la Terres, 324, 553-561.
ISTO (P. Gautret, P. Albéric, J. Bréheret, J.R. Disnar, C. Ramboz, C. Défarge, X. Bourrat, O.
Rouer) ; Collaborations : V. Barbin, Université de Reims; C. Gaillard, Université de Lyon.
(ii)
Fossilisation expérimentale de bactéries :
Ce projet est une thèse, financée grâce à une bourse BDI - CNRS (50%SDU-50%Chimie)
qui est un partenariat concret entre l’équipe Exobiologie du Centre de Biophysique
Moléculaire et l’équipe Matière Organique de l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans, et
avec le concours du Laboratoire de Microbiologie des Environnements Extrêmes de Brest.
Elle porte sur la fossilisation expérimentale de bactéries, comme appui à l’identification de
signatures microbiologiques terrestres et extraterrestres.
L’approche utilisée consiste en la fossilisation expérimentale de bactéries extrêmophiles
(analogues pour la vie primitive sur Terre et Mars) par des minéraux tels que la silice et le
carbonate de calcium avec un suivi en parallèle 1) de la morphologie des cellules fossilisées
2) de l’altération / préservation des principales molécules organiques (acides aminés, lipides et
saccharides).
Les bactéries sont fossilisées dans des conditions se rapprochant de celles de la Terre
primitive (T°C > 60 °C, absence d’oxygène) ; ceci dans le but de préciser les critères
d’identification des véritables fossiles bactériens grâce à une meilleure compréhension du
processus de fossilisation des micro-organismes, tel que cela s’est produit à l’Archéen
inférieur (3,5 – 3,3 Ga) et encore actuellement au niveau des sources hydrothermales, et à
une identification plus précise de la signature biogéochimique laissée par les microorganismes dans la matrice minérale fossile.
Une première étude sur l’Archée méthanogène Methanococcus jannaschii, a permis le
suivi de la fossilisation dans la silice (silicification) de cette souche sur plusieurs mois, avec
étude au cours du temps de la morphologie des cellules en microscopie électronique (à
balayage et en transmission), mais également le suivi de l’évolution de la matière organique
(lipides, acide aminés, sucres) au cours de la fossilisation (par GC, GC-MS et HPLC). Il
s’agit de la première fossilisation expérimentale d’un membre du domaine des Archées, et
l’une des toutes premières concernant des micro-organismes thermophiles.
Actuellement, la fossilisation expérimentale d’autres souches d’Archées et de Bactéries
thermophiles est en cours, afin de mieux comprendre les phénomènes intervenant lors de
cette fossilisation, et d’apprécier la capacité des micro-organismes a être fossilisés, capacité
qui peut varier d’une souche à une autre.
F. Orange, F. Westall, J.-R. Disnar, D. Prieur, C. Défarge, 2006. Experimental silicification of
extremophilic Archaea, Methanococcus jannaschii. Applications for the search of evidence of life
in early Earth and extraterrestrial rocks. European Geosciences Union, Vienna, April 2006.
Orange, F., F. Westall, C. Défarge, Expériences de silicification de bactéries extrêmophiles.
Application à la recherche de signatures de vie dans les roches terrestres et extraterrestres,
Exobio’ 05, Propriano, 24 spetembre – 1er octobre 2005.
Orange, F., F. Westall, C. Défarge, Expériences de silicification de bactéries extrêmophiles.
Application à la recherche de signatures de vie dans les roches terrestres et extraterrestres,
Science en Sologne, Orléans, 1er – 2 juin 2005
- 43 -
CBM. F. Westall, F. Orange ISTO P. Gautret, J.R. Disnar, C. Défarge) ; Collaborations : D.
Prieur, Université de Brest.
(iii)
La microscopie à force atomique (AFM) dans les études sur la biominéralisation.
Les découvertes récentes dans le domaine de la biominéralisation nous ont appris que les
‘templates’ organiques responsables du contrôle cristallographique (à l’échelle de 40 à
50nm), restent en occlusion dans le cristal. Certaines des molécules organiques, piégées en
inclusion dans la phase minérale montrent une très bonne résistance. Les analyses
thermiques effectuées sur l’huître Pinctada maxima montrent que cette fraction organique
résiste jusqu’à 230°C de façon parfaitement réversible. Il faut chauffer le carbonate de
calcium jusqu’à plus de 550°C pour voir disparaître le signal organique sur les spectres infrarouge.
La microscopie à force atomique est utilisée à Orléans pour localiser les ‘template’
moléculaires dans les biocristaux (étude ISTO-CBM). Les traces fossiles de molécules
organiques plus anciennes sont des traces organiques dans une matrice minérale, comme le
sont les molécules des biocristaux. Ce sont le plus souvent des molécules complètement
minéralisées ayant conservés l’emprunte de la structure d’origine. Dans tous les cas, la
technique d’AFM apparait aujourd’hui comme la méthode incontournable en exobiologie,
pour la caractérisation ultime de ces fossiles moléculaires.
Labrot, 2006. Microscopie à force atomique de microfosssiles précambriens. Thèse soutenue à
l’Unvierstié d’Orélans, le 30 novembre 2006, 254 p.
Labrot, P., Westall, F., 2006. In situ analysis of microfossils from the 1.9 ga Gunflint Formation using
atomic force microscopy and possible applications for extraterrestrial studies. In review,
Astrobiology
Labrot, P., Westall, F., 2006. Atomic force microscopy of ancient terrestrial microfossils: implications
for the search for extraterrestrial microfossils. European Geosciences Union, Vienna, April 2006.
Labrot, P., Westall, F., 2004. The use of AFM for microfossil studies. La Terre primitive: Berceau de la
vie, Les Treilles.
Labrot, P. «Atomic force microscopy of Precambrian microfossils : a preliminary study», Microbialites
and microbial communities in sedimentary systems, Paris, 6-9 septembre 2004.
Labrot, P. «Atomic force microscopy of Precambrian microfossils», colloque «Terre primitive»,
fondation des Treilles, 1-7 mars 2004.
Principaux participants : Labrot, Westall CBM, Défarge, Bourrat, ISTO (CRMHT-Orléans, UK)
(iv)
L’étude des premières traces de vie et leur contexte environnemental.
Les études pluridisciplinaires menées en collaboration avec plusieurs groupes en France et
d’autres pays et coordonnées par F. Westall, ont clairement démontré l’existence de vie
microbienne dans les sédiments les plus anciens (l’Archéen inférieur-moyen, ~3,5 milliards
d’années). La démarche adoptée constitue un protocole de référence pour ce genre de
recherche. De plus, ces études apportent une meilleure connaissance de l'évolution de la
vie à cette période. Comme cette vie primitive a de fortes chances de ressembler à une vie
primitive martienne, si elle existe, sa caractérisation facilitera grandement la recherche de la
vie sur la planète rouge.
Westall, F. de Ronde C.E.J., Southam, G, Grassineau, N, Colas, M., Cockell, C.S., and Lammer, H.
2006. Implications of a 3.472–3.333 Ga-old subaerial microbial mat from the Barberton
greenstone belt, South Africa for the UV environmental conditions on the early Earth. Phil. Trans.
R. Soc. B, v.361, 1857-1875.
Westall, F. ., de Vries, S.T., Nijman, W., Rouchon, V., Orberger, B. Pearson, V., Watson, J.,
Verchovsky, A., Wright, I., Rouzaud, J.-N., Marchesini, D.,& Anne, S. 2006. The 3.466 Ga Kitty’s
- 44 Gap Chert, an Early Archaean microbial ecosystem. In Processes on the Early Earth (W.U.
Reimold & R. Gibson, Eds.), Geol. Soc. Amer. Spec Pub., 405, 105-131.
Westall, F. & Southam, G. 2006. Early life on Earth. In Archean Geodynamics and Environments (K.
Benn, et al. Eds.). pp 283-304. AGU Geophys. Monogr., 164.
Westall, F. 2005, Life on the early Earth: A sedimentary view, Science, 434, 366-367.
Westall, F., 2005. Early Life on Earth and Analogies to Mars,in T. Tokano (Ed.) Water on Mars and
Life. Advances in Astrobiology and Biogeophysics, pp. 45–64.
Westall, F. 2005. The geological context for the origin of life and the mineral signatures of fossil life. In
The Early Earth and the origin of Life, M. Gardaud, B. Barbier, H. Martin J. Reisse, (Eds).
Springer, Berlin, 195-226.
Principaux participants : CBM (UK, C, NZ, N)
(a,b) Observation de microfossiles de 1,9 milliards d’années au microscope optique (a) et à force
atomique (b). (c,d) Bactéries soumises à une fossilisation artificielle : (c) Methanococcus jannaschii
observée au MET ; Rhodovulum sp. observées au MEB (d). (e,f) Les plus anciennes traces de vie :
bactéries fossiles dans des roches de ~3,5 milliards d’années.
5. Lampe à électrons
Principaux participants : LPCE, ISTO, CBM (coll. V. Barbin, Univ. Reims)
La cathodoluminescence (CL) est une méthode actuellement en cours d’évaluation pour
contribuer à la recherche in situ de bio-traceurs dans les sédiments martiens. Cette étude est
menée dans le cadre d’une opération de R et T financée par le CNES en 2005-2006
(opération « lampe à électrons destinée à la cathodoluminescence »). Nous présentons ici
les conclusions de la première étape de cette R et T, ainsi que les recherches qui sont
envisagées pour la mener à bien.
5- 1- Résultats acquis
1- le concept de lampe à électrons semble valide pour être utilisé dans un dispositif de CL
embarqué pour l’exploration de Mars.
- 45 2- les membranes en polycarbonates, bien qu’intéressantes du fait de leur composition
atomique, sont cependant écartées en raison de leur comportement à « usage
unique ».
3- la fragilité des membranes en Si.3N4 est grande mais, moyennant un protocole strict de
manipulation, leur durée de vie devient compatible avec une expérience de laboratoire.
Cependant, le protocole qui rendrait ces membranes utilisables dans le cadre d’une
expérience spatiale reste à définir avec soin.
4- la traversée de la membrane entraîne, dans nos conditions opératoires (20 mbar de
pression de CO2), une perte d’énergie de quelques centaines d’électrons-volts
seulement. L’effet induit sur l’intensité de la CL est négligeable.
5- la diffusion angulaire du faisceau d’électrons ne peut être négligée.
6- le parcours atmosphérique des électrons est de loin le plus critique mais ses
conséquences sur la qualité de la CL dépendent de la longueur du trajet des électrons
dans l’atmosphère carbonique.
7- le parcours atmosphérique ne dégrade pas notablement le spectre de CL.
8- il apparaît indispensable d’optimiser la géométrie de l’ensemble membrane –
échantillon - moyen d’observation optique, afin de rendre minimum le trajet
atmosphérique des électrons vers la cible.
9- le compromis entre la géométrie, le grandissement de l’optique (directement lié au
champ imagé donc à la résolution spatiale), et le temps de pose est un point clé.
Thomas R., Léveillé R., Barbin V., Gille P., MacGibbon J., Miko L., Ramboz C. & Westall F.
“Instrument de Cathodoluminescence pour l’analyse des sédiments martiens”, Colloque national
d'exobiologie, Orléans 22-24/05/2006.
Thomas R., Barbin V., Gille P., Léveillé R., MacGibbon J., Miko L., Ramboz C. & Westall F.
“Instrument de Cathodoluminescence pour l’analyse des sédiments martiens”, L' Année
internationale de la Planète Terre , GAC-MAC Montréal, 14-17/05/2006.
“Cathodoluminescence applied to the detection of past biological activity in Martian sediments”,
European Astrobiology Network Association , 5th European workshop on astrobiology, Budapest,
2005.
Thomas R., Gille P., Barbin V., Léveillé R., MacGibbon J., Miko L., Ramboz C. & Westall F.
“Cathodoluminescence Applied To The Detection Of Past Biological Activity In Martian
Sediments”, National Workshop on Astrobiology, Search for Life in the Solar System, Capri – Italy,
2005 .
"Cathodoluminescence instrumentation for planetary probes”, 5th Canadian Space Exploration
Workshop, Longueuil, Quebec. 2005.
Barbin V., Gille P., MacGibbon J., Miko L., Ramboz C., Thomas R. & Westall F.
“Cathodoluminescence for Planetary Probes”, NASA Capability Roadmap Public Outreach
Workshop, Scientific Instruments/Sensors, Robotic Access to Planetary Surfaces, Washington
DC, 2004.
Barbin V., Gille P., Ramboz C., Thirkell L., Thomas R. & Westall F.. “Detection of past biological
activity in Martian sediments by Cathodoluminescence”. 32nd International Geological Congress,
Florence, 2004.
Thomas R., Gille P., Barbin V. "Detection of past biological activity in Martian sediments under
Cathodo-luminescence", Proceedings ESA, 2d European Workshop on Exo/Astrobiology, Graz,
Austria, 2002.
Pagel M., Barbin V., Blanc P., Ohnenstetter D. «Cathodoluminescence in Geosciences», Springer
Verlag, 2000.
Thomas R., Thirkell L., Martin P., Gille P., Ramseyer K., Brack A., Lorin J.C., Klossa B., Barbin V.,
Boivin P., Devouard B., Blanc P. “Cathodoluminescence : a new approach to the in situ study of
Martian regolith mineralogy”. Research Proposals in Exobiology (Exobiology Multi-User Facility),
«recommended experiment», ESA, 1999.
- 46 -
Electron Source
Cold cathode
discharge
Microscope /
spectroscope
CL Emission
Sample
Window support
Transmitted &
diffused Electron
beams
Chamber, either under vacuum,
or under CO2 Martian-like pressure
Hublots utilisés:
* Si3N4, épaisseurs testées: 30-50-100 nm
* Membrane de polycarbonate, épaisseur 100 nm
Distance membrane-échantillon : 50 mm environ. Elle doit être diminuée le plus possible à cause de
l’importante diffusion angulaire des électrons.
Le champ vu par le spectroscope est actuellement de quelques mm2. Il doit être considérablement
diminué par un couplage optique adapté.
Dispositif expérimental pour valider le concept de lampe à électrons
- 47 -
Image obtenue sans membrane
Caractéristiques du faisceau d’électrons :17 kV, 80 µA Champ imagé : 2.5 x 2 mm
Photo 1ère de couverture
Image obtenue avec membrane
de Si3N4, 50 nm , 0 mbar de CO2
Images comparées sans / avec membrane
pour la lampe à électrons. Lame mince d’un
plagioclase inclus dans une bombe
volcanique (Puy de la Vache, France).
- 48 -
II – 2 – 1 – 2 - Perspectives 2007- 2011
1. Les briques de la vie
Les collaborations déjà commencées sur le plan EXPOSE et COSIMA cf. ci-dessus le bilan
d’activités 2004 - 2006 sur la chimie du milieu interplanétaire continueront.
2. Microscope pour Mars
ExoMars-Microscope est le projet scientifique et instrumental conçu pour donner suite à la
sélection de la proposition de recherche GEOMICROPAL, conduite par Frances Westall
(CBM-CNRS Orléans), pour la mission d’exploration martienne ExoMars de l’ESA.
ExoMars est la première mission spatiale européenne dédiée à l’exobiologie. Elle a pour
objectifs la recherche de traces de vie actuelle ou fossile ainsi que la caractérisation des
habitats potentiels de cette vie dans les roches et sols analysés. Les investigations seront
menées par les instruments de sa charge utile scientifique Pasteur à partir d’un robot
d’exploration déposé à la surface de Mars. Elles concerneront non seulement la surface de
la planète mais aussi son sous-sol. Dans ce but, une foreuse sera embarquée qui prélèvera
des échantillons jusqu’à 2m en profondeur. Ces échantillons seront ensuite confiés au
laboratoire analytique embarqué.
Un microscope optique couleur équipera ce laboratoire. L’analyse microscopique des
échantillons de roche et de régolite, menée par ce microscope puis les autres instruments du
laboratoire, contribuera à comprendre la nature de l’échantillon, sa composition, son mode
de formation ainsi que les processus qui l’ont altéré depuis sa formation. MicrOp aidera
l’évaluation de l’échantillon comme habitat de vie potentiel. Dans les microenvironnements
habitables, certaines grandes structures d’origine biologique pourront être observées au
microscope. Le rôle du microscope sera crucial pour l’interprétation des biosignatures
optiques et chimiques parce qu’il reliera les observations et analyses effectuées par les
instruments de contexte depuis la surface de Mars à celles du laboratoire analytique
effectuées sur des échantillons du sous-sol.
Le microscope est un projet soutenu par une équipe scientifique européenne et l’OSUC
(CBM, ISTO, LPCE), dont le « deputy coordinator » et responsable scientifique est Frances
Westall.
Calendrier
L’ESA est déjà dans une phase très active (phase B1) du développement de sa mission
ExoMars et prévoit un lancement mi-2011 pour un début des opérations à la surface de Mars
début 2013. Le CNES a défini son plan de financement pour la construction du microscope
et le travail de définition a déjà commencé. Un nouveau “peer review” scientifique et
technique aura lieu dans les prochains mois pour vérifier les instruments pour la charge utile
du robot Pasteur (décembre 2006-avril 2007).
- 49 -
3. PAFS-net (Planetary analogue field study network)
La PAFS-net continuera les travaux sur les roches analogues de Mars en agrandissant la
collection de différents types de roches. Une première mission sur le terrain (le Pilbara en
NW Australie où il y a des roches de 3,5 milliards d’années, analogues des roches
martiennes de l’époque noachienne) aura lieu en mai 2007. Le but de cette mission est de
tester le plus d’instrumentation spatiale, prototype ou de laboratoire portable possible sur les
roches in situ afin de simuler le plus possible une vrai mission martienne. D’autres missions
dans des environnements différents et des roches différentes sont prévues (par exemple, un
désert froid, des sources hydrothermales….).
4.Organominéraux et microfossiles
Le détail de ces recherches est également présenté dans le document soumis pour le futur
quadriennal de l’ISTO. L’ouverture récente par l’ISTO d’un chantier de recherche sur les
biofilms et tapis microbiens carbonatés de la Salada de Chiprana (Espagne), seul lac
hypersalin permanent d’Europe de l’Ouest, permet d’élargir les recherches orléanaises sur
les organominéraux, menées jusque-là essentiellement sur les échantillons d’îles du
Pacifique, à un milieu à la fois plus extrême, plus diversifié du point de vue minéralogique, et
plus facile d’accès depuis Orléans. Les mêmes méthodes d’analyse seront utlisées (cryoMEB à émission de champ [cryo-MEBEC], GC-MS, HPLC-MS-MS) ainsi que la nouvelle
technique de HPLC-IRMS expérimentée à l’ISTO, qui autorise la détermination de la
signature isotopique (∂13C) des fractions moléculaires séparées, permettant de remonter à
l’origine biologique de ces composés. Ce projet, CYANOCARBO, est soutenu par l’ANR
pour une durée de 3 ans.
Sur le plan de la fossilisation des microorganismes, les expériences de fossilisation simulées
continueront avec le suivi en particulier de la dégradation des biomolécules au cours du
métamorphisme. Cet objectif impliquera des expériences qui simulent les effets de pression
(5-7 kb) et de températures jusqu’à 500-600°C.
En ce qui concerne les études par AFM, l’utilisation de cet instrument sera poussée dans la
direction de l’analyse in situ des macromolécules, signatures de microorganismes
spécifiques. Cette étude est en cours de réalisation et demandera une nouvelle AFM mieux
adaptée à ce genre d’utilisation.
Nouveau projet : Biominéralisations en milieux extrêmes actuels et fossiles, implications
paléo-environnementales
L’hydrothermalisme, en milieu marin, est caractérisé par une grande diversité de la
profondeur des émissions, de leur température et de leur chimie, elle-même conditionnée
par la variété des contextes géodynamiques. En retour, les émissions de fluides
conditionnent une biodiversité dont les caractères sont très spécifiques des conditions de
milieu. Des environnements toxiques en milieux actuels profonds sont connus dans les rides
médio-oéaniques, Atlantique ou Pacifique (cf campagnes EXOMAR 2005 dans la zone du
Point triple des Açores et BIOSPEEDO 2004 dans le Pacifique Sud-Est). Des activités
hydrothermales côtières ont également été découvertes, générant des milieux toxiques dûs à
l’apport d’arsenic par les fluides. Les cortèges microbiens revêtent une importance capitale
dans le fonctionnement biogéochimique de ces environnements. Ils génèrent des (bio-)
minéralisations qui constituent des archives extrêmement précieuses pour la compréhension
des faciès sédimentaires développés en contexte d’hydrothermalisme ancien.
- 50 Notre projet vise à réinterpréter des structures anciennes à la lumière des nouvelles
informations que procurent les environnements extrêmes actuels. La série des Terres Noires
(Bassin Subalpin français), épais niveaux marneux Callovo-Oxfordien présentant de
nombreuses anomalies carbonatées (lits de concrétions nodulaires, bioconstructions), sera
notre cible géologique. L’origine bactérienne des encroûtements carbonatés nodulaires y est
déjà attestée. L’origine des pseudobiohermes est liée à un hydrothermalisme profond (6001000m), avec des émissions de fluides diapiriques issus des masses triasiques remontées
par décompression le long de failles vers les fonds marins oxfordiens(1,2). Le méthane est
enfin un constituant spécifique du fluide hydrothermal.
Le but de nos recherches inclut (i) de mieux contraindre les conditions physico-chimiques du
paléo-environnement oxfordien. On discutera l’épaisseur de la tranche d’eau sur la base des
données d’inclusions fluides et l’éventuelle stabilité d’hydrates de gaz dans ce contexte. (ii)
Identifier des souches bactériennes et de leur métabolisme : les marnes et leur contenu
organique ont été encroûtées dans un réseau carbonaté avant tout enfouissement
significatif. Les biocarbonates sont donc des milieux privilégiés pour reconstituer les cortèges
bactériens et leur métabolisme sur la base de critères morphologiques et biogéochimiques.
(iii) L’environnement marin oxfordien des Terres Noires a été affecté par un polluant,
l’arsenic(3) et par ailleurs, l’Oxfordien est une période reconnue d’extinction des faunes et
d’intense spéciation, avec notamment l’apparition d’espèces adaptées aux milieux toxiques
(Lucinidés). Le site de Beauvoisin offre l’opprtunité d’étudier la nature et la distribution des
faunes dans un paléo-environnement marin toxique en fonction de la proximité d’évents. On
peut aussi rechercher des reliques de protéines (des thio-peptides par exemple) qui auraient
été secrétées par les faunes pour détoxifier leur milieu intracellulaire.
(1) Edon M. (1994) Three-stage decompression-related halokinesis in the Subalpine Range: fluidinclusion evidence in rock-salt. Eur. J. Mineral. 6, 855-871.
(2) Edon M., Ramboz C. et Gable R. (1995) Halocinèse au Jurassique dans le bassin Sud-Est
(France): mise en évidence d'une anomalie thermique dans le Trias profond. C.R.Acad. Sci., Paris
321, 185-192.
(3) Edon M., Ramboz C., Volfinger M., Choi C.G. et Isabelle D. (1996) Apport de métaux par des
fluides profonds de source évaporitique dans l'Oxfordien du bassin S-E (France). Contribution de la
microanalyse PIXE. C. R. Acad. Sci., Paris, 322 série IIa, 633-640.
(4) Barbin V. (2000). Cathodoluminescence of carbonates shells : biochemical vs diagenetic process.
In Pagel M., Barbin V., Blanc Ph. & Ohnenstetter (eds), Cathodoluminescence in Geosciences,
Springer Verlag, Chap. 12, p.303-329.
ISTO (P. Gautret, P. Albéric, J. Bréheret, J.R. Disnar, C. Ramboz, C. Defarge, X. Bourrat, O.
Rouer) ; Collaborations : V. Barbin, Université de Reims; C. Gaillard, Université de Lyon.
5.
Lampe à électrons
La diffusion et l’interface géométrique entre la membrane, l’échantillon et le microscope ont
été identifiés comme conditionnant de façon critique la qualité des résultats obtenus. Nous
envisageons :
* une étude expérimentale systématique de la diffusion angulaire prenant en compte
la membrane, la pression de CO2, l’angle d’incidence du faisceau d’électrons, la
géométrie d’interface. Pour cette étude, on utilisera une surface de YAG, dont
l’émission de CL, homogène et intense, permettra de visualiser facilement la surface
irradiée par le faisceau d’électrons.
* une réflexion à la fois théorique et par simulation, sera menée sur un dispositif
électrostatique (ou électromagnétique) ayant comme objectif de minimiser les
conséquences de la diffusion.
- 51 Participants aux différents projets de la thématique Exobiologie
ISTO
- Patrick Albéric, MCF
- Jean-Gabriel Bréheret, PR
- Xavier Bourrat, CR1
- Christian Défarge, MCF
- Jean-Robert Disnar, DR2
- Aude Durand, IE
- Pascale Gautret, CR1
- Fatima Laggoun-Défarge, CR1
- Elisabeth Lallier-vergès, DR2
- Clairette Ramboz, CR1
LPCE
- Roger Thomas
- Philippe Martin
- Laurent Thirkell, IR
- Paul Gilles
CBM
- André Brack, DR émérite
- Marylène Bertrand, IR
- Annie Chabin, IR
- Philippe Labrot, doctorant
- François Orange, doctorant CBM/ISTO
- Frances Westall, DR2 (chef de projet)
Moyens demandés auprès d’autres organismes
-
Projet AMINO/EXPOSE : moyens demandés au CNES mars ,
-
Projet (Microscope/ExoMars : moyens demandés au CNES mars
-
Projet PAFS-net ExoMars : moyens demandés au CNES mars
-
l’analyse et compréhension des organominéraux et les microfossiles : CNES R&T ; Projet
CYANOCARBO financé par l’ANR (2006-2008).
-
biominéralisations en milieux extrêmes actuels : implications paléo-environnementales : il
s’agit de reconstituer les paramètres physico-chimiques dans des zones d’évents sousmarins fossiles où une intense activité bactérienne et biologique s’est développée.
moyens demandés GdR Exobiologie et programme Egide ;
-
la construction d’une lampe à électrons pour faire de l’analyse et imagerie
cathodoluminescence in situ sur Mars : CNES (R&T) ;
-
préparation d’une plateforme analytique en imagerie 3D/chimie des roches terrestres et
extraterrestres en vue d’obtenir le label “centre d’excellence d’analyse des futurs
échantillons retournés de Mars”. Collaboration : Région Centre, CNES, INSU, BRGM.
Partenaires extérieurs du projet
en
- 52 1.Projet AMINO : briques de la vie -molécules prébiotiques (PI André Brack, Orléans). Le
projet fait partie de l’expérience spatiale de l’ESA EXPOSE, ce qui implique une
collaboration avec des partenaires de plusieurs pays d’Europe (UK, Allemagne).
2. Projet Microscope : participation dans la définition du microscope (Deputy Coordinateur
Frances Westall, Orléans) pour la charge utile du robot Pasteur pour la mission EXOMars de
l’ESA (2011/2013). Basé sur la proposition GEOMICROPAL de 2003, ce projet implique une
collaboration avec des partenaires dans plusieurs pays européens.
3. Le projet PAFS-net (coordinateur principal Derek Pullan, UK, coordinatrice associée
Frances Westall, Orléans) implique une collaboration sur l’échelle européenne avec la
participation de participants des pays suivants : UK, France, Italie, Allemagne, Espagne .
4. Projet organominéraux et microfossiles: comprenant plusieurs axes de recherche, ce
projet implique des partenaires externes français (Daniel Prieur, Brest ; Beate Orberger,
Orsay ; Laurence Lemelle, Alex Simionovici, Lyons ; Rutger De Wit, Montpellier ; V. Barbin,
Reims; C. Gaillard, Lyon) et non-français (Vic Pearson, Open University ; Nathalie
Grassineau, Royal Holloway College ; Gordon Southam, London Ontario ; Cornel de Ronde,
Lower Hutt, New Zealand).
5. Projet de construction d’une lampe à électrons : les principaux partenaires externes sont
Jane MacGibbon, Univ. Florida ; Laddowan Miko, Goddard Space Center; Vincent Barbin,
Reims.
6. Projet centre d’excellence en microscopie/chimie pour accueillir des futurs échantillons de
retour de Mars. Ce projet s’incrit dans la logique d’une plateforme Imagerie3D/Analyse et
s’appuie sur nos liens directs avec le BRGM et l’INRA..
- 53 -
II – 2 – 2 – REACTIVITE ET TRANSFERT A L’INTERFACE GEOHYDROSPHERE - ATMOSPHERE
Chefs de projet : Valéry Catoire (LPCE), Patrick Albéric (ISTO).
Mots clés : chimie atmosphérique, effet de serre, ozone, méthanogenèse, lacs, anoxie,
sols, gaz volcaniques, photochimie, complexe argilo-humique, HONO
Cette thématique scientifique traduit la volonté de la direction de l’OSU de mettre en place
des actions de recherche novatrices, constituant la valeur ajoutée de cette structure. Elle a
pour objectif de développer une synergie entre (1) étude chimique des espèces traces
atmosphériques et (2) étude de la réactivité chimique des milieux aqueux, des sols et du
volcanisme.
L'intention est d'une part de se donner les moyens de réaliser des mesures à basse altitude
de gaz traces atmosphériques (CH4, N2O, NO2, SO2...), en relation avec des géosystèmes
sources, et d'autre part de contraindre la modélisation de l'apport du volcanisme en
améliorant la connaissance de la solubilité des gaz dans les magmas.
Les géosystèmes ateliers peuvent être des sites naturels faisant déjà l'objet d'études
(bio)géochimiques des phénomènes sources de ces gaz ou des montages expérimentaux en
laboratoire. Trois niveaux d'échelle au moins peuvent être distingués;
- le premier concerne les impacts d'ampleur régionale (voire globale) comme les éruptions
volcaniques majeures,
- le second s'adresse à des phénomènes d'émanations plus diffuses mais cependant bien
circonscrites localement comme les lacs méromictiques de cratère,
- le troisième niveau voudrait étudier les mécanismes de réaction à la surface des
minéraux et des matières organiques des sols et des roches.
Plusieurs projets sont proposés dans cette thématique.
II–2–2– 1. Flux de méthane produit par les réservoirs anoxiques
A ce jour, cette étude concerne le cas d'un lac méromictique, le lac Pavin puis pourra être
étendue à d’autres milieux (mangroves, tourbières) dans un deuxième temps.
Lac Pavin, lac de cratère, Massif Central, France.
- 54 Ce volet articule l'étude du fonctionnement biogéochimique d'un lac de cratère possédant
une couche profonde stable productrice de méthane biogénique (Programme ANR
METANOX) et la possibilité de suivre les éventuels transferts vers l'atmosphère (projet
SPIRIT, SPectromètre Infra-Rouge In-situ Troposphérique). Le site retenu étant par ailleurs
le lieu des derniers épisodes volcaniques connus sur le territoire, la contribution du
dégazage profond (CO2, gaz rares...) pourrait constituer un thème complémentaire.
Visualisation par un faisceau laser rouge du parcours optique (> 200 m) obtenu dans la cellue
d’absorption infrarouge du futur spectromètre SPIRIT pour la détection de gaz traces (photo 1ère de couverture)
II–2–2– 2. Halogènes d'origine volcanique
L’activité volcanique est connue comme une source de perturbation parfois importante de la
chimie atmosphérique. Les éruptions explosives majeures, telle celle du Pinatubo en Juin
1991 aux Philippines, ont permis d’évaluer les effets d’injection massive d’aérosols d’origine
volcanique dans les hautes couches de l’atmosphère. Cependant, si le rôle de certaines
espèces volatiles majeures (CO2, S en particulier) semble maintenant bien établi, celui
d’espèces dites mineures, en particulier les halogènes, est loin d’être bien compris et encore
moins quantifié. L’incertitude principale réside dans l’intensité des flux d’halogènes d’origine
volcanique, et plus particulièrement ceux concernant le brome et de l’iode. L’incertitude
quant à l’intensité de ces flux est un des problèmes majeurs dans le domaine de la
modélisation de la chimie de l’atmosphère.
Ce projet se propose d’apporter des éléments de réponse à cette problématique par la voie
expérimentale. Il s’agit d’effectuer des expériences en conditions hydrothermales (haute
pression haute température) dans lesquelles on équilibre des liquides silicatés avec une
phase gazeuse, de façon à pouvoir déterminer le coefficient de partage des halogènes en
conditions magmatiques.
La connaissance de ce coefficient de partage, ainsi que celle des concentrations des
éléments concernés dans les liquides silicatés naturels permettra en retour d’évaluer les
quantités d’halogènes injectées dans l’atmosphère au cours d’éruptions volcaniques
explosives et effusives. L’intégration de ces résultats sur différentes échelles de temps
permettra d’estimer la contribution volcanique s’agisant des concentrations d’espèces
halogénées dans l’atmosphère et donc d’affiner les modèles d’évolution de la chimie de
l’atmosphère.
- 55 -
II–2–2– 3. Réactivité (photochimique)
atmosphériques aux interfaces organo-minérales
des
espèces
La réactivité des espèces atmosphériques aux interfaces liquides et solides est très mal
connue à ce jour et constitue un milieu réducteur pour de nombreuses espèces
atmosphériques lorsque celles-ci sont adsorbées en surface ou absorbées en phase
condensée. Cette réactivité contribue à la formation de réservoirs fragiles de NOx et HOx à
partir de NO2 et d’espèces puits (HNO3), ce qui contribue à la formation d'ozone
troposphérique.
Le projet veut explorer les possibilités analytiques offertes par la spectrométrie de masse
(TOF-SIMS pour analyser les surfaces, spectrométrie de masse quadripolaire pour les gaz)
pour étudier les mécanismes hétérogènes de production (photo)chimique de HONO à la
surface de composés humiques et de molécules organiques modèles, de complexes argilohumiques et argiles-molécules organiques modèles et de minéraux seuls.
Principaux participants (ISTO – LPCE)
Patrick Albéric, MCF ISTO, co-chef de projet
Jean-Michel Beny, CR ISTO
Ary Bruand, PR ISTO
Valéry Catoire, MCF LPCE, co-chef de projet
Christophe Guimbaud, LPCE
Elisabeth Lallier-Vergès, ISTO (sur projet mangroves)
Fatima Laggoun-Défarge, ISTO (sur projet tourbières)
Virginie Marécal, LPCE
Fabrice Muller, MCF, ISTO
Philippe Penhoud, AI, ISTO
Michel Pirre, PR, LPCE
Gilles Poulet, PR, LPCE
Claude Robert, LPCE
Bruno Scaillet, DR, ISTO
Laurent Thirkell, IR, LPCE
Guy Richard, DR, INRA
Partenaires extérieurs au projet
- Programme METANOX (ANR-ECCO) sur le Lac Pavin.
- PPF “SOLO” demandé pour 2008 – 2011 en collaboration avec le Laboratoire de Sciences
du Sol (INRA d’Orléans) et le BRGM en vue de l’étude d’émanations de N20 des sols.
Références
Albéric P. River Backflooding into a Karst Resurgence (Loiret, France). Journal of Hydrology, 286, 14, 194-202. (2004)
Berthet N., N. Huret, F. Lefèvre, G. Moreau, C. Robert, M. Chartier, V. Catoire, B. Barret, I. Pisso,
L. Pomathiod, On the ability of chemical transport models to simulate the vertical structure of
the N2O, NO2 and HNO3 species in the mid-latitude stratosphere, Atmospheric Chemistry and
Physics, 6, 1599-1609, (2006).
Huret N., M. Pirre, A. Hauchecorne, C. Robert, V. Catoire, On the vertical structure of the
stratosphere at mid-latitude during the first stage of the polar vortex formation and in polar
region in presence of a large mesospheric descent, Journal of Geophysical Research, 111,
D06111, doi:10.1029/2005JD006102, 2006.
Moreau G., C. Robert, V. Catoire, M. Chartier, C. Camy-Perret, N. Huret, M. Pirre, L. Pomathiod,
G. Chalumeau. SPIRALE: A multispecies in situ balloon-borne instrument with six tunable
diode laser spectrometers, Applied Optics, 44(28), 5972-5989, 2005
- 56 -
- 57 -
II – 2 – 3 – OBSERVATIONS ELECTROMAGNETIQUES ET
GRAVITATIONNELLES DES OBJETS PLANETAIRES ET
ASTROPHYSIQUES
Porteurs de projet : F. Lefeuvre (LPCE), N. Cornilleau-Wehrlin (USN)
Mots-clés : électromagnétisme, activité solaire, irradiance, rayons cosmiques,
météorologie de l’espace, radioastronomie, détection et traitement du signal, pulsar,
big-bang, ondes gravitationnelles, physique théorique.
Participants majeurs au projet (liste non exhaustive) : LPCE, USR Nançay
-
I. Cognard (LPCE)
G. Desvignes (LPCE)
T. Dudok-Dewitt (LPCE)
C. Hanuse (LPCE)
A. Kerdraon (USR)
F. Lefeuvre (LPCE)
A. Marchandeau (LPCE)
A. Spallicci (LPCE)
L. Theureau (LPCE/USR)
Collaborations DC Backer, P. Demorest (University of California, Berkeley)
Plusieurs programmes d’observations électromagnétiques et plus récemment
gravitationnelles des objets planétaires et astrophysiques intéressant essentiellement le
LPCE et l’USR de Nançay sont en cours (cf. quadriennaux des laboratoires en question).
Ils concernent :
•
•
•
les relations Soleil Terre,
la détection au sol et sur satellite des ondes électromagnétiques associées à des
rayons cosmiques,
les activités astrophysiques en région Centre.
Dans ce document, l’objectif est de faire le point sur l’état d’avancement de ces thématiques
scientifiques dont les recherches ont été menées dans le cadre des laboratoires. Nous
souhaitons aujourd’hui faire apparaître ces actions LPCE-Nançay comme thématique
fédérative de l’OSUC et en présentons les perspectives. Le détail de ces recherches est
également présenté dans le document soumis pour le futur quadriennal du LPCE.
- 58 -
II – 2 – 3 – 1. Les relations Soleil-Terre
1.1 Introduction
Le Soleil fait partie de notre environnement et, au-delà de son effet majeur qui est son
intense flux lumineux, exerce par son activité plusieurs effets notables sur la Terre. Ce sont
ces effets que l’on désigne de manière plus générale sous l’appellation « relations SoleilTerre ». Plus généralement, on parle de « météorologie de l’espace » pour désigner la
discipline qui a pour objectif l’étude et la prédiction de l’effet de l’activité solaire sur les
planètes, leur environnement et le milieu interplanétaire.
Image de la couronne solaire
(photo 1ère de couverture)
Ces effets ne sont pas tous compris, mais il est certain qu’ils ont un impact sur les activités
humaines, particulièrement sur toutes les activités spatiales. On distingue trois grandes
interactions :
-
-
-
La modification du flux solaire en ultra-violet (UV) : ce rayonnement chauffe la
haute atmosphère. Ses variations, en particulier en cas d’éruption solaire,
conduisent à des modifications de la trajectoire des satellites en orbite basse.
Elles affectent aussi les communications par ondes radio et plus particulièrement
le fonctionnement du GPS.
Les perturbations du vent solaire (variations de vitesse, perturbations
magnétiques en provenance du soleil) perturbent le champ magnétique
magnétosphérique, avec des effets variés dans l’environnement terrestre comme
la production de courants induits dans le sol (perturbations des réseaux
électriques et téléphoniques), l’accélération de particules (aurores boréales,
dommages aux satellites), et aussi des perturbations des communications radio.
L’injection dans l’environnement terrestre de particules accélérées lors des
éruptions solaires. Les effets concernent surtout l’activité spatiale, et constituent
un réel danger pour l’homme dans l’espace et pour les satellites. Les effets ne
sont pas non plus négligeables à l’altitude de vol des avions.
L’impact du rayonnement UV sur l’environnement terrestre est relativement bien compris. En
revanche, la prévision de la variation de ce rayonnement reste très difficile. A cela s’ajoutent
- 59 les difficultés rencontrées dans sa mesure, qui constituent aujourd’hui un obstacle majeur.
Le LPCE y travaille par le développement de méthodes de reconstruction de l’irradiance.
Le second effet, en particulier l’arrivée de perturbations magnétiques d’origine solaire, est
actuellement un sujet d’études actif. Les laboratoires de la fédération (LPCE, USR) et de
l’Observatoire de Paris (LESIA) y travaillent depuis plusieurs années. Les moyens et
compétences disponibles nous mettent en très bonne place pour effectuer des avancées
dans les prochaines années. Le lancement réussi de l’expérience STEREO, plus
particulièrement destinée à l’observation des CME (qui sont à l’origine des perturbations
magnétiques dans le milieu interplanétaire) fait des 4 prochaines années une période très
importante pour l’étude de ces phénomènes.
Le troisième effet est le plus difficile à maîtriser, dans la mesure où la prévision des éruptions
et la quantification de leur impact reste encore largement dans le domaine de la recherche
fondamentale. Une prévision des effets sur l’environnement terrestre uniquement basée sur
des observations en temps réel se heurte au fait que les effets (arrivée de particules)
peuvent se produire moins de quelques minutes après la détection d’une éruption.
1.2 Les équipements utilisés
A travers le LPCE, la fédération et le future OSUC disposent d’un accès privilégié aux
instruments majeurs d’étude de l’environnement magnétisé de la Terre : la mission multisatellites CLUSTER pour l’étude de la magnétosphère externe, le satellite basse altitude
DEMETER et les radars SuperDARN pour l’étude de l’ionosphère conjuguée. Le LPCE a
participé à leur construction et possède toutes les compétences pour les utiliser. Des
chercheurs du LPCE sont aussi fortement impliqués dans de futures missions solaires
PROBA2 et PICARD, qui offriront dès 2008 des mesures de l’irradiance solaire en UV.
A travers l’USR de Nançay et les chercheurs du LESIA qui lui sont associés, l’OSUC
disposera du seul radiohéliographe capable d’observer les émissions radio produites par les
particules accélérées et les CME dans la couronne solaire et aura par ailleurs accès à de
- 60 nombreuses expériences spatiales indispensables aux études envisagées, comme SOHO,
TRACE, WIND et maintenant STEREO. Les équipes du LESIA y participent comme PI ou
CoI. Ces sondes spatiales offrent des coronographes, des imageurs du milieu
interplanétaire, des mesures in-situ du vent solaire et des particules accélérées et des
mesures des émissions radio dans le milieu interplanétaire.
1.3 Perspectives
Des travaux préliminaires ont déjà été menés lors de collaborations entre scientifiques du
LPCE et de l’USR Nançay/LESIA. L’effet des perturbations interplanétaires sur les
observations SuperDARN a ainsi été mis en évidence. Les perturbations interplanétaires ont
d’un autre coté pu être reliées à l’activité magnétique solaire, en fonction des
caractéristiques des CME observés dans la couronne. Ces travaux méritent d’être repris et
systématisés pour aborder les problèmes suivants.
•
La reconstruction de l’irradiance solaire et le lien avec l’aéronomie et le climat reste
un des problèmes-clé de la météorologie de l’espace, auquel le LPCE contribue
depuis peu par de nouveaux outils statistiques. Ces derniers permettent notamment
de comprendre le lien entre cette irradiance et les divers traceurs d’activité solaire qui
sont aujourd’hui utilisés par les programmes opérationnels.
•
Les propriétés des CME qui ont un effet géomagnétique. Or il est très difficile de
suivre le développement d’une CME et de prédire son impact sur Terre en l’observant
uniquement depuis la Terre. L’expérience STEREO, qui vient de placer 2 sondes
spatiales au niveau de l’orbite terrestre, mais décalées d’un angle important,
permettra enfin de sonder la structure tri-dimensionnelle des CME. Parallèlement, les
observations radioélectriques, qui permettent actuellement d’observer le démarrage
des CME bas dans l’atmosphère solaire, auront un apport fondamental à la
modélisation des CME vus par STEREO.Notons ici que la reconstruction de la
structure tri-dimensionnelle de la couronne solaire et du milieu interplanétaire à partir
des données de STEREO est un problème nouveau pour la communauté spatiale,
auquel le LPCE et le LESIA contribuent largement.
•
Les orages magnétiques sont les réponses induites dans le système
magnétosphère-ionosphère par les éjections coronales de masse (ou éjections de
masse coronale ??) (CME) produites à la surface du Soleil. Toutes les CME ne
donnent pas lieu à des orages magnétiques de même intensité. La structure que va
prendre cette éruption une fois échappée dans le vent solaire peut permettre de
savoir si l’orage sera intense ou non au niveau terrestre. De plus, une étude
comparée des causes et des manifestations d’orages d’intensités variées permettra
de déterminer si, d’un orage à l’autre, les réponses des différents paramètres sont
linéaires ou si, au contraire, il y a des effets de non proportionnalité. La séparation
angulaire des deux satellites STEREO par rapport au Soleil, permettra de calculer la
trajectoire, la vitesse et l’énergie des CME et donc de déduire la probabilité d’impact
de ces CME sur la magnétosphère terrestre. STEREO permettra également de
modéliser la structure magnétique tridimensionnelle des CME au cours de leurs
trajets du Soleil vers la Terre. Les observations conjuguées au point de Lagrange
avec ACE et WIND et depuis la Terre avec CLUSTER, DEMETER et SuperDARN
permettront de déterminer l’intensité de la perturbation magnétosphérique associée à
chacun de ces CME. Grâce à la couverture permanente des radars SuperDARN, une
méthode a déjà pu être mise en place pour suivre en temps réel l’emplacement de
certaines frontières magnétosphériques.
- 61 -
1.4 Conclusion et moyens nécessaires
Les prochaines années constituent une période importante pour l’étude des relations SoleilTerre du fait d’une conjonction inégalée de satellites dédiés à l’étude des relations SoleilTerre : SOHO, CLUSTER, STEREO, et bientôt PROBA2, PICARD, SDO, …. L’OSU possède
de nombreux atouts pour faire avancer ces études. Ses chercheurs ont ou auront accès à
toutes les données. Le problème le plus critique est celui du nombre de chercheurs
disponibles, qui n’est pas vraiment en adéquation avec les ambitions affichées et les moyens
disponibles. Le besoin fondamental de cette thématique est donc l’attribution de bourses de
thèses et de positions post doctorales.
II – 2 – 3 – 2. Détection “Sol” et “Satellite” des émissions électro-magnétiques associées à des rayons cosmiques
2.1 Introduction
Lors de leur arrivée dans l’atmosphère terrestre, et donc de leur interaction avec les
constituants de cette atmosphère, les rayons cosmiques d’ultra haute énergie (> 10 17 ev)
génèrent de très grandes gerbes de particules secondaires auxquelles sont associées des
émissions électromagnétiques transitoires. La détection de ces signatures
électromagnétique est un enjeu pour l’étude :
•
•
des rayons cosmiques d’ultra haute énergie (la détection de ces gerbes par
l’instrumentation classique en physique des hautes énergies est difficile et requiert de
très grandes surfaces de détection),
des effets de ces rayons cosmiques sur l’atmosphère terrestre.
Depuis 2001, une collaboration pluridisciplinaire a été engagée entre le laboratoire Subatech
(IN2P3, Nantes) et l’Observatoire de Paris pour non seulement détecter ces ondes mais
aussi identifier les directions d’arrivées. Un premier démonstrateur a été mis en place en
utilisant l’infrastructure du réseau décamétrique de Nançay. Les premières détections, faites
dans la bande 35-65 MHz, ont été publiées par Rallier et al. (2003), Ravel et al. (2004).
Depuis, une collaboration élargie a été établie dans le cadre du projet CODALEMA (COsmic
ray Detection Array with Logarithmic Electromagnetic Antennas), soutenu financièrement par
l’ANR.
Engagé dans la préparation du projet de microsatellite TARANIS, le LPCE a été très
rapidement conduit à rejoindre le groupe CODALEMA. De fait, l’objectif majeur de cette
mission est d’identifier les mécanismes de génération des phénomènes transitoires observés
dans la haute atmosphère dont les TLEs (Transient Luminous Events) et les TGFs
(Terrestrial Gamma ray Flashes). Or, la plupart des modèles de génération, en particulier
TGFs, postulent la production de gerbes cosmiques (ou extensive atmospheric showers),
associées à des émissions électromagnétiques de fréquence inférieure à 1 MHz.
Le programme s’appuie principalement sur : (a) le réseau décamétrique de Nançay exploité
scientifiquement par des chercheurs du LESIA (Observatoire de Paris), (b) l’antenne
magnétique TBF (f < 50 kHz) installée par le LPCE à Nançay, (c) le microsatellite DEMETER
qui est sous la responsabilité scientifique et technique du LPCE et dont les données sont
entre autre utilisées pour tester les concepts développés pour TARANIS. S’ajoutent à cela
les collaborations d’une part avec le laboratoire Subatech de Nantes (qui apporte son
- 62 expertise dans le domaine des astroparticules) et avec les laboratoires associés à TARANIS
dont le CEA/LDG (qui apporte son expertise dans le domaine de la mesure des émissions
électromagnétiques et acoustiques associées aux éclairs d’orages).
2.3 Perspectives
L’objectif du projet est d’identifier la gamme de fréquence complète des émissions
électromagnétiques associées aux gerbes cosmiques. Ceci suppose des échanges sur :
1- les bases de données dans les différentes gammes de fréquence,
2- les techniques d’analyses utilisées pour mettre en évidence les émissions étudiées,
3- la validation de l’association avec les rayons cosmiques.
Les travaux seront conduits dans le cadre du projet ANR CODALEMA et de la préparation
du projet de microsatellite TARANIS du CNES. Il faut probablement avancer un peu plus
dans les études pour proposer un sujet à un Doctorant.
II – 2 – 3 – 3. Les activités en astrophysique : résultats
3.1 Introduction
Au cours de ces dernières années, les activités astrophysiques en région centre ont été
centrées sur l’observation des pulsars rapides et les propriétés des galaxies et grandes
structures dans l'Univers Local.
Observations des pulsars rapides
Après un développement instrumental effectué à l'Observatoire de Paris et à Nançay en
1986-1988, le programme régulier d'observations des pulsars millisecondes démarre au
grand radiotélescope de Nançay fin 1988. Il s'agit de dater le plus précisément possible
l'instant d'arrivée au radiotélescope des impulsions radio reçues des pulsars les plus rapides.
Ces restes compacts de l'explosion d'une grosse étoile émettent en effet un faisceau radio
collimaté, entraîné par la rotation de l'étoile à la manière d'un phare au bord de la mer, qui
est perçu régulièrement sur Terre. La datation, effectuée avec une précision de l'ordre du
millionième de seconde, permet, après constatation d'une stabilité de rotation hors du
commun, de nombreuses études reposant sur la présence de ces horloges extrêmement
- 63 stables aux confins de la Galaxie. En champ gravitationel très intense, les théories de la
Gravitation (dont la Relativité Générale d'Einstein) sont testées lorsque le pulsar est situé
dans un système binaire. Ce sont toujours à ce jour les tests de la Gravitation les plus
efficaces. Les premiers instants de l'Univers dans le cadre de la théorie du Big-Bang peuvent
être sondés par la recherche d'un fond d'ondes gravitationnelles ayant son origine dans la
toute première seconde après le Big-Bang. Un bruit dans les mesures de temps d'arrivée
produit par les variations de distances induites par ces ondes gravitationnelles est
actuellement activement recherché et constitue la motivation ultime de ce type
d'observations.
A Nançay, le premier résultat important est venu des perturbations de propagation dans le
milieu ionisé interstellaire. Une 'bulle de gaz' a croisé la ligne de visée vers un pulsar et
produit une altération du signal (Cognard et al., 1993, Nature 366, 320). La grande densité
des observations à Nançay (1 observation tous les 3 jours en moyenne sur 15 ans!) a permit
de contraindre la nature turbulente du milieu interstellaire (Lestrade, Rickett & Cognard,
1998, A&A 334, 1068). Les pulsars jeunes sont connus pour présenter de temps à autre des
à-coups de rotation ('glitch') interprétés comme des modifications de structure interne. Ceuxci n'étaient pas observés sur les vieux pulsars car ayant acquis une configuration stable. Le
premier 'glitch' observé sur un vieux pulsar recyclé l'a été à Nançay sur PSR B1821-24
(Cognard & Backer, 2004, ApJ 612, L125).
Une remise à neuf du radiotélescope en 1998-2001 s'est traduit par une augmentation de
sensibilité d'un facteur 2.2 environ (FORT : Foyer Optimisé du RadioTélescope), impliquant
un télescope 4 à 5 fois plus rapide pour obtenir la même qualité d'observation qu'auparavant.
Pour profiter pleinement de cette amélioration importante, des développements
instrumentaux propres aux instrumentations 'pulsar' ont été initiés. En effet, l'observation des
pulsars est rendue très difficile par la dispersion des signaux par le milieu ionisé interstellaire
provocant l'étalement temporel d'impulsions très brèves (50-100microsecondes). C'est en
collaboration avec le Pr. D.C.Backer de University of California, Berkeley qu'une
instrumentation de 'dédispersion cohérente' a été développé pour plusieurs radiotélescopes
et un exemplaire installé à Nançay. Après un prototype installé en 2002, la version définitive
est opérationnelle depuis mi-2004 et le programme d'observations a pris une ampleur
nouvelle avec la possibilité d'observer tout pulsar quelles que soient ses caractéristiques.
A partir de 2004, plus d'une centaine de pulsars sont observés régulièrement. Un ensemble
de pulsars millisecondes ultra-stables est suivi pour la recherche de signatures d'ondes
gravitationnelles d'origine primordiale. Un groupe de pulsars jeunes et actifs est suivi en
radio à Nançay en complément à la très prochaine mission GLAST. Enfin, un ensemble de
pulsars situés dans des amas globulaires permettra de préciser le potentiel gravitationnel de
notre Galaxie.
Le résultat le plus intéressant obtenu très récemment a été sur le premier magnétar ou AXP
(Anomalous X-ray Pulsar) observé en radio et suivi quotidiennement à Nançay : XTE 1810197 ou PSR J1809-1943. Des variations du ralentissement du pulsar ont été détectées
- 64 (Camilo, Cognard et al., 2006, ApJ soumis).
Propriétés des galaxies et grandes structures dans l'Univers Local
L'exploration tridimensionelle de l'univers extragalactique, l'étude des vitesses particulières
des galaxies et de la répartition de la masse à grande échelle (< 200 Mpc) reposent sur une
hiérarchie d'indicateurs de distances allant des parallaxes trigonométriques des étoiles
proches jusqu'à la loi d'expansion de Hubble pour les galaxies lointaines. Ces indicateurs
sont basés pour l'essentiel sur des propriétés physiques (luminosité, masse, âge,
composition chimique, structure interne) des objets à différentes échelles. Une étude
statistique des galaxies de l'univers local en termes de morphologie, populations stellaires,
masse gazeuse ou rapport masse-luminosité est donc un préalable incontournable.
Nous avons développé ce champ d'étude en étroite collaboration avec le groupe de la base
de données extragalactiques hyperleda (Paturel et al., 2003a), en particulier pour la collecte
de nouvelles données radio à 21 cm avec le radiotélescope de Nançay. Ce programme
d'observation a occupé ~20% du temps du télescope pendant six ans entre 2001 et 2006 et
a permis de mesurer ~2500 nouveaux spectres radio de galaxies spirales (Paturel et al
2003b; Theureau et al., 2005, 2006a). Nous avons ainsi créé la première base de données
de profils de raie 21 cm accessible par Simple Spectra Access (SSA) dans les standards de
l'Observatoire virtuel. L'étude de la calibration primaire de l'échelle des distances à partir
des étoiles pulsantes céphéides a donné lieu à deux publications (Paturel et al., 2002a et
2002b). Une étude de la morphologie des galaxies en collaboration avec le département de
mathématiques appliquées (MAPMO) de l'Université d'Orléans, a par ailleurs débouché sur
un autre article (Theureau et al., 2006b) sur les méthodes de classifications dans un espace
multidimensionnel (nuées dynamiques, classification hiérarchique, mélanges de lois...).
Enfin, ce programme s'est achevé par une publication de synthèse où ont été présentées les
premières cartes du champ des vitesses jamais produites à cette échelle et une mesure
originale du paramètre de densité de matière Omega_m qui confirme les résultats de WMAP
(Theureau et al., 2006a).
Références
Cognard, I., Backer, D.C, 2004, "A Microglitch in the Millisecond Pulsar PSR B1821-24 in M28", ApJ
612, L125
Maitia, V., Lestrade, J.-F., Cognard, I., 2003, "A 3 Year Long Extreme Scattering Event in the
Direction of the Millisecond Pulsar J1643-1224", ApJ 582, 972
Paturel, G.; Petit, C.; Prugniel, Ph.; Theureau, G.; Rousseau, J.; Brouty, M., Dubois, P.; Cambrésy, L.,
2003, “HYPERLEDA I. Identification and designation of galaxies”, A&A 412, 45
Paturel, G.; Theureau, G.; Bottinelli, L.; Gouguenheim, L.; Coudreau-Durand, N., Hallet, N.; Petit, C.,
2003, “HYPERLEDA II. The homogenized HI data”, A&A 412, 57
Ramachandran R., P. Demorest, D. C. Backer, I. Cognard, A. Lommen, 2006, "Interstellar Plasma
Weather Effects in Long-term Multi-frequency Timing of Pulsar B1937+21", ApJ 645, 303
Rutledge, R.E., Derek, W.F., Kulkarni, S.R., Jacoby, B.A., Cognard, I., Backer, D.C., Murray, S.S.,
2004, "Micro-second Timing of PSR B1821-24 with Chandra/HRC-S", ApJ 613, 522
Theureau, G., Coudreau, N., Hallet, N., Hanski, M., Alsac, L., Bottinelli, L., Gouguenheim, L., Martin,
J.-M., Paturel, G. 2005, “21-cm line measurements of 586 galaxies with the new Nançay
receiver”, A&A 430, 373
Theureau, G., Hanski, M., Coudreau, N., Hallet, N., Martin, J.-M., 2006a, “Kinematics of the Local
Universe XIII. 21-cm line measurements of 452 galaxies with the Nançay radiotelescope, JHK
Tully-Fisher relation and preliminary maps of the peculiar velocity field”, A&A in press
Theureau, G.,El Bakri, N., Paturel, G., 2006b, “Tracing galaxy morphology from global astrophysical
parameters”, A&A submitted
Webb, N.A., Olive, J.-F., Barret, D., Kramer, M., Cognard I. and Löhmer O., 2004, "XMM-Newton
spectral and timing analysis of the faint millisecond pulsars PSR J0751+1807 and PSR
J1012+5307", A&A 419, 269
- 65 -
Les études conduites jusqu’à présent s’appuient essentiellement sur l’exploitation
scientifique (en particulier par deux chercheurs du LPCE) du radiotélescope de Nançay
(Obs. Paris, CNRS).
L’analyseur de signal couplé au RT (backend), dédié à la détection des pulsars est un
appareil qui pourra être dans la plateforme “Observation” de l’UMS et à ce titre considéré
comme moyen de l’OSUC.
3.3 Perspectives
Avec l’arrivée d’Alessandro Spallicci comme professeur d’astronomie-astrophysique à
l’Université d’Orléans au 1er septembre 2006, l’équipe 'astrophysique' s'est recentrée sur le
thème des pulsars et objets compacts et a été rebaptisée ARGO (Astrophysique,
Radioastronomie et Gravitation à Orléans). L’équipe, au départ composée de I.Cognard et
G.Theureau, est également renforcée par la présence de deux étudiants de doctorat (dont
un à Nice, Observatoire de la Côte d’Azur). Trois thèmes se dégagent à ce jour pour
structurer les activités du groupe : 1- les pulsars et les ondes gravitationnelles, 2l'astrophysique des objets compacts, 3- la physique fondamentale. Pour chacun de ces
thèmes, l'équipe ARGO est à même, soit instrumentalement et par l'analyse de données, soit
théoriquement, d'apporter des résultats nouveaux. Une collaboration avec les
mathématiciens du MAPMO sera encouragée au sein même de l’OSUC. Le besoin
fondamental de cette thématique en termes de moyens est l’attribution de bourses de thèse
et de bourses post doctorales.
1. Pulsars et Ondes Gravitationnelles (cf. Quadriennal LPCE)
(i)Les pulsars peuvent être détecteurs d'ondes gravitationnelles, d’origine primordiale ou
stochastique, à très basse fréquence en les utilisant comme horloges à l’extrémité d’un
bras d’interféromètre partant de la Terre. C'est là la base du 'European Pulsar Network'
regroupant les grands radiotélescopes européens dans le cadre de Radionet.
(ii) Les pulsars sont aussi sources isolées d'ondes gravitationnelles. Parmi les processus,
on peut citer les écarts à l’axisymétrie, la précession de l’axe de rotation, l’accrétion de
matière dans un système binaire de faible masse et les modes quasi normaux
d’oscillation. Les sources privilégiées sont les pulsars jeunes, rapides et proches. Pour
ces derniers, associée aux mesures au sol par interférométrie laser (VIRGO, LIGO), leur
- 66 détection constitue un enjeu scientifique majeur puisqu’elle permettrait de sonder
l’intérieur des étoiles à neutrons et peut être de découvrir de nouvelles équations d’état
de la matière.
(iii) Les pulsars binaires sont étudiés comme sources d'ondes gravitationnelles depuis le
premier système de ce type, nommé PSR B1913+16, en passant par la binaire très
proche PSR B1534+12 jusqu’au pulsar double PSRJ0737-3039A/B. Les systèmes
binaires constituent un instrument très précis pour mesurer le décalage orbital lié à
l’émission d'ondes gravitationnelles et vérifier la relativité générale.
Depuis maintenant quelques années, l'instrumentation 'pulsar' de dernière génération
installée à Nançay permet d'observer tous les pulsars rapides et relativistes nécessaires à
ces études. La grande disponibilité du temps de télescope à Nançay a permis et permettra
encore d'obtenir des résultats novateurs. L'étude des pulsars est également le 'key program'
du futur radiotélescope SKA (Square Kilometer Array) et sera un des rares types
d'observation à pouvoir être testé sur son démonstrateur EMBRACE implanté à Nançay.
2. Astrophysique des objets compacts (cf. Quadriennal LPCE)
- Etude multi-longueurs d'ondes des pulsars : En collaboration avec un groupe de
chercheurs des hautes énergies (CENBG, Gradignan; LPTA, Montpellier; CESR, Toulouse)
nous avons mis en place un programme de suivi radio de pulsars également détectés (ou
détectables) à haute énergie par les satellites XMM-Newton et GLAST (lancement fin 2007)
et le détecteur Cherenkov HESS/HESS2 en Namibie. On prévoit par exemple que GLAST
découvrira plus d'une centaine de pulsars gamma, soit dix fois plus que ce que l'on connaît
actuellement. Le suivi radio de ces objets permettra de garantir le succès de la moisson de
pulsars à haute énergie en fournissant les éphémérides précises, et à jour, nécessaires à
l'empilement phasé en temps réel des quelques rares photons X ou gamma en provenance
de ces objets. Cela permettra également de fournir des contraintes fortes sur la physique et
les mécanismes d'émission des étoiles à neutrons.
- Pulsars et trous noirs super massifs - Deux pulsars, PSR J1745-2912 et J1746-2856,
ont été récemment détectés proche du centre de notre galaxie (SgrA*) où on a observé
précédemment la présence d’un trou noir supermassif de 3x106 masses solaires. Ces
pulsars ainsi que les autres, proches du centre galactique, seront observés à Nançay pour
analyser l'environnement du trou noir supermassif.
3. Physique fondamentale (cf. Quadriennal LPCE)
Ces perspectives en physique fondamentale sont clairement des activités du LPCE, rendues
possibles par l’arrivée d’A. Spallicci. Si elles figurent ici parmi les thématiques transversales
de l’OSUC, c’est qu’il est attendu dans ce cadre une collaboration avec les mathématiciens
du MAPMO. Parmi ces recherches, nous mettrons en avant les suivantes :
- Principe d'équivalence - Le principe d'équivalence est défini de plusieurs façons : égalité
entre masses inertielle et gravitationnelle ; égalité entre les corps indépendamment de leur
composition ; égalité des accélérations pour masses différentes. Rappelons que le test du
principe d'équivalence est l'objectif du satellite Microscope du CNES.
- Anomalies du « red-shift » - L'expansion de l'univers se base sur l'interprétation du
décalage vers le rouge des spectres des galaxies comme phénomène Doppler. Malgré cela,
depuis des années, cette interprétation semble être en contradiction avec certaines
- 67 observations.
- Théories alternatives et relativité générale - Le formalisme post-newtonien paramétrisé
(PPN) est une façon d'inclure la relativité générale au sein d'un vaste espace de théories qui
sont infiniment proches de celle d'Einstein dans des conditions de faibles courbures, mais
qui en diffèrent considérablement au voisinage de corps très denses comme les étoiles à
neutrons. Les trois systèmes les plus riches pour tester les divers aspects de la relativité
générale et comparer avec les théories alternatives sont le double pulsar PSRJ07373039A/B, le pulsar binaire de Hulse & Taylor PSRB1913+16 et le système pulsar-naine
blanche PSRJ1141-6545, à cause de sa dissymétrie. En effet, les systèmes très
dissymétriques (masse et excentricité) seront les plus utiles pour contraindre l’espace des
théories de la gravitation encore permises. Nous attendons d'autres systèmes exotiques de
ce type dans les grands relevés en cours, dont en particulier, le très attendu système 'pulsar
– trou noir'.
- Matière noire dans le halo de la Galaxie : Le suivi de pulsars situés dans des amas
globulaires permet de sonder le potentiel gravitationnel de ces objets et celui de la Galaxie
elle-même. Leurs mouvements absolus et leurs orbites, obtenus par les mesures de temps
d'arrivée, sont des clés pour l'étude de la masse dynamique et de la distribution de la
matière noire dans le halo.
- Capture des étoiles par les trous noirs supermassifs et réaction de radiation : Comme
la plupart des galaxies, notre Voie Lactée abrite un trou noir supermassif (jusqu'à un milliard
de masses solaires). Mesurer leur taux d'accrétion (nombre de capture d'étoiles de 1 à 100
masses solaires) est un objectif du plus haut intérêt en astrophysique et en relativité
(réaction de radiation et lois fondamentales du mouvement). La détection des ondes
gravitationnelles émises pendant la capture est aussi un des objectifs de l'interféromètre
spatial LISA (coopération NASA-ESA).
Les prochaines années constitueront une période importante pour le développement de
l’équipe Astrophysique. Il sera essentiel pour la faire vivre de l’étoffer par des doctorants et
des post doctorants. Le besoin fondamental de cette thématique en termes de moyens est
l’attribution de bourses de thèse et de bourses post doctorales. L’évolution des maquettes
Formation au sein de l’OSUC, notamment l’ouverture d’un parcous “Environnement –
Planètes – Univers” devrait à l’évidence dans la mesure du possible tenir compte de la
présence de ce groupe à Orléans.
- 68 -
- 69 -
II – 2 – 4 – MODELISATION ET SIMULATION NUMERIQUES
Chef de projet : J.L. Rouet (ISTO), collaboration S. Cordier (MAPMO)
Mots-clefs : calcul scientifique, simulation numérique, gestion et traitement des
données, traitement du signal, analyse d’image, mécanique des fluids, milieux poreux,
interactions fluids-roches, structures, spatialisation des données.
La mise en place de cette thématique scientifique dans le projet d’OSU est relativement
récente et encore en réflexion. Bien que la simulation numérique apparaisse le plus souvent
comme un “outil” des Sciences de l’Univers, l’implication du MAPMO dans l’OSUC permet
aujourd’hui d’intégrer la simulation numérique au sein des développements scientifiques de
l’OSUC et de proposer le “calcul scientifique” dans les futurs moyens communs d’analyse de
l’UMS.
L’objectif de cette thématique sous-tendue notamment par la demande du PPF Cascimodot
(Calcul Scientifique Modélisation Orléans-Tours) pour sa partie “Moyens” est de susciter des
collaborations et des partages de compétences et de moyens entre les membres présents et
à venir de l’OSUC. Dans ce cadre, des sujets comme le traitement du signal et de l’image, la
gestion de données, l’optimisation, la modélisation et le calcul numériques sont tout-à-fait
envisageables avec le MAPMO (plus généralement avec la fédération Orléans-Tours Denis
Poisson) mais aussi avec le LIFO (pour sa partie visualisation). L’engagement de l’ISTO et
de ses partenaires naturels : le BGRM et l’INRA d’Orléans, au PPF Cascimodot montre
clairement le niveau d’investissement pré-existant à la mise en place de cette thématique
(modélisation et simulation numériques) au niveau des actions fédératives de l’OSUC.
Nos domaines de compétence :
-
Signaux & Images
Détection de signaux, du type Whistler / Pulsar
Reconnaissance de formes
Analyse fractale, Segmentation
Applications de Simulation numérique :
-
Calcul d’antenne
Code hydrodynamique (Etudes de l’Atmosphère, Dynamique des Magmas)
Code MHD, Cinétique ….
Méthodes Monte-Carlo
Base de données
-
-
Inter-opérabilité des bases de données,
Spatialisation (carte) des données et Cartographie numérique,
Systèmes d’Information Géographique
S’agissant des développements mathématiques eux-mêmes, il n’est pas possible ici de les
présenter tous puisqu’ils sont partie prenante de nombreux projets des laboratoires de
l’OSUC (cf. quadriennaux).
- 70 Sont présentés ci-dessous des travaux menés en collaboration entre l’ISTO et le MAPMO
sur :
- la structure de géomatériaux poreux et propriété de transfert,
- la dynamique des magmas intégrant physique et chimie des magmas
A Reconstruction 3D d’un sol (phase solide en gris) et d’un tuffeau (O. Rozenbaum, J.L. Rouet)
(cf. Rapport activité ISTO)
Tomographie X
d’un échantillon
de tuffeau
Niveaux de gris
Segmentation 3D
- 71 B - Comprendre le dégazage magmatique lors d'une éruption.
Des expériences de décompression permettront de déterminer la perméabilité
magmatique (droite).
Le dégazage en système ouvert et la transition effusif-explosif seront abordés avec
un modèle numérique d’ascension magmatique (centre).
Des lois de solubilité des volatils déterminées expérimentalement serviront de base
pour la modélisation thermodynamique du dégazage du système S-O-H-C (gauche).
L'ensemble des données permettra de simuler les variations de la composition et du
débit des gaz dans les panaches volcaniques.
Travaux de Alain Burgisser (cf. Rapport d’activité ISTO)
- 72 -
S’agissant des thématiques transversales de l’OSUC, il est clair que ces développements
trouvent leur place aussi bien sur les problèmes de réactivité chimique aux interfaces, que
dans les développements liées aux observations électro-magnétiques voire ceux de
physique théorique.
Altitude (km)
CO (ppbv) + VENT
Longitude
Modèle couplé RAMS (modèle atmosphérique) - Chimie
Transport vertical des précurseurs de O3 : exemple du traceur CO
Le modèle “Chimie” intègre la chimie gazeuse, aqueuse
et la production de NOx par les éclairs.
Travaux réalisés par l’équipe de Chimie atmosphérique du LPCE
V. Marécal, E.D. Rivière, M. Pirre (cf. rapport d’activité, LPCE)
- 73 -
Observation du pulsar PSR B1713+07 avec NBPP.
Dispersion introduite par la composante ionisée du Milieu Interstellaire
Travaux I. Cognard (LPCE), G. Thereau (USN)
II – 2 -4–1. Présentation résumée du Projet “Calcul Scientifique
et Modélisation Orléans-Tours” (resp. JL Rouet, pour le projet 2008-2011).
La simulation numérique couplée à la modélisation est un outil utilisé dans presque tous les
domaines de la recherche scientifique pour la production de nouvelles connaissances. Les
démarches de modélisation et de simulation numérique utilisent des outils souvent très
sophistiqués et requièrent des compétences de plus en plus pointues et variées qui sortent
souvent des compétences des laboratoires. Aussi, chaque laboratoire est amené à
rechercher voire à développer des savoir-faire qui n'ont rien à voir avec leur champ
disciplinaire habituel. Ces besoins sont en perpétuelle évolution et il est difficile d'y faire face.
Si on souhaite faire preuve d'efficacité et d’une certaine compétitivité, la nécessité d'une
mise en commun des diverses compétences des laboratoires au niveau d'une université
(pour ce projet 2 universités en l’occurrence : Orléans et Tours) paraît évidente.
Les simulations ou expériences numériques sont souvent à la limite des possibilités offertes
par les ordinateurs. L’avancée des connaissances demande souvent d’avoir accès à des
moyens de calcul puissants. S’il n’est pas possible qu’un laboratoire seul se dote année
après année des moyens de calculs de pointe, il est plutôt souhaitable qu’ils soient partagés
par l’ensemble de la communauté, soit pour « upgrader » un équipement existant, pour le
renouveler ou pour son acquisition. Cela se concrétise, sans exclusive, par la participation à
l’achat de moyens communs, par l’aide à l’émergence ou le renforcement de groupes de
travails entre laboratoires, et aussi par l’utilisation de calcul partagé du type CONDOR.
- 74 -
Le Projet “Calcul scientifique et modélisation des Universités d’Orléans et de Tours”
demandé sous forme de PPF et de financement Région Centre et de soutien INSU se
propose également de mettre en place en région Centre un méso-centre de Calcul. Par
ailleurs,
L’OSUC est partie prenante de ce projet puisque les Sciences de l’Univers interviennent
pour un tiers dans les demandes de calcul de ce futur méso-centre de calcul. Par ailleurs,
dans un monde scientifique ainsi orienté vers la modélisation et la simulation numérique, il
semble également utile d'assurer une formation de base dans cette direction pour les futurs
chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs et même décideurs, ce qui pourrait être
réalisée pour partie dans le cadre des formations proposes par l’OSUC.
II – 2-4–2. Présentation du Projet ResoNAT (resp. D. King, INRA
d’Orléans)
Participants :
CNRS, Université d’Orléans, Observatoire de Paris : future UMS OSUC
Université de Tours, BRGM, INRA, IRD, Cemagref, IFN
Un des objectifs de ce projet est la mise en réseau des systèmes d’information et des
moyens de recherche dans le domaine des ressources naturelles
Les réseaux couvrent en général la totalité du territoire national et sont (ou seront dans un
proche avenir) intégrés dans des systèmes européens. Ces réseaux ont été développés
suivant les priorités et domaines d’excellence de chaque organisme. Il est maintenant
nécessaire, au sein de ResoNat, de développer des méthodes afin d’interfacer et de croiser
ces différents systèmes au service de la thématique partagée des ressources naturelles
notamment le sol et le proche sous-sol. Il s’agit aussi d’identifier les meilleures pratiques,
échanger les savoir-faire et innover en proposant des expérimentations interorganismes.
A cet effet, il est nécessaire de :
élaborer et évaluer de nouveaux plans d’échantillonnage pour assurer la
représentativité des milieux et permettre une quantification des évolutions temporelles à long
terme,
évaluer et/ou développer des techniques innovantes de mesure au sein des
réseaux opérationnels de surveillance en développant notamment des zones ateliers
communes aux différents laboratoires (cf. zone atelier « SOLS » Nançay par exemple)
automatiser les mesures des réseaux opérationnels de surveillance et transférer
en temps réel les données vers les systèmes d’information (utilisation des Nouvelles
Technologies de l’Information et de la Communication : Internet, GPRS…)
développer des méthodes de cartographie numérique fonctionnelle avec
notamment des moyens de mesure géophysique aéroportée et de terrain (identification des
structures spatiales, fonctionnement intégré des interfaces « sol, sous-sol, nappes,
végétation », détection de processus émergeant…),
harmoniser/standardiser les protocoles de mesure y compris les outils et
méthodes de collecte des échantillons et de données d’observation,
organiser le recueil et la conservation sur le long terme des collections
d’échantillons (sols et sédiments, graines, pollen, tissus, ADN…),
Mutualiser les équipements informatiques et moyens de calcul et rendre les
bases de données interopérables (serveurs de métadonnées, partage de l’information
géographique WMS et WFS, catalogues OGC…).
La somme demandée par l’OSUC dans la fiche ResoNAT au titre de l’OSUC/STUC pour
le calcul scientifique représente 50 keuros.
- 75 -
II – 3 – Les Services d’Observation de l’OSUC (Perspectives)
II – 3 - 1 – CENTRE DE DONNEES ET D’OPERATIONS (SATELLITES
- SOLS)
Le Service Informatique "Centre de Données et d'Opérations" intervient dans toutes les
activités liées au traitement des données et à l'exploitation des instruments sol et embarqués
par le LPCE. Son rôle est de maximiser le retour scientifique en mettant à disposition de la
communauté scientifique les données, les produits dérivés et les outils nécessaires aux
recherches. Il aide les expérimentateurs à opérer les instruments scientifiques, à
exploiter, à distribuer et à archiver les données instrumentales. Pour cela, il conçoit,
met en œuvre et exploite l'infrastructure informatique nécessaire, au niveau systèmes et
réseaux, logiciels, serveurs de calcul et serveurs de données.
- Le Centre de Données et d'Opérations (satellites) – SO 5 - est actuellement impliqué dans
quatre missions spatiales internationales. Deux missions sont en phase E d'exploitation
nominale, une en phase de pré-exploitation et une en phase de définition :
a) la mission CLUSTER de l'agence spatiale européenne avec l'instrument WHISPER
(Waves of HIgh frequency and Sounder for Probing of Electron density by Relaxation)
présent à bord des quatre satellites lancés en juillet et août 2000. La phase nominale
d'opération/exploitation doit se poursuivre jusqu'en 2009.
b) le microsatellite DEMETER, premier microsatellite scientifique français. Le LPCE
est responsable scientifique et technique de toute l'instrumentation embarquée ainsi
que du centre de mission scientifique. Lancé en juin 2004, DEMETER sera opéré
jusqu'à fin 2008, les activités du centre de mission se prolongeant jusqu'en 2010.
c) la mission cométaire ROSETTA de l'agence spatiale européenne avec l'instrument
MIP (Mutual Impedance Probe). Le satellite, lancé en mars 2004, atteindra la comète
en 2014. Pendant la phase de croisière, le projet est en pré-exploitation, l'exploitation
nominale étant programmée de 2014 à 2016.
d) le microsatellite TARANIS, pour lequel le LPCE a, comme pour DEMETER, la
responsabilité de la mission scientifique. TARANIS entre en phase B, le lancement
est programmé en 2011. Le centre de mission est actuellement en phase de
définition, la revue de fin de phase A ayant entériné sa faisabilité.
- Suivi et analyse des signaux Pulsars : SO 5 - L’équipe Astrophysique du LPCE assure un
suivi continu de pulsars millisecondes à partir du radiotélescope de Nançay. Depuis 2004,
plus d'une centaine de pulsars sont observés régulièrement et plus de 6000 observations
effectuées (une base de données des profils d'impulsion obtenus se trouve à http://klun.obsnancay.fr/).
- SUPERDARN : SO3 et SO6
Le LPCE a la responsabilité expérimentale de la contribution française aux radars
SuperDARN d’Islande, de Kerguelen et du dôme C. Ceci représente donc quatre radars pour
lesquels nous assurons le suivi quotidien des opérations, du fonctionnement et de
l’acquisition des données.
- 76 -
II – 3 - 2 – INSTRUMENTATION DES GRANDS OBSERVATOIRES
SOL ET ESPACE – SO 2 PROJET LOFAR: IMPLANTATION D’UN RÉSEAU GÉNÉRIQUE DE
CAPTEURS EN RÉGION CENTRE
Chefs de projet : Michel Tagger (porteur du projet FLOW, French LOFAR), Philippe Zarka
LESIA, Nicole Cornilleau-Wehrlin USR Nancay,
Mots clés : radio-astronomie, interférométrie, étude des sols et des sous-sols,
traitement de l’information – transfert de données en temps réel – réseau européen
Parmi les outils dédiés à la radioastronomie présents à Nançay, certains ont vocation à être
des outils utilisés par les chercheurs de l’OSUC, tout en restant des instruments de
l’Observatoire de Paris et des SO labellisés comme tels. Il s‘agît par exemple du radiotélescope, du réseau décamétrique ou du radiohéliographe.
Dans le projet d’OSUC, un développement instrumental majeur est bien l’implantation d’un
réseau générique de capteurs à vocation radioastronomique (basse fréquence, LOFAR)
dans un premier temps et à applications environnementales dans un deuxième temps. Ce
projet pourra constituer dès sa mise en oeuvre une tâche de service puis dans l’avenir un
service d’observation labellisé.
L’OSUC est porteur du projet LOFAR (Low Frequency ARray).
- 77 -
Attendus
Le projet LOFAR est un des projets majeurs de l’OSUC et revêt en outre un caractère
fédérateur d’une part entre celui-ci et les départements scientifiques de l’Observatoire de
Paris (GEPI, LESIA) pour les aspects astronomiques et avec le BRGM pour les aspects
« sols ».
Il permettra à l’OSUC d’intégrer le consortium international LOFAR et d’acquérir ainsi
une plus grande visibilité internationale, déjà existante dans ce domaine au travers des
experiences CODALEMA.
L’implantation à Nançay, dans le cadre d’un projet international, d’un instrument de
grande complexité technologique et aux très hautes performances, renforcerait très
fortement et durablement les capacités d’observation de la Station. Elle constituerait en outre
un élément très fort pour attirer de nouveaux visiteurs sur le site dans le cadre des projets de
développement conduits par le Département du Cher.
Description du projet
LOFAR est un radiotélescope de nouvelle génération, fruit de progrès promettant un gain de
2 ordres de grandeur en sensibilité et résolution angulaire pour l’observation radio basse
fréquence. Initialement lancé, grâce à des financements locaux, comme un projet purement
hollandais, LOFAR s’européanise avec des stations additionnelles prévues en Allemagne (4
à 12), Royaume-Uni (2 à 4), des discussions avec la Pologne et l’Italie (la Hollande fournit 77
stations sur un diamètre de 200 km). Cet élargissement apportera un gain non seulement en
résolution angulaire (de l’ordre de 1") mais aussi dans l’exploitation optimale des
nombreuses thématiques que LOFAR permettra d’aborder.
L’installation d’une station à Nançay, demandée dès cette année par l’USR Nancay en
collaboration avec les chercheurs des laboratoires de l’Observatoire de Paris (porteur de
projet Michel Tagger) est fortement soutenue par l’OSUC. Tout en complétant idéalement le
plan u-v, elle permettra aux chercheurs français concernés, souvent nouveaux dans
l’observation radio, de rejoindre les collaborations scientifiques existantes et d’y trouver un
complément précieux aux instruments comme PLANCK, GLAST, HESS, STEREO, SimbolX, etc.
Les principaux domaines couverts sont :
- la cosmologie (époque de la réionisation, observée par la raie à 21cm de
l’hydrogène);
- les transitoires (AGN, binaires X, planètes et exoplanètes : P. Zarka est PI de ce
groupe de travail, pulsars et étoiles à éruptions);
- les surveys, concernant notamment les supernovae, les champs magnétiques
galactiques, le gaz chaud des amas de galaxies;
- les rayons cosmiques de haute énergie observés par l’émission radio des gerbes et
la couronne solaire.
Les domaines pouvant être abordés par les chercheurs de l’OSUC sont plus
particulièrement :
- les planètes et exoplanètes,
- le soleil,
- les rayons cosmiques de haute énergie,
- les pulsars,
- …
LOFAR est conçu comme un réseau de capteurs en grand nombre (~104 antennes pour les
- 78 hautes et basses fréquences), reliés à très haut débit à un corrélateur de très grande
puissance (BlueGene, sensiblement équivalent au plus gros ordinateur européen pour la
recherche).
Cela permet d’envisager des extensions dans deux directions :
- des liens avec d’autres disciplines, (géophysique et étude des sols), comme déjà
expérimenté aux Pays-Bas
- la conception d’une station étendue reprenant le back end de la station LOFAR pour servir
bien plus d’antennes (environ 8 fois). Cela permettrait de disposer d’un instrument utilisable
en stand-alone lorsque LOFAR n’utilisera pas les stations lointaines, pour la recherche, le
développement ou l’enseignement. Idéalement ce développement pourrait se faire en liaison
avec l’expérience CODALEMA de détection radio des gerbes cosmiques. Cette station
étendue, utilisée en corrélation d’amplitude, améliorerait aussi sensiblement les
performances de LOFAR pour la détection des sources faibles.
Réseau d’antennes prototype
Pays-Bas
Centre de traitement de données
Blue Gene – Pays Bas
En lien avec cet équipement scientifique de grande envergure, le projet comprend
également l’aménagement d’un bâtiment sur le site de Nançay, destiné à accueillir les
equipes scientifiques et techniques qui seront accueillies sur place pour suivre le
fonctionnement de l’instrument, conduire les campagnes d’observation, assurer le prétraitement des données, et organiser des réunions scientifiques et colloques.
Une fois l’ensemble de ses stations opérationnelles, LOFAR permettra des observations
radioastronomiques entre 10 et 200 MHz avec un gain de 1 à 2 ordres de grandeur en
comparaison des plus grands instruments actuels. L’instrument permettra une véritable
« découverte » de l’Univers dans un domaine de fréquence encore largement inaccessible
aujourd’hui. Il permettra également la réalisation de mesures interférométriques à très
longue base apportant des mesures à haute résolution angulaire essentielles pour de
nombreuses applications astrophysiques. Il est aussi attendu des avancées importantes
dans l’étude des rayons cosmiques de très haute énergie entre 1015 et 1020,5 eV d’énergie
dont on ne connait ni les processus de formation ni l’origine (cf. Projet OSUC Observations
électromagnétiques).
L’implantation à Nançay d’une station LOFAR permettrait de plus à la France d’entrer
dans le consortium international LOFAR, et aux scientifiques français d’accéder ainsi aux
données dans les meilleures conditions sous le nom de FLOW (French LOFAR, resp. M.
Tagger).
- 79 -
“Douches cosmiques” produites lorsque des rayons cosmiques touchent l’’atmosphère
Initialement conçu pour la radioastronomie, LOFAR offre un concept de réseau de capteurs
reliés à un corrélateur central qui peut être généralisé à de nombreux domaines. Dans le
cadre de la coopération au sein de l’OSUC, il est envisagé de créer un site instrumenté
interrégionale pour des études de la dynamique de systèmes écologiques complexes (sols et
sous-sols) via l’installation de capteurs dédiés implantés à proximité de chacune des
antennes de radioastronomie, et utilisant la même infrastructure pour le transport et le
traitement des données.
- 80 Equipements demandés :
Station de capteurs distribués, incluant des antennes dédiées à la radioastronomie, des
capteurs dédiés à l’analyse des sols et des sous-sols : capteurs, réseau de transport des
données, équipement pour le traitement des données. L’accès très haut débit au réseau
Internet, nécessaire pour obtenir une liaison avec les autres stations LOFAR en Europe, fait
l’objet d’une demande de l’USR.
Budget :
2500 keuros TTC environ dans le cadre du CPER-OSUC dont :
- 980 keuros TTC demandés pour la première station
- 550 keuros TTC demandés pour l’extension géographique de la station
- 380 keuros TTC demandés pour l’extension thématique de la station.
Demande immobilière :
L’aménagement d’un bâtiment conforme aux normes de sécurité permettant l’accueil et
l’hébergement des équipes scientifiques et techniques qui seront accueillies à Nançay pour
suivre le fonctionnement de l’instrument, conduire les campagnes d’observation, assurer le
prétraitement des données, et organiser des réunions scientifiques et colloques, est
demandé par l’USR de Nancay et soutenue par l’OSUC.
Partenaires :
Seront partenaires de l’Observatoire des Sciences de l’Univers en région Centre (future
UMS)
- Consortium ASTRON (Pays-Bas),
- Max-Planck-Institut (Allemagne)
- Observatoire de Paris, Meudon : GEPI, LESIA
- Université d’Orléans : LESI (Laboratoire d’Electronique, Signal, Image) Polytech’Orléans
- CNRS/Université de Nantes : Subatech
- Conseil Régional du Centre
- Pour la thématique « environnement, sols» : INRA, BRGM + contacts en cours aux PaysBas.
- 81 -
II – 3 - 3 – SITES INSTRUMENTES « SOLS » (SO - SIC)
Porteur de projet : E. Lallier-Vergès (ISTO)
Mots-clefs : sols, tests, surveillance, monitoring, capteurs, réseau, propriétés physicochimiques, transfert de données
Dans le cadre du cluster de compétences ResoNAT sur les ressources naturelles (sols, eau
– forêts) monté en région Centre par l’INRA, le BGRM, le CNRS, les universités d’Orléans et
de Tours, l’IRD et le Cemagref, la fédération a proposé un projet de site instrumenté
« SOLS-SOUS-SOLS » installé sur le domaine de Nançay. Ce site entrerait dans les
services d’observation SORE (surfaces et interfaces continentales) et serait un des trois
sites retenus dans le projet. Un des autres sites représente une parcelle agricole alors qu’un
autre (géré par l’ISTO) est situé dans une tourbière naturelle de Sologne.
L’idée est d’utiliser :
1) les compétences de l’INRA et de l’ISTO en sciences du sol (sols naturels ou
agricoles, selon la problématique),
2) les capacités du LPCE et du BRGM dans le développement de capteurs,
3) la ligne Haut-débit de l’USR, pour le transfert de données vers les unites orléanaises,
en ce qui concerne le site Nançay.
Ce projet est cours de montage entre C. King (BRGM), G. Richard, (INRA d’Orléans), Ary
Bruand et E. Lallier-Vergès (ISTO). Pour le suivi des données environnementales, une
station météo est prévue sur le domaine.
La somme demandée au travers de ResoNAT (fiche-projet CPER) est un ticket d’entrée
de 50 keuros.
Au delà, nous souhaitons étendre à des problématiques environnementales la station
d’antennes LOFAR c’est-à-dire à l’étude du sol et du sous-sol. Cette fois, l’idée est d’utiliser :
1) la puissance de calcul du calculateur prévu sur LOFAR,
2) le haut débit pour le transfert de données,
3) le réseau européen de LOFAR pour les collaborations.
Agrosensors
Géophones
- 82 -
Le financement de cette partie du projet sera pris sur l’enveloppe demandée au titre de
l’extension LOFAR. Des contacts avec les Pays-Bas (Consortium ASTRON) sont pris par
Michel Tagger (responsable du projet LOFAR France, CEA) et E. Lallier-Vergès pour
discuter de la faisabilité d’un tel projet, sachant que les hollandais ont déjà des applications
agronomiques et géophysiques de leurs stations LOFAR.
N.B. : Parallèlement aux recherches de l’OSUC, il existe aussi la possibilité d’offrir sur le
domaine de Nançay, une station supplémentaire au réseau Seismique Large Bande de
l’INSU qui est en train de se déployer sur le territoire français. La région Centre étant peu
représentée sur ce réseau national, nous leur proposons donc une facilité d’accès. Des
contacts ont été pris notamment avec D. Hatzfeld (OSU Grenoble) et A. Deschamps
(Géosciences Azur, Nice) responsables de ce réseau. Une étude de faisabilité impliquant
Nicole Cornilleau-Wehrlin est en cours.
- 83 -
II – 4 – Les moyens de mesure et d’analyse de l’OSUC –
résultats et perspectives
II – 4 - 1 – PLATEFORME MICROELECTRONIQUE ET CAPTEURS
Chefs de projet : Y. Kebbati (LPCE), I. Thomas (USR Nançay)
Mots-clés : Microélectronique, Capteurs, ASIC Circuits Intégrés Spécifiques, MEMS
Micro-électro-mécanismes, Miniaturisation, Microsystèmes, Radiofréquences.
Participants majeurs au projet : LPCE, USR Nançay
Partenaires : CMP (Circuits multi projets) à Grenoble, Mimento à Besançon, Europractice
II – 4 – 1 – 1 – Principales activités 2004 - 2006
S’agissant du quadriennal en cours, la fédération des Sciences de l’Univers de la région
Centre a fortement soutenu l’axe microélectronique dans ses activités de développement
puisqu’il en est une de ses actions principales.
Objectif de la plateforme microélectronique
L’objectif est de consolider et de développer la filière microélectronique de faible puissance
appliquée à la radio de la région Centre pré-existante (Axe Microélectronique Appliquée en
Région Centre, AMARC) en intégrant cet axe dans l’OSUC. Ce développement se fera
essentiellement en :
1- répondant aux besoins des développements instrumentaux du Laboratoire de
Physique et Chimie de l’Environnement (LPCE) dans le domaine spatial.
2- répondant aux besoins des développements instrumentaux qui sont effectués à la
Station de Radioastronomie de Nançay dans le cadre du projet international de
conception du plus grand radiotélescope du monde SKA (Square Kilometre Array) et
probablement dans l’avenir avec le projet LOFAR.
Caractéristiques
Le LPCE participe aux missions spatiales à travers la conception d’instruments dont la
vocation est d’être embarqués. Les contraintes liées aux missions spatiales (tenue aux
radiations, gamme de température, faible poids, faible encombrement, etc.) ainsi qu’à la forte
concurrence international imposent au LPCE le développement d’une instrumentation haute
performance. Les composants électroniques commerciaux, jusqu’alors utilisés, deviennent
obsolète ou ont tendance à disparaître du marché. Il est ainsi nécessaire de développer une
filière ASIC, et dans un futur très proche une filière MEMS, propre à ce domaine
d’application afin de maintenir l’excellence scientifique du LPCE au niveau international.
Par ailleurs, le fort degré d’intégration permet de rassembler sur quelques millimètres de
silicium des fonctions implantées jusqu’alors sur cartes électroniques. Ce dernier aspect
technologique est primordial dans le cas du projet international SKA puisqu’il s’agit de
concevoir un radiotélescope d’un kilomètre carré. La réussite du projet pourra être assurée
uniquement par la mise en œuvre d’une technologie microélectronique adaptée qui
permettra à terme de fournir des circuits ASIC performants, par millions et à faible coût. La
- 84 station de radioastronomie de Nançay mène dans ce cadre des développements intenses en
concevant des circuits ASIC radiofréquence (ASIC RF).
Résultats
Six circuits ont déjà été réalisés. Ces développements se situent dans la perspective des
futurs très grands instruments de radioastronomie, comme SKA (Square Kilometer Array) ou
LOFAR qui représentent les perspectives instrumentales majeures pour les activités futures
du LPCE.
Un circuit a également été réalisé à la fin de l’année 2005 dans le cadre des projets
spatiaux du LPCE (adaptation à une nouvelle technologie d’un circuit amplificateur pour une
expérience de mesure de champ électrique).
Publications
Y. Kebbati, M. Pyée “Bootstrap, an alternative to enhance the resolution of analog to digital
converters” URSI India 2005
M. Pyée, JL. Michau, T. Hachemi, JG. Trotignon, S. Barth, P. Picard, PE. Vert “High input impedance
front-end circuit” URSI India 2005.
S. Bosse, S. Barth, N. Dubouloz, B. Jarry, B. Barelaud, L.Billonnet, “SiGe Bipolar Transistor Low
Noise Amplifier 150MHz – 2GHz”, URSI, October 2005, Delhi
S. Bosse, S. Barth, N. Dubouloz, B. Jarry, B. Barelaud, L.Billonnet, “Conception d’un LNA dans la
bande [150 MHz – 2 GHz] en technologie SiGe”, JNM, Mai 2005, Nantes
M-L. Grima, S. Barth, S. Bosse, N.Dubouloz, B. Jarry, B. Barelaud, L. Billonnet, “SiGe CMOS
Differential Low Noise Amplifier 100MHz - 300MHz”, URSI, New-Delhi, October 2005
II – 4 – 1 – 2 – Perspectives
Dans le cadre de la création de l’OSUC, nous souhaitons développer l’axe microélectronique
de manière accrue en nous ouvrant aux technologies de pointe MEMS (systèmes micro
électromécaniques) qui sont en train de s’introduire dans l’instrumentation spatiale et
radiofréquence.
La conception microélectronique est un domaine de haute technologie qui évolue
rapidement. L’une des voies de développement concerne les microsystèmes MEMS qui
associent la connaissance et la maîtrise de différents domaines physiques (optique,
mécanique, …) et de la microélectronique. En effet, la miniaturisation des circuits et
l’intégration de nouvelles fonctions (magnétique, mécanique, électrique, …) sur une puce de
silicium sont une nécessité pour avoir des instruments de plus en plus performant, tant sur le
plan de la mesure que sur le plan des caractéristiques.
- 85 -
EXEMPLE DE MEMS : Quatre carrés de silicium monocristallin,
excités par des forces électrostatiques, peuvent constituer un filtre électromécanique.
© L. Buchaillot/CNRS Photothèque
Préamplificateur ASIC à haute impédance d’entrée pour la mission TARANIS
Y.Kebbati (LPCE-2005) - photo 1ère de couverture -
- 86 Aujourd'hui, la production en volume de MEMS concerne des domaines aussi variés que la
défense, le médical, l'électronique, les communications et l'automobile (voir tableau
d’exemples). Ces MEMS peuvent fonctionner individuellement ou en matrices pour analyser
l'environnement puis déclencher et contrôler des actions sur celui-ci.
Le projet « Microsystèmes » permettra aux laboratoires de la région Centre
d’acquérir une expertise dans un domaine à fort potentiel de développement.
L’ objectif est la consolidation de l’axe microélectronique appliqué à la radio de la
Région Centre et son ouverture vers les technologies MEMS :
- Consolidation de l’axe de R&D ASIC du LPCE et de la Station de radioastronomie de
Nançay dans le cadre de son ouverture et sa participation aux projets instrumentaux
internationaux.et plus grande visibilité internationale des personnels.
- Implication plus grande du LPCE dans la recherche en microélectronique.
- Développement de l’enseignement et la formation de jeunes ingénieurs spécialisés
dans le domaine des micro-systèmes.
- Offrir des postes de CDD projet à des diplomés issus des formations des Universités
d’Orléans et de Tours.
Profitant de la dynamique créée par la création d’un OSU, nous souhaitons
développer cette technologie non seulement vers le spatial mais également vers l’étude de
l’environnement terrestre (en collaboration avec le BRGM et l’INRA).
Moyens demandés :
Pour les ASIC :
Pour accroitre les capacités de mesure des circuit et permettre leur
implémentation dans les systèmes (puce sans boitier)
Machine de bonding (réalisation de micro-liaison)
Equipements complémentaires de la plateforme de test sous pointes
Pour les MEMS :
Plateforme logiciel de développement « CAO »
Logiciel de simulation multi physique
Coût total de l’opération présentée au CPER : 736 k€ entre 2007 et 2013
Moyens humains demandés : postes IR microélectronique et microsystème
Calendrier
2007 : Acquisition des matériels et test des circuits ASICs
2008 : Etude et développement du premier prototype microsystème
Consolidation des moyens de développements par l’acquisition de nouvelles licences
et station de travail
2009 : Envoi en fonderie du prototype MEMS et test
- 87 -
II– 4 - 2 – PLATEFORME AN-I-MMORS (Analyse et Imagerie 3D des
Matières Minérales et Organiques des Roches et Sols terrestres et
ectra-terrestres.
Porteur de projet : C. Ramboz (ISTO)
Mots-clefs : Microscopie, Analyse ponctuelle, Spectrométrie, Chromatographie,
Roches magmatiques et métamorphiques, Roches sédimentaires, Matière carbonée,
Molécules organiques, Exobiologie.
Les laboratoires participant au projet de la fédération ont développé depuis plusieurs années
une plateforme analytique performante s’agissant de l’étude en microscopie (optique et
électronique) des constituants des roches. L’analyse ponctuelle est aussi un point fort de ces
laboratoires (analyse chimique, structurale, moléculaire). Par ailleurs, la présence à
proximité des centres du BRGM et de l’INRA qui ont eux aussi développé des moyens
analytiques extrêmement divers et performants, permet de positionner la région Centre
parmi les centres d’excellence d’analyse des roches. De plus, entre les instruments déjà
acquis ou demandés, d’analyse chimique (GC-MS, HPLC-MS-MS, HPLC-IRMS, le dernier
étant pour le moment l’unique de son genre en France) et les instruments de haut de gamme
dans la nanotechnologie (par exemple le AFM et le CFM – force atomique chimique, aussi
une nouvelle technologie mondiale), le groupe Exobiologie de l’OSUC pourra compter sur
une avancée scientifique et technique des plus significatives.
Aussi, en raison des durées très longues des préparatifs des missions martiennes, nous
souhaitons aujourd’hui nous positionner comme centre d’excellence d’instrumentation et
d’expertise parmi les centres sélectionnés pour le retour d’échantillons martiens. Tous les
préparatifs pour la mission ExoMars et le programme des travaux sur les différents projets
listés dans la première partie du document contribueront à concrétiser l’excellence du
groupe.
Pour augmenter nos capacités analytiques des constituants carbonées des roches, nous
présentons les acquisitions réalisées par la fédération ainsi que plusieurs demandes
d’équipements (présentées dans la fiche CPER).
II- 4- 2 –1. Instrumentation disponible sur site
Imagerie/Analyse ponctuelle
- microscopie optique, émission de fluorescence, réflectométrie (CBM, ISTO)
- microcarottier pour prélèvement sur lame mince (ISTO)
- platine thermométrique Linkam , -150°-+600°C, (ISTO)
- lampe à électrons (STUC)
projet en cours du premier quadriennal 2004-2007
- cathodoluminescence (STUC)
acquis lors du premier quadriennal 2004-2007
- participation à la mini-sonde nucléaire du CERI à Orléans (résolution 50µm2)
équipée de détecteurs de particules - méthodes RBS, NRA -, de détecteurs X méthode PIXE (ISTO)
demandé lors du premier quadriennal 2004-2007, non obtenu
-
Microscopie à force atomique (CBM)
- 88 -
-
Microsondes électroniques CAMEBAX et SX 50 (ISTO/BRGM)
Une microsonde SX100 est demandée par l’ISTO dans le projet ResoNAT dans le
cadre du CPER. Des mesures d’accompagnement sont demandées dans le projet
d’équipement joint.
Microscopie confocale (cf. Projet d’équipement OSU).
Chimie
- Pyrolyse Rock Eval
Une jouvence du Rock Eval est prévue dans le cadre de ce quadriennal (cf. Projet
d’équipement).
- ICP-AES
- GC-MS (ISTO CBM,)
- MS (LPCE, CBM)
- Pyrolyse-GC-MS-MS (ISTO)
- HPLC-irMS (ISTO). Un équipement complémentaire pour le deuterium est
demandé dans le quadriennal.
- Une GC-IRMS est prévue dans le cadre de ce quadriennal (cf. Projet
d’équipement ).
- ToF-SIMS : LPCE
Mesures Physiques
- Diffractométrie RX (ISTO)
- Spectrométrie IR (ISTO)
- Spectrométrie Raman (ISTO)
Un MEB couplé à un spectrometer Raman de nouvelle génération est demandé par
l’ISTO dans le projet ResoNAT dans le cadre du CPER.
Centre de microscopie et de nanoanalyse de l’Université d’Orléans
-
accès privilégié au cryo-MEBEC
MET CM20
MEB-ER (Polytech’)
Petit MEB de table demandé dans les mesures d’accompagnement.
II – 4 - 2 – 2 – Equipements demandés pour 2008-2011
Deux types principaux d’équipements sont demandés et concernent la microscopie et
l’analyse chimique des constituants organiques des environnements de la surface.
1. Acquisition d’un microscope confocal – 250 keuros
Ce projet d’équipement concerne deux thématiques “Exobiologie et Organo-minéralisation”
et “Echanges chimiques entre enveloppes terrestres” de l’OSUC et certains grands projets
de l’ISTO. Il est monté en collaboration avec l’INRA et le CBM.
Cet outil permet l’identification par fluorescence de constituants organiques préalablement
marqués. Une telle approche histochimique permet de comprendre la distribution spatiale à
haute résolution des facteurs biotiques et abiotiques impliqués dans divers processus
environnementaux (biocalcification, dynamique de la MO à l’interface géo-biosphère).
- 89 Une des problématiques scientifiques du projet concerne l’identification des sources
organiques (végétaux, micro-organismes, biofilms…) et leurs interactions avec d’autres
phases du milieu environnant. Pour ce faire, l’approche analytique développée est de
combiner des méthodes de caractérisation chimique (globale et moléculaire) et micromorphologique à différentes échelles d’observation (microscopie photonique, MEB (cryoMEB) et MET. L’équipement nécessaire au dosage chimique des principaux types de
constituants biologiques (sucres, lignine, acides gras) est d’ores et déjà acquis (ou en cours
d’acquisition). L’acquisition de l’équipement décrit ci-dessus permettra la visualisation des
sources organiques préalablement marqués (rendus fluorescents) et leur distribution spatiotemporelle dans la structure tri-dimensionnelle du sédiment ou matériau étudié. Outre les
applications décrites ci-dessus, cette technique permet également de révéler des détails de
la morphologie cellulaire et botanique de la matière organique dispersée dans les roches
sédimentaires ne pouvant habituellement pas être observés à l'aide de la microscopie
classique. Des expériences d'altération au laser peuvent aussi permettre d'évaluer les
degrés de maturité thermique des roches étudiées.
Quelques applications :
- Distribution spatiale de biofilms marqués soupçonnés d’être impliqués dans la
biocalcification
- Rôle du Sphagnan (produit sécrété par les sphaignes, connu pour ses propriétés de
régulation de l’activité microbienne) dans la préservation des restes botaniques de tourbe et
le stockage du carbone.
- Sondes moléculaires pour suivre la biominéralisation des carbonates au sein de la
microtexture de la matrice organique, e.g. microbialites, calcaires biotiques…
- Architecture des biofilms sous différentes conditions hydrodynamiques
- Distribution spatiale d’éléments (Zn,…) au sein de biofilms microbiens
- Localisation de constituants autofluorescents (huile, cires végétales…) dans la
microstructure de matériaux (roches réservoirs à hydrocarbures, litières de sols…)
Equipement souhaité :
Microscope confocal à balayage laser (LSCM) permettant l’acquisition (1) d’images en 3D de
haute résolution (150nm en X, Y et 300 nm en Z) et (2) d’imagerie confocale multi-spectrale :
la configuration TCS SP5 permet d’observer simultanément jusqu’à 5 marqueurs
fluorescents.
2. Mesures d’accompagnement de la lampe à électrons et de la microsonde
électronique. 180 keuros
Ces mesures d’accompagnement concernent :
1 – le projet Lampe à Electrons, projet en cours de la Fédération qui n’a pas encore
totalement abouti pour lequel nous demandons un complément d’équipements : 100 keuros
2 – le projet d’acquisition de la microsonde électronique (projet ISTO demandé dans la fiche
CPER ResoNAT avec le BRGM) qui va nécessiter l’acquisition de modules ou d’interfaces
complémentaires (MEB de table, couplage cathodo-luminescence, analyse des éléments
légers…). 100 keuros
3 - l’expérience « MICROOP» de la sonde EXOMARS de l’ESA en proposant d’étudier des
analogues terrestres : recherche par microscopies de traces de vie dans les roches
terrestres paléo-protérozoïques et archéennes. 100 keuros
Elles intéressent les projets de recherche développés par l’OSU notamment la thématique
“Exobiologie et Organominéralisation», ainsi que celles de l’ISTO et du CBM.
3. Analyse des matières organiques complexes (spectrométrie, pyrolyse)
545 keuros.
- 90 -
Ce projet d’équipement sous-tend les recherches du grand porjet ISTO « Processus OrganoMinéraux des milieux naturels » ainsi que la thématique « réactivité et transfert aux
interfaces entre enveloppes terrestres» de l’OSU. Le rôle capital des matières organiques
dans le fonctionnement bio-géochimique des environnements et le relargage de composés
atmosphériques est aujourd’hui clairement établi.
Dans ce contexte, ce projet a pour objectif une meilleure compréhension de la réactivité des
matières organiques complexes des milieux aquatiques, des sédiments et des sols. La
réalisation d’un tel objectif passe par de nouvelles approches grâce à des développements
analytiques originaux, seuls capables de nous faire progresser face à la complexité des
matières organiques en question. En effet, depuis sa création (2000), l'ISTO a investi dans le
développement de recherches sur l'environnement et a affirmé ses compétences dans le
domaine « Géosciences et Matières organiques ». Les avancées scientifiques dans ce
domaine sont rapides.
Les opérations que l’OSU souhaite soutenir sont les suivantes :
-
Jouvence de l’équipement actuel de Pyrolyse Rock Eval qui est de plus en plus
fréquemment affecté par des pannes répétitives qui sont par ailleurs de plus en
plus lourdes à assumer pour le laboratoire ISTO (charge financière, délais pour la
remise en état). Cet appareil dédié à l’analyse quantitative et qualitative du
contenu organique des roches et des sédiments sera utilisé dans les thématiques
« Exobiologie » et « Echanges aux interfaces ». Il est par ailleurs fondamental
dans la mise en place d’une plateforme technologique Imagerie 3D/Analyse. Il est
aujourd’hui nécessaire de planifier son remplacement par un équipement de
nouvelle génération qui permettra en particulier d’identifier avec plus de précision
la nature des matières organiques pyrolysées. 240 k€ (cf. quadriennal ISTO).
-
Développements analytiques grâce à l’acquisition d’interfaces permettant de
valoriser les équipements déjà disponibles en créant des conditions favorables à
de nouvelles ouvertures scientifiques : (interface chromatographie gazeuse spectromètrie de masse pour les isotopes stables, interface chromatographie
liquide –spectromètrie de masse pour l’identification des ions). Ces équipements
seront dévolus à l’analyse molécualire et isotopique de la matière organique
complexe des environnements naturels et anthropisés- 305 k€ (cf. quadriennal
ISTO).
-
Développement des compétences des personnels techniques et programme
d’accompagnement : l’arrivée de nouveaux équipements et l’évolution de ceux
existant actuellement nécessite un investissement de formation des personnels et
la mise en place d’environnements de laboratoire adaptés aux échantillons
étudiés et aux spécificités pointues des nouveaux outils analytiques.
- 91 -
II – 4 - 3 – PLATEFORME CALCUL SCIENTIFIQUE (MésoCentre)
L’OSUC a la volonté de soutenir les projets de calcul scientifique portés aujourd’hui par
l’Université d’Orléans et de Tours en lien avec le CNRS, le BRGM et l’INRA. Ces projets se
basent sur la mise en place de moyens de clacul adéquats. Nous soutenons les efforts de
mutualisation de moyens de calcul au niveau de l’Université d’Orléans et de Tours.
L’insertion de l’équipe “Equations Différentielles et Modélisation” du MAPMO dans l’OSUC
permet de proposer la mise en place d’un méso-centre de calcul en région Centre dans
lequel les Sciences de l’Univers occuperont un bon tiers de la puissance de calcul. Ce mésocentre serait du domaine du “pétaflop”. Cette proposition entre directement dans la réflexion
collective menée au sein de l’OSUC.
Une première demande de moyens mutualisés (256) est remontée à la région Centre et à
l’INSU pour 2008 sur la base de projets “Sciences de l’Univers”. Les machines de calcul
seront localisées à l’ISTO. Un accord de coopération est en discussion avec l’éditeur de
logiciels Microsoft. Dans cet accord, Microsoft apporte la mise en place du système
d'exploitation, l'installation et la maintenance des machines, un soutien de formation et de
conseils pour la nécessaire parallélisation des codes de calculs, le financement d’un CDD (9
mois, renouvelable) pour la gestion de la grappe et l’aide au calcul scientifique. Enfin ce
projet (le centre de calcul et les projets scientifiques associés et décrits ici) bénéficiera des
moyens de communications de Microsoft qui veut publiciser son système d’exploitation
Windows Computer Cluster Service.
L’utilisation de ce futur méso-centre sera en priorité, destinée à quatre projets scientifiques
orientés “environnement” et “patrimoine”, qui impliquent des collaborations entre plusieurs
laboratoires de l’OSUC (LPCE, MAPMO, ISTO). Ces projets possèdent un volet simulation
numérique important qui nécessite l’utilisation du calcul numérique haute performance qui
n’est pas actuellement disponible en région Centre.
- 92 -
II – 5 – Les services communs de l’OSUC
Ces services ne sont pas encore clairement définis. C’est le rôle du conseil de Fédération et
de respectivement réfléchir à la géométrie et au contenu de ces services en accord avec les
nouvelles equips associées.
Nous proposons toutefois que certains de ces services fonctionnent en service propres de
l’UMS :
- Secrétariat, Gestion
- Reprographie,
- Communication
avec des personnels nouvellement recrutés ou réaffectés (à voir).
Nous proposons par ailleurs des services communs qui soient la mise en réseau de
certaines competences sur la base de l’existant :
-
-
réseau de documentalistes,
réseau de mécaniciens,
réseau des électroniciens,
réseau des informaticiens.
- 93 -
II – 6 – Proposition d’offre de formation au sein de l’OSUC
Comme expliqué dans le préambule, nous proposons ici un schéma en complément aux
maquettes proposées pour une cohérence évidente avec la création de l’OSUC.
Pour le quadriennal 2008 - 2011
-
une licence « Sciences de la Terre » plus dure avec des enseignements solides
en physique (enseignements essentiellement prodigués par les géologues, les
physiciens et les chimistes du LPCE et de l’ISTO) tout en gardant à l’esprit le fait que
cette licence concerne également des étudiants en biologie et en licence
professionnalisante.
-
l’introduction d’une mention spéciale « Environnement – Planète – Univers” pour
les étudiants suivants certains parcours et spécialités Recherche dans le Master
« Géosciences» et dans le Master « Energie, Environnement, Espace ».
Pour le quadriennal 2012 - 2015
-
un Master « Environnement – Planète – Univers” proposant au delà des
enseignements délivrés dans les 3 parcours actuels du Master Géosciences et les 3
spécialités (N° 3, 4 et 5) du Master “Environnement, Energie, Espace”, il est possible
d’envisager des enseignements sur les thématiques transversales de l’OSU ainsi que
d’autres
o
Echanges chimiques
l’Environnement
(du
sous-sol
à
l’ionosphère)
o
Exobiologie
o
Capture et Stockage de CO2
o
Physique de l’environnement (géophysique,
(écoulements), thermodynamique…)
o
Physico-Chimie des géomatériaux, Microphysique
o
Instrumentation, Observation et modélisation
et
mécanique
Chimie
des
de
fluides
Des stages et camps de terrain
Des fonds spécifiques de l’OSUC (crédits d’intervention, BQR) seront réservés pour monter
en collaboration avec les universités étrangères et les collectivités territoriales des stages
ou des camps de terrain originaux au niveau du Master en prise directe avec les
thématiques de recherche des laboratoires de l’OSUC.
o
Volcanologie et Risque volcanique, Sicile, 10 jours (resp. M. Pichavant, coll.
S. Rotolo, Université de Palerme)
o
Radioastronomie, traitement du signal LPCE-Nançay, 2 jours (resp. G.
Theureau) coll. consortium ASTRON (LOFAR, SKA-DS), Pays-Bas).
o
Stockages profonds 2 jours (laboratoire souterrain de Bures, coll. Orsay, M.
Pagel et Fédération EST, Nancy)
o
Relations Orogenèse-Erosion-Climat, Xinjiang, Chine N-O, 15 jours (resp. Y.
Chen, C. Di-Giovanni, coll. Pr. Wang, Beijing)
- 94 D’ores et déjà, les deux premières écoles sont prévues pour 2008.
Autres outils pédagogiques en réflexion :
Une année de L1 de remise à niveau en Mathématiques, Physique et Chimie à l’instar de ce
qui existe déjà à Orsay.
Des modules d’enseignements en formation continue ouverts aux professionnels.
Des enseignements à distance
Des documents mis à disposition des enseignants du secondaire sur internet.
- 95 -
Annexes STUC – Equipements financés par la fédération et
Budget 2006 de la Fédération
Annexe a – Opérations financées par la Fédération STUC
Année 2005 :
- acquisition d’un équipement de cathodoluminescence de table (30 k€) Financement obtenu
par la région Centre.
- acquisition d’équipements de microélectronique (24.5 k€) Financement obtenu par la région
Centre.
Année 2006 :
- acquisition d’équipements destinés à la construction de l’instrument SPIRIT
(SPpectromètre Infra Rouge In situ Troposphérique) lié au projet « Transfert à l’interface
surface terrestre - atmosphère (14 k€)
Année 2007 :
-
développement d’un instrument de mesure du radical NO3 , dans la chambre de
simulation de l'équipe Réactivité Atmosphérique du Pôle Orléanais de Chimie
Atmosphérique et /in-situ/ dans la basse troposphère. Il s’agit d’un projet conjoint entre le
LPCE et ICARE (8 k€)
-
Plateforme microélectronique (10 k€)
-
Mutualisation d’équipement : participation à l’acquisition d’une fraiseuse 5 axes (8 k€
pour un coût total de 100 k€).
Annexe b – Budget 2006 de la Fédération STUC
Budget de la Fédération au titre de l'exercice 2006
Budget Ministère (via. l'Université d'Orléans)
Dotation CNRS
- budget annuel de fonctionnement
- notification exceptionnelle fonctionnement
Dotation annuelle
non ventilée
Crédits
d'équipements
- financements
obtenus
8500,00
23000,00
TOTAL
8500,00
8000,00
15000,00
23000,00
15000,00
8000,00
- demande département de chimie
(équipements de détection des R X et modules électroniques d’automatisation de la mesure)
- demande INSU : dans le cadre des mi-lourds
(équipements de détection des R X et modules électroniques d’automatisation de la mesure)
22700 €
8000,00
8000,00
0,00
0,00
Dotation Observatoire de Paris
Demande Région (via. l'Université d'Orléans)
0,00
- équipements de détection des R X et modules électroniques d’automatisation de la mesure
22700 €
- équipements de microélectronique 10000 €
0,00
0,00
0,00
0,00
BQR (Bonus Qualité Recherche) Université d'Orléans
0,00
Contribution des unités :
7000,00
7000,00
- LPCE (équipements de microélectronique)
2000,00
2000,00
- Station de Nançay (équipements de microélectronique)
5000,00
5000,00
15000,00
38500,00
- ISTO
TOTAL
31500,00
DOCUMENT 1
PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE
Laboratoire de Physique et
Chimie de l’Environnement
2008 - 2011
A - PHYSICO-CHIMIE DE L'ATMOSPHÈRE
1
I. Etudes à haute latitude : Oxydes d’azote dans la stratosphère et la mésosphère
2
II. Etudes aux latitudes moyennes
2
1. Transports de masses d’air de la troposphère vers la stratosphère
à moyenne latitude
2
2. Interprétation des mesures de NO2 par les instruments de
mesures à distance
4
3. Mesures de la tendance en vapeur d’eau stratosphérique
4
III. Etudes aux tropiques
4
1. Etude de la composition chimique de la haute troposphère/basse stratosphère
en Afrique de l’Ouest
4
2. Etude de la composition chimique de la haute troposphère/basse
stratosphère et de la stratosphère en Amérique du Sud
5
IV. Etudes des aérosols stratosphériques
7
1. Mesures atmosphériques
7
2. Etudes en laboratoire des propriétés optiques des particules solides
7
V. Etudes dans la basse atmosphère/couche limite (Thématique transversale OSUC) 8
1. Transferts à l’interface surface terrestre / atmosphère
8
2. Etudes en laboratoire de la réactivité chimique et photochimique
d’espèces traces atmosphériques aux interfaces.
8
VI. Développements en modélisation
10
B - LE SYSTÈME SOLEIL-TERRE
I. Environnement spatial de la Terre
1. La mission DEMETER
2. La mission TARANIS (Thématique transversale OSUC)
3. Le projet RESONANCE
4. LOIS - Radar solaire
II. Environnement plasma
1. Solar Orbiter
2. Le programme Sentinels
3. Stereo
4. La mission Cluster
5. La mission MMS
11
11
11
12
14
15
15
17
17
18
18
18
C - LES ENVIRONNEMENTS PLANÉTAIRES ET COMÉTAIRES
I. L'exploration planétaire : la planète Mercure
II. L'exploration cométaire
1. Introduction
2. Activité analytique en géochimie
III . Exobiologie (Thématique transversale OSUC, cf. projet OSUC)
21
21
21
21
22
D - PROSPECTIVE ASTROPHYSIQUE LPCE – NANÇAY
I. Pulsars et Ondes Gravitationnelles
1. Les pulsars millisecondes
2. Les pulsars jeunes
3. Les pulsars binaires
II. Astrophysique des objets compacts
1. Etude multi-longueurs d'ondes des pulsars
2. Matière noire dans le halo de la Galaxie
3. Pulsars et trous noirs supermassifs
III. Physique fondamentale
1. Principe d'équivalence
2. Anomalies du « red-shift »
3. Théories alternatives et relativité générale.
4. Capture des étoiles par les trous noirs supermassifs et réaction de radiation
IV. Mise en place d'une nouvelle génération de dé-disperseur
25
25
25
25
25
25
25
25
26
26
26
26
26
26
26
E - R&T INSTRUMENTALE
I. Développements instrumentaux en physique de l'atmosphère
1. Introduction
2. Développement d’un spectromètre laser infrarouge multi-plateformes
(SPIRIT) (Thématique transversale OSUC)
3. R&T miniaturisation du système processeur bord des instruments ballons
4. Ajout d’un module infrarouge à la nacelle SALOMON-N2
II. Instrumentation spatiale
1. Microélectronique (Plateforme transversale OSUC)
2. R&T microcap
3. Intégration d’un IP dans un FPGA
4. Les capteurs magnétiques de type search coil
5. La boucle de courant (boucle de Rogowski)
6. R&T SM embarqué (Thématique transversale OSUC)
7. R&T Lampe à électrons
(Thématique transversale OSUC)
8. Les briques de la vie (Thématique transversale OSUC)
REFERENCES
28
28
28
28
29
29
30
30
30
30
30
31
31
31
32
33
Physico-chimie de l'atmosphère
A - PHYSICO-CHIMIE DE L'ATMOSPHERE
Les études conduites dans la période 2008-11, le seront naturellement dans la continuité des travaux
antérieurs, auxquelles s’ajouteront des activités actuellement en émergence s’agissant des interactions
entre le sol et les basses couches de l’atmosphère. L’objectif reste l’étude de la composition chimique et
particulaire de l’atmosphère terrestre dans le cadre général de la prévision de l’évolution de l’ozone et de
ses interactions avec le climat. Ce travail sera mené au moyen d’observations par instruments embarqués
sous ballons, de mesures en laboratoire et d’outils de modélisation. Les régions explorées et étudiées sont
la stratosphère des basses, moyennes et hautes latitudes, la troposphère tropicale et la basse troposphère,
avec un accent particulier sur les interactions entre ces différentes régions de l’atmosphère.
Evolution du cadre des activités ballons stratosphériques
Depuis les années 80, les lancements de ballons stratosphériques étaient financés par des programmes
nationaux mais surtout européens dans le cadre la Commission Européenne. De nouvelles priorités sont en
ème
émergence dans le 7
PCRDT, ce qui implique une forte diminution des financements attribués à l’étude
de la stratosphère. D’autres sources de financement doivent être recherchées pour continuer l’activité
ballon.
L’Agence Spatiale Européenne est en un train de finaliser les accords financiers avec le CNRS et le DLR
pour un projet dont elle serait le leader, pour la pérennisation de l’activité ballon, du parc instrumental et des
sites de lancements d’Aire sur l’Adour (France), Kiruna (Suède) et Térésina (Brésil). Le projet intitulé
« Vicarious Calibration and Geophysical Validation » se déroulerait dans le cadre du programme GMES
(Global Monitoring for Environment and Security) par cycles de trois ans, avec cinq campagnes (deux à
hautes latitudes, deux aux tropiques, une à moyenne latitude). Il est évident que tous les instruments ne
participeraient pas à toutes les campagnes, mais un roulement serait établi, sous contrôle de l’ESA. Deux
cycles du projet sont déjà financés ; débutant en 2007, cela conduit jusqu’en 2013.
Les objectifs de ces vols seront multiples : il s’agira d’abord de la validation pour ENVISAT (jusqu’à la fin de
vie du satellite : 2010 ?), ainsi que des nécessaires améliorations et développements instrumentaux.
D’autres objectifs scientifiques existeront, dans des études que l’ESA laissera libres dans leur définition.
Ainsi, des études multi-instrumentales lors d’une même campagne pourraient être définies autour d’un
thème bien ciblé, et qui rejoindraient les priorités scientifiques tant nationales qu’européennes. De telles
études pourraient trouver un support financier complémentaire auprès du « LEFE/CHAT » d’INSU, de l’ANR
ème
PCRDT.
ou du 7
L’étude de la chimie stratosphérique depuis des satellites européens va connaître une période de « vache
maigre » après l’arrêt d’ENVISAT. Même si l’étude de la chimie de l’ozone et le suivi du retour de la
stratosphère (en ce qui concerne le chlore et l’ozone) à l’état préindustriel continuent à être un des objectifs
en observation de la Terre de l’ESA, l’agence n’a pas encore sélectionné de nouveaux projets dédiés à cette
thématique. Des études de pré-phase A sont conduites, mais il semble raisonnable de dire qu’il y aura une
absence de données satellitaires européennes sur plusieurs années. Les ballons pourraient en partie
suppléer cette absence de mesures. Mais la faible couverture spatio-temporelle des mesures qu’ils
fournissent constitue un handicap majeur pour les études de tendances à moyen et long termes. De plus, il
semble impossible d’augmenter le nombre de vols ballons du fait des moyens actuels du CNES et du coût
des lancements. Il convient donc d’envisager une nouvelle génération de ballons, d’instruments et de
stratégie de mesures afin d’augmenter la fréquence des données obtenues.
Il existe actuellement des ballons de « longue durée » pouvant rester dans l’atmosphère plusieurs dizaines
de jours : les ballons pressurisés et les montgolfières infrarouge. Ces ballons ont montré leur efficacité avec
des instruments permettant d’obtenir jusqu’à plusieurs dizaines de profils verticaux lors de vols déjà réalisés,
mais ils présentent deux défauts importants. Le premier est la masse de la charge scientifique embarquable,
d’au plus quelques dizaines de kilogrammes. Ceci empêche d’utiliser des instruments complexes,
nécessaires pour la mesure de certaines espèces. De plus, les altitudes au plafond sont inférieures à 30 km,
ce qui ne permet pas d’étudier la moyenne stratosphère.
A la demande de la communauté des utilisateurs européens des ballons, le CNES commence des études
pour le développement de ballons de longue durée (plusieurs jours à plusieurs semaines) pouvant
embarquer une charge scientifique supérieure à 100 kg. Ainsi, il serait possible de concevoir des nacelles
1
poly-instrumentées permettant de détecter plus d’espèces lors d’un même vol et d’augmenter fortement la
fréquence d’obtention des mesures. Les instruments pour la détection des particules chargées pourraient
aussi être embarqués. Pour la basse stratosphère, les développements s’orienteraient vers l’augmentation
du poids de la charge embarquable sous des ballons pressurisés (à altitude constante) et sous des
montgolfières infrarouges (effectuant des excursions verticales). Par ailleurs, l’étude de la moyenne
stratosphère pourrait être conduite à partir de gros ballons stratosphériques ouverts (comme ceux utilisés
actuellement) mais optimisés afin de pouvoir rester en vol au moins une semaine. Ces ballons pourraient
embarquer aussi des nacelles poly-instrumentées. Une étude de faisabilité vient de commencer au CNES en
2006.
I. Etudes à haute latitude : Oxydes d’azote dans la stratosphère et la mésosphère
On pourrait croire que les régions polaires ne présentent maintenant que peu d’intérêt, vu les nombreuses
campagnes de mesures qui y ont déjà été effectuées depuis 20 ans notamment dans le cadre de projets
européens. Or de nouveaux processus ont été très récemment mis en évidence, notamment pour la
production de NOx directement dans la stratosphère (pour des altitudes entre 30 et 50 km) par des protons
lors d’éruptions solaires importantes, mais aussi par des électrons dans la basse mésosphère (et donc
rejoignant la stratosphère par descente mésosphérique). Une analyse plus approfondie de ce phénomène
est nécessaire, pour déterminer précisément l’altitude de production des NOx et le processus d’origine.
L’instrument GOMOS à bord d’ENVISAT peut permettre ces études, grâce à la bonne qualité des mesures
de l’ozone et NO2 dans la mésosphère et la haute et moyenne stratosphère. Néanmoins, ces études
n’étaient pas prévues lors de la conception des algorithmes initiaux de traitement des données (qui se
focalisaient plutôt sur la moyenne et basse stratosphère). Il faudra donc retraiter toutes les données de
GOMOS (transmissions de niveaux 1b) dans les hivers polaires avec un algorithme optimisé en terme de
lissage vertical afin d’accéder aux structures (fines) de ces espèces dans la haute atmosphère. Ce travail se
fera en collaboration avec A. Hauchecorne et S. Bekki (Service d’Aéronomie). Parallèlement, il faudra
reprendre les mesures satellites disponibles (e. g. SAMPEX, POES) afin d’obtenir les spectres d’énergie des
protons et électrons atmosphériques lors des évènements de productions de NOx observées par GOMOS.
Cette étude s'inscrit dans une démarche de mise en place de collaborations transversales au sein du
laboratoire, notamment avec l'équipe environnement spatial.
Ces études pourront s’accompagner de mesures de protons et d’électrons aussi à partir de ballons « longue
durée » afin de quantifier précisément leur flux et leur spectre énergétique. Ces nouvelles données seront
indispensables pour mieux quantifier les processus de production des NOx par ces particules, et pour les
inclure dans les outils de modélisation. Toutes ces mesures seront conduites, dans la mesure du possible,
en couplage avec les satellites, notamment afin de mieux appréhender les conséquences de phénomènes
assez locaux sur les grandes tendances d’évolution des espèces. A moyen terme, cette étude pourrait
s’inscrire dans le cadre du projet de microsatellite TARANIS.
II. Etudes aux latitudes moyennes
1. Transports de masses d’air de la troposphère vers la stratosphère à moyenne latitude
D’après la circulation générale des masses d’air dans la stratosphère (circulation de Brewer-Dobson), les
masses d’air troposphériques pénètrent dans la stratosphère par les régions intertropicales. Ces masses
d’air poursuivent leur ascension dans la stratosphère tropicale puis redescendent à moyennes et à hautes
latitudes. Le temps caractéristique de cette circulation est de plusieurs années. Des transports beaucoup
plus rapides entre l’air ascendant et la stratosphère de moyenne latitude se superposent cependant à cette
circulation générale. Ces transports s’effectuent à tous les niveaux :
depuis la troposphère tropicale et extratropicale vers la très basse stratosphère (surface de
température potentielle inférieure à 380 K, environ 15 km d’altitude)
juste au dessus de cette surface dans une région appelée la « Tropically Controlled Transition
Region » entre les surfaces 380 et 450 K (environ entre 15 et 18 km d’altitude)
au dessus de la surface 450 K
Des études dans ces trois domaines d’altitudes seront menées au LPCE.
a. Quantification des échanges troposphère-stratosphère à partir des données ECMWF
L’influence troposphérique sur la composition chimique de la basse stratosphère extra-tropicale est d’une
importance majeure notamment en ce qui concerne la destruction de l’ozone dans cette région. Cette
destruction de l’ozone apparaît souvent sous-estimée par les modèles de chimie-transport (Salawitch et al.,
2005), avec aussi des différences qui subsistent entre résultats de modèles et mesures ballons concernant
les espèces azotées et halogénées (actives dans la chimie de l’ozone) en particulier au niveau de la basse
2
stratosphère. On soupçonne un rôle des espèces chimiques halogénées à courte durée de vie (dites VSLS)
manquant dans les modèles et pouvant expliquer par ailleurs en grande partie pourquoi la quantité en brome
totale apparaît sous-estimée par les modèles (World Meteorological Organization, 2002). Ces VSLS seraient
émises depuis la surface, rapidement transportées dans la région de la tropopause (tropicale et extratropicale) puis transformées en composés inorganiques actifs dans la chimie de l’ozone (Salawitch et al.,
2005). Les mécanismes dynamiques (convection et transport horizontal) et chimiques (comme par exemple
l’éventuelle transformation des espèces à la surface des aérosols) d’apport de ces espèces actives,
notamment les composés bromés, dans la région de la tropopause extra-tropicale restent à déterminer dans
le détail.
Une collaboration en cours avec les dynamiciens du département de mathématiques et de physique
théorique (DAMTP) de l’Université de Cambridge en Angleterre va permettre de caractériser le transport à
l’échelle globale à court terme, à savoir sur quelques jours à un mois, depuis la basse troposphère jusqu’à la
stratosphère, susceptible d’apporter des VSLS jusqu’au niveau de la tropopause extra-tropicale et pouvant
influer ensuite sur l’ozone de la basse stratosphère. Ces travaux se feront à l’aide du modèle de trajectoires
de masses d’air de l’Université de Cambridge forcé par les champs météorologiques (vents, température,
pression) du Centre Européen de Météorologie (ECMWF). Les régions géographiques sources et les
chemins de transport préférentiels de la basse troposphère à la basse stratosphère seront déterminés. Les
variations saisonnières de ce transport par rapport aux barrières dynamiques seront également étudiées. Le
bilan des trajectoires de masses d’air ayant visité la basse troposphère et finalement atteint la région de la
tropopause extra-tropicale fournira une méthode de caractérisation de la tropopause déterminée
dynamiquement, plus objective et moins empirique que les iso-surfaces choisies habituellement (valeur de
vorticité potentielle fixe, valeur de température potentielle de 380 K, gradient de température bien déterminé,
niveau de concentration d’ozone).
b. Etudes à l’aide des mesures de SPIRALE
L’objectif est de connaître la perturbation chimique de la stratosphère à moyenne latitude consécutive à des
intrusions d'air de la stratosphère tropicale. Celles-ci peuvent être consécutives à une filamentation du
réservoir tropical initiée par une déformation des barrières de tourbillon potentiel (PV) subtropicales et à leur
déplacement vers les moyennes latitudes. Les intrusions peuvent provenir de la haute troposphère des
régions tropicales ou de la stratosphère tropicale. L’impact de ces intrusions sur le bilan radiatif et chimique
de la stratosphère est méconnu. Une collaboration avec le Groupe de Spectroscopie Moléculaire et
Atmosphérique (UMR CNRS – Université de Reims, G. Durry) est prévue pour mener une campagne de vols
ballons effectuée sur alerte. Ces alertes sont déclenchées suite aux prévisions de l’évolution des barrières
de PV calculées par le modèle de dynamique atmosphérique MIMOSA du Service d’Aéronomie (CNRS,
Paris). Dans cette étude, les mesures satellitaires permettront de connaître la composition chimique des
régions étudiées avant l’évènement. Les mesures de l’instrument sous ballon SPIRALE permettront d’étudier
les perturbations à une échelle spatiale plus fine.
Dans la région de la stratosphère située entre les surfaces d’égales températures potentielles 380 K et
environ 450 K (environ 15 à 18 km d’altitude), la barrière de PV subtropicale est faible et permet des
échanges relativement plus aisées entre les régions intertropicales et de moyenne latitude. Des études ont
déjà été effectuées dans cette région à moyenne latitude à partir des mesures de CH4, N2O, HCl, CO et O3
de SPIRALE (voir le rapport d’activité). Les caractéristiques de cette région : épaisseur, taux de mélanges
entre les masses d’air d’origine tropicales et de moyenne latitude, variations de ces caractéristiques en
fonction de la saison ont été relativement peu étudiées expérimentalement jusqu’à présent du fait des
difficultés opérationnelles. Ces difficultés sont liées à l’altitude de la couche (15-18 km) que peu d’avions
peuvent atteindre et à sa faible épaisseur qui correspond à la résolution verticale de beaucoup d’instruments
satellitaires. SPIRALE caractérisé par une haute résolution verticale a permis de déterminer ces
caractéristiques dans un cas précis. Afin de généraliser les conclusions de cette première étude, d’autres
mesures doivent être effectuées. Le développement d’un instrument plus léger pouvant être installé sur
ballon et sur avion volant à haute altitude (voir la section E -I. ) doit répondre à cette attente.
c. Vapeur d’eau
Une campagne spécialement dédiée à la mesure de la vapeur d’eau stratosphérique avec les instruments
ELHYSA du LPCE et microSDLA de l’Université de Reims en condition d’intrusion tropicale est planifiée
pour le printemps 2007. L’objectif est une meilleure caractérisation des échanges entre la stratosphère
tropicale et la stratosphère extra-tropicale. Il s’agira en particulier d’étudier les processus contrôlent le
mélange d’air tropical avec l’air des latitudes moyennes et de quantifier leur impact sur la vapeur d’eau
stratosphérique.
3
2. Interprétation des mesures de NO2 par les instruments de mesures à distance
Nous avons vu dans le rapport d’activités que les profils verticaux de NO2 obtenus par les instruments de
mesures à distance embarqués sous ballon (tels SALOMON) et à bord de satellites (tels GOMOS/ENVISAT)
pouvaient être biaisés par la présence d’inhomogénéités dans le cas d’observations à haute latitude. Les
excès de NO2 présents dans ces profils aux altitudes de la basse stratosphère semblent être également
observés dans certains profils obtenus à moyenne latitude (notamment dans le cadre des campagnes de
validation ENVISAT). Nous allons donc étendre ces travaux aux latitudes moyennes où l’on est susceptible
de rencontrer de telles inhomogénéités le long des lignes de visée de ces instruments, notamment en cas de
présence de masses d’air d’origine tropicale comme décrit dans la partie 3.1.2. A noter qu’une telle situation
dynamique perturbée a déjà été observée lors du vol de SPIRALE à Aire sur l’Adour en octobre 2002 (Huret
et al., 2006; Berthet et al., 2006). A partir des données de SALOMON obtenues jusqu’ici, SALOMON-N2 à
partir de 2007 et GOMOS à bord d’ENVISAT, une analyse de l’impact de ces inhomogénéités sur les profils
verticaux de NO2 obtenus lors de campagnes passées et futures à moyenne latitude sera conduite. Par
comparaison avec les mesures in situ de SPIRALE et avec les résultats de simulation de Reprobus, on
pourra quantifier l’éventuel biais notamment dans la basse stratosphère.
3. Mesures de la tendance en vapeur d’eau stratosphérique
Les mesures de vapeur d’eau devront être continuées avec le même instrument, ELHYSA (opérationnel
depuis 15 ans), pour arriver à terme à dégager sans ambiguïté les tendances sur la possible diminution de
cette espèce dans la moyenne stratosphère à moyenne latitude. De plus, si une éruption volcanique majeure
se produisait dans les années à venir, il faudrait intensifier la fréquence des mesures afin de vérifier
ème
l’hypothèse sur l’origine volcanique de l’augmentation du contenu en vapeur d’eau observé à la fin du XX
siècle.
III. Etudes aux tropiques
On sait maintenant que la région intertropicale joue un rôle primordial dans la chimie de la stratosphère car
c'est non seulement là que l'ozone stratosphérique est généré mais c'est aussi le lieu d’injection de toutes
les espèces chimiques, de la vapeur d'eau et des aérosols dans la stratosphère qui contribuent à l'équilibre
de l'ozone à l'échelle globale. Le mécanisme moteur de transport vertical des émissions de surface dans la
zone de convergence intertropicale est la convection profonde. Un des objectifs des travaux menés dans les
régions tropicales est de mesurer et de modéliser la composition chimique (y compris la vapeur d’eau) de la
haute troposphère, de la TTL (Tropical Tropopause Layer) et de la basse stratosphère, en particulier en
présence de convection.
1. Etude de la composition chimique de la haute troposphère/basse stratosphère en Afrique de
l’Ouest
Ces travaux sont menés dans le cadre du projet international AMMA qui a pour objectif l’étude
pluridisciplinaire de la mousson en Afrique de l’Ouest. Une des particularités de la convection africaine est
son extension verticale. En effet, c’est en Afrique que l’on observe le plus de systèmes convectifs de type
« overshoot », c'est-à-dire atteignant la stratosphère. L’objectif général est de comprendre et quantifier les
mécanismes chimiques et de transport associés à la convection profonde qui vont influer sur la composition
chimique de la haute troposphère et de la basse stratosphère. La première étape sera de modéliser, à partir
du modèle couplé météorologie-chimie BRAMS-Chimie, un cas de convection atteignant la stratosphère afin
d’étudier son impact sur la composition chimique de la basse stratosphère. Ce modèle, en cours de
développement, est un modèle 3D météorologique à aire limitée couplé à un modèle de chimie. Il peut
travailler avec différentes résolutions horizontale et verticale ce qui permet de modéliser explicitement la
convection. Il inclura la chimie gazeuse troposphérique et stratosphérique, la chimie aqueuse, le dépôt sec
et le dépôt humide. Le modèle sera initialisé et contraint aux limites avec les sorties du modèle de chimietransport global MOCAGE de Météo-France. Des cas de lignes de grains plus classiques allant jusque dans
la haute troposphère seront aussi modélisés et analysés. Une étude comparative avec les résultats de
modélisations réalisés sur des cas de convection au Brésil sera menée à bien. Nous nous baserons, pour
ces travaux, sur les données de la campagne SOP (Special Observing Period) de AMMA, et en particulier
sur les mesures météorologiques et chimiques, et aussi sur celles de la campagne ballon SCOUT/AMMA
financée par le programme SCOUT-O3 qui a eu lieu durant la SOP.
4
2. Etude de la composition chimique de la haute troposphère/basse stratosphère et de la
stratosphère en Amérique du Sud
a. Etudes sur la perturbation de la composition chimique de l’UTLS en présence de feux de
biomasse
Ces travaux seront menés dans le cadre du projet intégré européen SCOUT-O3 (2004-2009) dont le
principal objectif est l’étude du lien entre la stratosphère et le climat en mettant l’accent sur la haute
troposphère/basse stratosphère (UTLS). Le volet tropical de SCOUT-O3 est le plus important du projet, avec
la mise en œuvre de trois campagnes tropicales, dont une campagne « gros ballons » à Térésina (Brésil)
prévue en octobre 2007 pendant la période de transition entre la saison sèche et la saison des pluies. Les
vols ballons auront pour but de qualifier et quantifier la perturbation de la composition chimique de la TTL et
de la basse stratosphère due à des épisodes convectifs soulevant les émissions des feux de biomasse
encore nombreux pendant la période choisie. Il s’agira également d’étudier les transformations
supplémentaires subies par les espèces chimiques lors de leur séjour dans la TTL et de leur passage vers la
stratosphère. Le vol de SPIRALE pourra ainsi être réalisé sur alerte d’un évènement convectif prévu par le
CPTEC (Centre de prévisions météorologiques et d’étude du climat, Brésil) qui fournira également les
trajectoires des masses d’air en résultant. L’instrument SPIRALE pourra effectuer des mesures d’une
dizaine d’espèces parmi les suivantes : O3, N2O, CH4, CO, CO2, OCS, CF2O, HNO3, NO2, HCl, HOCl, H2O2,
CH2O. Grâce à ces mesures, trois types d’études seront menés.
i) Structure dynamique de l’UTLS
La région située juste au dessus de la tropopause sera particulièrement étudiée. Cette région, située
approximativement entre les surfaces 380 K et 450 K, est en relation avec les régions de moyennes latitudes
du fait des faibles barrières de PV (voir le paragraphe consacré aux études à moyenne latitude). Les études
seront donc complémentaires de celles prévues à moyenne latitude. Les mêmes espèces (N2O, CH4, HCl,
CO, O3) que celles utilisées à moyenne latitude ainsi que leurs corrélations seront prises en compte dans
ces études. La mise en évidence d’intrusions d’air troposphérique tropical dans cette région sera
particulièrement recherchée. Certaines mesures obtenues au cours du premier vol de SPIRALE à Teresina
suggèrent que de telles intrusions ont été observées au cours de ce vol (voir rapport d’activité). Cette
hypothèse doit cependant être confirmée. Nous tenterons de le faire, avant le deuxième vol prévu à Teresina
en Octobre 2007, par des travaux de modélisation. Des trajectoires 3D permettront de situer le lieu
d’injection des masses d’air depuis la troposphère tropicale. Si ces premières études sont concluantes, des
simulations à l’aide du modèle méso-échelle 3D BRAMS-chimie, permettront ensuite d’étudier le transport
par les phénomènes convectifs des espèces chimiques depuis les basses couches de la troposphère vers la
haute troposphère et la basse stratosphère.
ii) Fonctionnement photochimique de l’UTLS, avec la mesure d’espèces clés des familles des
NOy, Cly et des sources de HOx.
La mesure de NO2 et de sa source (N2O) permettra de faire le bilan des espèces azotées et de quantifier
l’excès de NOx par rapport aux valeurs de fond, dû au transport depuis les basses couches par convection et
à la production in situ par les éclairs d’orages suivi de leur éventuel passage dans la basse stratosphère. La
mesure de HNO3 renseignera sur la quantité de NOx transformée en cette espèce dans l’UTLS. Un éventuel
excès de HCl pouvant provenir de réactions de sources organiques de chlore de très courte durée de vie
(VSLS) pendant et après leur injection depuis la basse troposphère pourra être mis en évidence. D’autre
part, comme les premiers résultats de l’ensemble des instruments sous ballons à Teresina indiquent, dans
les cas non-convectifs, de très faibles concentrations de NOx et d’assez faibles concentrations de ClOx et
BrOx, l’UTLS tropicale semblerait dominée par un régime photochimique où les radicaux HOx seraient les
plus actifs. La mesure de précurseurs de HOx est ainsi fondamentale pour caractériser l’UTLS tropicale. La
contribution de SPIRALE sera de tenter de mesurer certains de ces précurseurs tel l’acide hypochloreux
(HOCl), le peroxyde d’hydrogène (H2O2), et le formaldéhyde (CH2O) ;
iii) Les aérosols et de leurs précurseurs
Un compteur d’aérosols permettant la détection de la glace des cirrus, des aérosols sulfatés et des suies
sera inclus dans la nacelle de SPIRALE. Ceci permettra de corréler la présence de cirrus avec de possibles
modifications de la composition chimique de la TTL. On examinera en particulier si les profils de O3, NO2,
HNO3 et CH2O sont sensibles à la présence de glace, ce qui indiquera la présence de phénomènes
hétérogènes. D’autre part, la mesure du sulfure de carbonyle (OCS), précurseur d’aérosols sulfatés liquides,
sera effectuée dans le but d’évaluer la part des aérosols sulfatés dans la couche d’aérosols stratosphériques
de fond. Hors période d’activité volcanique intense, OCS est le composé soufré gazeux le plus
abondamment présent dans la troposphère. Ayant une longue durée de vie, il atteint la stratosphère où il est
converti en aérosol. Cependant, sa conversion ne suffit pas expliquer la totalité du contenu de la couche
5
d’aérosols, selon les modèles actuels globaux d’aérosols-chimie-transport (Thomason et Peter, 2004 ;
Kjellstrom, 1998 ; Weisenstein et al., 1997). D’autre part, Notholt et al. (2003) ont souligné l’importance de
OCS en période de latence volcanique : au niveau de la tropopause tropicale, ses concentrations ont été
mesurées jusqu’à 50% au-dessus de celles couramment incluses dans ces modèles. Ces valeurs élevées
sont corrélées à une intense combustion de biomasse, associée à des épisodes de convection profonde
quelques jours avant les mesures. Le profil mesuré de OCS sera comparé à un modèle de chimie-transport
contenant la chimie détaillée du soufre et la microphysique des aérosols (Bekki et Pyle, 1994). L’analyse
combinée des sorties du modèle d’aérosols et des mesures du compteur de particules permettra d’identifier
les aérosols liquides sulfatés, leur concentration et leur distribution en taille. La compréhension quantitative
des processus contrôlant la formation et l’évolution de la couche d’aérosols liquides stratosphériques sera
ainsi testée. En outre, comme la mesure de CO aura lieu simultanément, le rapport OCS/CO permettra
d’indiquer si OCS provient majoritairement de feux de biomasse (Andreae et al., 2001).
iv) Modélisation 3D de la photochimie de l'UTLS
Des travaux de modélisation à méso-échelle permettront l’interprétation des mesures acquises pendant la
campagne de Teresina 2007. Pour cela des simulations avec le modèle BRAMS-Chimie seront réalisées
pour la période de la campagne. Comme pour les études sur AMMA, le modèle sera initialisé et contraint
aux limites avec les sorties du modèle MOCAGE. Les émissions par les feux de biomasse utilisées dans le
modèle seront déduites des images satellitaires GOES par la méthode utilisée opérationnellement au
CPTEC (Freitas et al., 2005). L’objectif est de pouvoir quantifier à l’échelle locale et régionale le rôle
respectif de la chimie, du transport par la convection et les mouvements de grande échelle dans le bilan des
espèces chimiques dans la haute troposphère/basse stratosphère, en particulier dans la TTL. Pour cela, on
se basera sur les champs tridimensionnels dynamiques et d’espèces chimiques calculés par le modèle mais
aussi sur des calculs de trajectoires à partir des champs 3D du modèle en utilisant la méthode de Freitas et
al. (2000) qui prend en compte les effets de la convection.
b. Etude des oxydes d’azote et des composés halogénés avec SALOMON-N2
Les études sur les oxydes d’azotes, les composés halogénés et les aérosols (voir section IV. ), du fait de la
complexité des problèmes, vont continuer à leur rythme, principalement lors de vols (co)financés par l’ESA
jusqu’au moins 2013. Cette pérennisation de l’activité ballon permet de prévoir des études « à long terme »,
notamment au niveau des régions tropicales source des espèces chimiques transportées ensuite à l’échelle
globale. Une première campagne ESA au Brésil est prévue fin 2007.
Concernant les espèces azotées, beaucoup de travail reste à faire dans les régions tropicales. Une préétude révèle des différences importantes entre les mesures in situ de SPIRALE de NO2 et HNO3 lors du vol
à Teresina de juin 2005 et les résultats du modèle Reprobus sur tout le profil (16-33 km). D’autres mesures
seront effectuées dans les années à venir à Teresina avec les mesures de SALOMON-N2 (ou SALOMON
pour Teresina 2007) et SPIRALE pour confirmer ou non ce désaccord. Si ce dernier est à nouveau avéré, il
faudra donc comprendre et résoudre les lacunes dans le modèle (représentation de la dynamique,
représentation des sources des espèces dans le modèle, chimie hétérogène, etc) à l’instar des travaux de
Berthet et al. (2006). Les mesures à distance de SALOMON-N2 (et GOMOS) seront également analysées
pour quantifier l’impact d’inhomogénéités éventuelles de concentration en NO2 sur les profils verticaux
obtenus par cette technique.
Un autre objectif important de la campagne de Teresina 2007 sera la mesure de OClO à haute altitude. Les
travaux de Fussen et al. (2006) à partir des données de GOMOS ont en effet révélé la présence jamais
reportée d’une couche couvrant toute la bande intertropicale à l’échelle globale autour de 35 km d’altitude,
mais cette observation apparaît proche de la limite de détection de GOMOS. Les mesures de SALOMON-N2
(ou SALOMON) permettront de quantifier avec plus de précision OClO à ces altitudes. Une étude
comparative avec les sorties du modèle Reprobus sera effectuée pour comprendre les mécanismes de
formation de cette couche.
Concernant les espèces bromées, on a vu que leur rôle dans la destruction de l’ozone dans la basse
stratosphère des moyennes latitudes peut être important. Il faut connaître précisément la charge totale en
brome dans la basse stratosphère, une différence de quelques pptv sur le bilan ayant un impact très
significatif sur la destruction d’ozone par le cycle des espèces bromées. Le problème est que les espèces
bromées réservoir ne sont pas mesurées à cause de leur signature spectrale peu identifiable, et donc que le
bilan du brome est plutôt méconnu dans la basse stratosphère (World Meteorological Organization, 2002)
comme on l’a vu dans la partie 3.1.1. Le seul composé mesuré régulièrement est le composé à courte durée
de vie BrO, avec quelques rares observations de VSLS bromées, dont on déduit indirectement la charge
totale en espèces bromées inorganiques (Bry). Les mesures de SALOMON-N2 effectuées de jour dans de
futures campagnes au Brésil devraient permettre de déterminer les quantités en BrO et d’en déduire une
estimation de Bry au niveau de la basse stratosphère tropicale, après évènement convectif susceptible de
transporter les VSLS dans cette région.
6
On s’attachera également à affiner l’estimation de la limite supérieure des rapports de mélange en espèces
iodées IO et OIO (voir rapport d’activité) dans la basse stratosphère tropicale située au dessus de leur
source dans la basse troposphère.
c. Etude de la vapeur d’eau avec ELHYSA
L’étude de la vapeur d’eau stratosphérique en zone tropicale va se poursuivre suivant deux directions. La
première concerne l’étude de la vapeur d’eau autour des systèmes convectifs. Les mesures effectuées lors
de campagnes internationales à Teresina permettront de mieux appréhender les grands principes des
mécanismes physiques et chimiques aux latitudes tropicales. En particulier, les mesures in situ notamment
avec ELHYSA permettront d’étudier les processus de mélange des masses d’air, de formation des nuages
et de leur impact sur les espèces à courte durée de vie.
La seconde concerne une meilleure caractérisation des échanges entre la troposphère et la stratosphère
tropicales et de leur impact sur la déshydratation des masses d’air pénétrant dans la stratosphère. Les
mesures pour des altitudes inférieures à 20 km sont difficiles et rarement précises depuis les satellites; les
instruments sous ballons sont par contre parfaitement adaptés pour l’étude de la cette zone de l’atmosphère.
Par ailleurs ces travaux pourront être complétés par les résultats des vols de l’instrument microSDLA de
l’Université de Reims.
IV. Etudes des aérosols stratosphériques
1. Mesures atmosphériques
Tout d’abord, il n’est pas inutile de postuler que si une éruption volcanique majeure se produisait dans les
années à venir, des vols spécifiquement dédiés à l’étude des aérosols stratosphériques seraient à conduire.
En attendant un tel phénomène, les études doivent se concentrer sur une meilleure caractérisation des
différentes natures d’aérosols de fond. Ce travail concerne l’estimation de leur quantité, de leur répartition en
taille et des proportions moyennes entre les différentes familles de particules, et nécessite d’obtenir un grand
nombre de profils afin de s’affranchir de la forte variabilité que l’on constate localement. Ainsi, plusieurs
exemplaires d’un compteur d’aérosol seront développés afin de pouvoir être implantés sur pratiquement
toutes les grosses nacelles européennes. De plus, le compteur sera capable de mesurer 14 gammes de
taille jusqu’à 2 µm, ce qui devrait permettre d’isoler aisément la contribution des particules d’origine
interplanétaire (de taille supérieure à 1 µm).
La détection des suies dans la stratosphère va nécessiter de mieux quantifier leur quantité, leur variabilité
spatio-temporelle, ainsi que les processus dynamiques qui permettent de les amener dans la moyenne et
haute stratosphère. Il faudra notamment expliquer l’origine des forts excès en concentration de quelques
kilomètres de diamètre et quelques centaines de mètres de hauteur que l’on rencontre dans la moyenne
stratosphère. Il faudra aussi étudier si leur quantité est en augmentation, à cause de l’activité humaine
(avions, feux, ...). Enfin, il semble logique de penser que des natures différentes de suies seraient présentes,
en fonction de leurs origines variées. De nouvelles mesures en laboratoire devront donc être conduites avec
PROGRA2 et le néphélomètre du LaMP pour pouvoir disposer de courbes de référence qui serviront à
interpréter les futures mesures sous ballon de microRADIBAL (C. Brogniez, LOA). Ces travaux s’inscriront
dans le futur réseau international d’étude des suies atmosphérique qui est en train de se monter.
Enfin, l’implantation de l’instrument DUSTER (P.Palumbo, Université de Naples) à bord de la nacelle
SALOMON-N2, prévu pour 2008, permettra des prélèvements in-situ de ces particules solides, afin de bien
analyser leur nature et leur structure. Précisons que cet instrument prélève les particules « en douceur », à
l’opposé des prélèvements sous avion qui sont destructeurs pour les particules floconneuses et ne
permettent donc pas d’étudier précisément leur morphologie.
2. Etudes en laboratoire des propriétés optiques des particules solides
Le concept PROGRA2 a maintenant 12 ans d’âge, mais le sujet de la diffusion lumineuse par des particules
irrégulières aléatoirement orientées est loin d’être épuisé. Hormis les travaux préparatoires pour la
constitution d’une base de données pour le projet de l’ESA ICAPS/IMPACT à bord de la station orbitale
(interactions gaz/poussière et applications), des études spécifiques seront poursuivies. En impesanteur à
bord de l’A300 zéroG, l’étude des propriétés optiques des différentes natures de sable sera poursuivie, ainsi
que sur des billes à deux indices pour comparaison à des travaux de modélisation. Un nouvel axe d’étude se
développe : l’étude des « cailloux mous », sorte de gros agglomérats ne pouvant être produits sur Terre et
représentant le régolite que l’on peut trouver à la surface de certains petits corps du système solaire. Pour
les mesures sols, les études vont s’orienter sur les propriétés optiques de mélanges de particules
floconneuses, notamment à base de carbone, pouvant représenter des analogues cométaires. Les mesures
7
sur les plasmas poussiéreux seront aussi poursuivies (application à l’atmosphère de Titan) ainsi que sur les
suies de différentes natures.
L’étude de la dépendance en longueur d’onde de la polarisation sera développée. Actuellement, les mesures
sont conduites en vert et en rouge. Il faudra aussi disposer d’une mesure dans le proche infra rouge (vers 1
µm) afin de mieux caractériser les effets de longueur d’onde. Une partie des échantillons déjà analysés
devra à nouveau être étudiée dans l’infra rouge. Les mesures pourront aussi directement être appliquées
aux mesures à distance des suies atmosphériques de MicroRADIBAL, et aux observations polarimétriques
cométaires conduites depuis des grands télescopes. L’étude de faisabilité de PROGRA2 infra rouge va
commencer en 2007, pour une demande de financement au CNES en 2008.
Enfin, toutes les données de PROGRA2 devraient être accessibles sur internet. Une proposition sera
déposée début 2007 pour une implantation de ces mesures, avec descriptions et images des échantillons
étudiés, sur la base de données ETHER du CNES/INSU.
V. Etudes dans la basse atmosphère/couche limite (THEMATIQUE TRANSVERSALE DE L’OSUC)
Le LPCE a intégré récemment une Fédération de recherche « Sciences de la Terre et de l’Univers de la
région Centre » (STUC) en s’associant à l’Institut des Sciences de la Terre Orléanais (ISTO, CNRS Université d’Orléans) et à la station de Nançay (Observatoire de Paris), avec la participation de certaines
équipes de recherche du CBM (CNRS-Univ. Orléans), du LCSR (CNRS, Orléans) et de l’INRA (Ardon,
Loiret). Dans ce cadre, le projet « Transfert à l'interface surface terrestre / atmosphère » incluant une équipe
du LPCE et certaines de l’ISTO et de l’INRA a été élaboré pour développer une synergie entre l’étude des
gaz traces atmosphériques et l’étude de la réactivité chimique des milieux aqueux et des sols.
1. Transferts à l’interface surface terrestre / atmosphère
Un premier objectif est de réaliser des mesures dans la basse troposphère de gaz traces atmosphériques
(principalement CH4 et N2O), en relation avec des géosystèmes sources. Ces géosystèmes sont des sites
naturels faisant déjà l'objet d'études biogéochimiques de la part de l’ISTO et de l’INRA des phénomènes
sources de ces gaz. L’échelle spatiale des phénomènes étudiés est locale, même si les émanations sont
assez diffuses. Il s’agit :
des flux de méthane produits par des réservoirs anoxiques, tel le lac Pavin. Ce volet articule l'étude
du fonctionnement biogéochimique de ce lac de cratère possédant une couche profonde stable
productrice de méthane biogénique et la possibilité de suivre les éventuels transferts vers
l'atmosphère à l’aide d’un spectromètre d’absorption laser infrarouge (version simplifiée de SPIRIT
présentée dans la partie 7.2).
des flux de protoxyde d’azote produits par la dénitrification des sols cultivés. Des mesures mobiles
par SPIRIT sur des terres cultivées de Beauce sont envisagées. L’observation de variations de
concentrations de quelques pourcents est requise. Ce projet contribuerait à répondre à la question
de l’impact de la gestion de l’azote dans l’environnement sur le bilan des gaz à effet de serre en
Europe.
2. Etudes en laboratoire de la réactivité chimique et photochimique d’espèces traces
atmosphériques aux interfaces. THEMATIQUE TRANSVERSALE DE L’OSU
a. Motivation scientifique
La réactivité des espèces atmosphériques aux interfaces air-liquide et air-solide est très mal connue à ce
jour. Ces interfaces peuvent constituer un milieu réducteur pour de nombreuses espèces atmosphériques
lorsque celles-ci sont adsorbées en surface ou absorbées en phase condensée. Cette réactivité contribue à
la formation de réservoirs instables d’espèces actives (telles que NOx, HOx, ClOx) à partir des réservoirs plus
stables que sont espèces puits (telles que HNO3, HCl). Or, les NOx, HOx, ClOx jouent un rôle primordial dans
la chimie de l’ozone et donc dans le bilan radiatif de l’atmosphère. Ainsi, la chimie hétérogène peut jouer un
rôle important dans la répartition de ces espèces et donc sur la compréhension de la chimie de l’ozone et du
changement climatique.
La réactivité hétérogène des espèces atmosphériques est faible en absence de lumière et a généralement
un impact négligeable sur la chimie de l’atmosphère. Il existe des exceptions telles que la transformation des
réservoirs de chlore stables en réservoirs instables sur les nuages stratosphériques polaires ou la production
de Br2 par réaction de O3 sur une neige riche en embruns de mer au niveau de la banquise arctique pendant
l’hiver polaire. Par contre, cette réactivité hétérogène peut être beaucoup plus grande en présence de
lumière et peut avoir un impact significatif sur la chimie de l’atmosphère. Citons pour exemple la production
par photochimie hétérogène de HONO (source de NOx et de HOx) dans le domaine du visible pouvant
s’effectuer par:
la photolyse des ions nitrates au dessus du manteau neigeux (Dominé and Shepson, 2002),
8
la photo-réduction de NO2 en HONO par la matière humique (George et al., 2005) qui serait
responsable de 60 % des sources de HOx en basse troposphère dans certaines régions (Stemmler
et al., 2006),
la photo-réduction de NO2 en HONO par les poussières minérales (SiO2 dopée en titane) qui pourrait
contribuer de façon significative au bilan de l’ozone de la basse troposphère (George et al., 2006).
b. Projets de recherche en photochimie hétérogène
Le projet voudrait explorer les possibilités analytiques offertes par la spectrométrie de masse à temps de vol
et à ionisation secondaire (TOF-SIMS) pour étudier et comprendre les mécanismes réactionnels de la
production de réservoirs fragiles de NOx et HOx par (photo)chimie hétérogène.
Dans ce but, il est prévu de développer une enceinte adaptée à l’analyse simultanée :
des espèces intermédiaires de réaction en surface et dans les premières monocouches au moyen
de l’analyseur TOF-SIMS,
des espèces en phase gazeuse par spectrométrie de masse quadripolaire afin d’observer et de
quantifier les réactifs et produits en phase gazeuse suite à un processus de réaction hétérogène.
Cette analyse s’effectuera en exposant simultanément la surface étudiée à un faisceau lumineux de
longueur d’onde bien déterminé dans le domaine du proche-UV visible (lampe à Xénon associée à un
monochromateur). Les différentes parties instrumentales ont déjà été acquises.
Il est proposé d’étudier des processus de photochimie hétérogène sur des surfaces d’intérêt atmosphérique
qui sont parfaitement adaptées à la technique d’analyse TOF-SIMS. En effet, d’une part, les composés
présents sur ces surfaces doivent être peu ou pas volatils (matières organiques ou minérales) et, d’autre
part, ces surfaces doivent être de préférence conductrices (par exemple, matière minérale dopée en métal
tel que le titane). Dans ces conditions expérimentales, un projet est proposé en commun avec une équipe de
l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (Ary Bruand, ISTO, CNRS-Université d’Orléans) pour étudier les
mécanismes hétérogènes de production (photo)chimique de HONO à la surface de composés humiques et
de molécules organiques modèles ainsi que de minéraux. De façon générale, il s’agira de comprendre les
processus de transfert d’espèces chimiques aux interfaces minéraux/argiles/matière humique/atmosphère,
thématique soutenue par la Fédération de Recherche « Sciences de la Terre et de l’Univers de la Région
Centre » (STUC). Ces échanges aux interfaces sol/atmosphère jouent un rôle mal connu et potentiellement
très important pour la compréhension de la chimie de l’atmosphère. Cette thématique fait d’ailleurs partie
des axes prioritaires de nombreux programmes internationaux de recherche.
A plus long terme, en fonction des résultats obtenus dans ces travaux (et des ressources humaines
disponibles), nous envisageons d’étudier les processus de photochimie hétérogène d’intérêt atmosphérique
sur la glace, suite aux expériences acquises au sein du projet européen CUT-ICE (2000-2004) dans la
fabrication contrôlée et l’analyse par TOF-SIMS de fines couches de glace. Toutefois, les propriétés
particulières de la glace (tension de vapeur, caractère isolant et forte capacité d’adsorption) rendent assez
complexes les études de chimie hétérogène par TOF-SIMS sur ce type de surface.
c. Autres projets
D’autres travaux seront effectués, en collaboration avec l’équipe Planétologie expérimentale du LPCE et
avec l’équipe Réactivité Chimique Atmosphérique du LCSR (Laboratoire de Combustion et Systèmes
Réactifs) :
Projet LPCE : Les travaux expérimentaux décrits ci-dessus permettront d’acquérir une expertise
analytique originale qui pourra être adaptée à l’étude de la photochimie hétérogène d’autres
environnements planétaires (ou cométaires). Ceci constitue une thématique de recherche du LPCE
auquel l’instrument TOF-SIMS est principalement dédié. L’adaptation instrumentale nécessaire pour
ce type d’étude résulte du fait que les processus photochimiques hétérogènes dans ces
environnements se produisent dans des domaines de longueur d’onde et de température beaucoup
plus basses que celles de l’environnement terrestre.
Projet LCSR : Dans le même cadre général d’étude des processus chimiques hétérogènes dans
l’atmosphère, nous collaborerons avec l’équipe « réactivité atmosphérique » du LCSR dans le but
d’étudier les interactions entre les espèces gazeuses et les aérosols atmosphériques. Ce type
d’étude est actuellement développé au LCSR. Dans ce projet, il s’agirait d’observer et de
comprendre l’évolution de la composition chimique de surfaces représentatives d’aérosols
atmosphériques directement exposées à des oxydants atmosphériques, ou de surfaces d’aérosols
préalablement exposées à des polluants atmosphériques, tels que des HAP (hydrocarbures
aromatiques polycycliques) sur des suies, comme cela est actuellement étudié au LCSR.
La technique TOF-SIMS développée au LPCE permettra une analyse spécifique des premières
monocouches de surface des aérosols et apportera ainsi des informations complémentaires par rapport aux
9
techniques de CPG-SM et de HPLC utilisées au LCSR, qui renseignent sur l’ensemble de la masse des
échantillons analysés.
VI. Développements en modélisation
Le système photochimique en phase gazeuse intégré initialement dans le BRAMS sera le système RACM
(Stockwell et al., 1997). Il comprend 77 espèces chimiques, individuelles ou regroupées en familles. Ces
espèces chimiques sont principalement d’intérêt troposphérique. Un pré-processeur développé par l’équipe
de B. Sportisse à l’Ecole des Mines est couplé au BRAMS. L’utilisation de ce pré-processeur permet de
modifier facilement le système chimique. Cette facilité sera mise à profit pour effectuer des tests à
différentes fins. Pour effectuer certains de ces tests, un modèle dérivé du BRAMS, simulant un nuage
convectif isolé, nécessitant un temps de calcul moins important sera utilisé. Les objectifs de ces tests seront
les suivants :
réduire le système chimique RACM sans perdre de performances dans nos cas particuliers d’études
afin de gagner du temps de calcul.
introduire des espèces chimiques halogénées d’intérêt stratosphérique dans le système
photochimique.
chercher à déterminer l’importance de nouvelles réactions ou de nouvelles valeurs de constantes de
vitesse mesurées par des études de laboratoire.
Ces études seront effectuées en étroite collaboration avec les chimistes de laboratoire du LPCE et du
LCSR.
La première version du BRAMS-Chimie inclura la chimie en phase gazeuse, la chimie hétérogène sur les
particules liquides, le dépôt sec et le dépôt humide. Par la suite, il est prévu d’introduire la chimie hétérogène
sur les particules de glace et les espèces à courte durée de vie VSLS. Des travaux de laboratoires sont en
cours depuis quelques années concernant les possibles réactions des composés chimiques avec la glace
des nuages (projet CUT-ICE par exemple). La phase glace intervient à deux niveaux dans la distribution des
espèces chimiques. Premièrement, celles-ci peuvent être adsorbées à la surface de la glace puis
éventuellement y subir des réactions hétérogènes qui transforment certains des composés adsorbés.
Deuxièmement, elles peuvent subir un phénomène de piégeage à l’intérieur des hydrométéores lors de leur
formation. Ce deuxième processus n’implique pas nécessairement une transformation chimique mais une
redistribution des espèces piégées lors de la sédimentation des précipitations. Un travail sur l’introduction du
processus de piégeage de HNO3 dans les particules de glace dans le modèle BRAMS-Chimie a été entamé
par un stagiaire en 2006 en collaboration avec E. Rivière du GSMA (Reims). Il sera ainsi possible d’évaluer
l’importance de ce processus dans les nuages convectifs tropicaux et son influence sur le bilan des NOy
dans l’UTLS à partir des résultats des simulations. Concernant les VSLS, nous avons vu qu’ils apparaissent
comme un nouveau centre d’intérêt. Ce sont des espèces (CHBr3, CH2Cl2, CH2Br2, C2Cl4, CHBr2Cl par
exemple) de courte durée de vie, de l’ordre du mois ou inférieure, qui peuvent être des espèces sources de
composés halogénés inorganiques pour la stratosphère dans des régions où le transport vertical est
relativement rapide.
Néanmoins, l’efficacité du transport des espèces chimiques vers la basse stratosphère réside en une
compétition entre des processus microphysiques (par exemple le lessivage par les particules précipitantes),
chimiques (homogènes ou hétérogènes en phase aqueuse et glace qui détruisent ces espèces) et
dynamiques (transport vertical et horizontal). Il est donc important d’évaluer à partir de simulations à l’échelle
régionale les quantités de VSLS transportées dans la haute troposphère par la convection et ensuite dans la
basse stratosphère par un transport horizontal plus lent.
10
Le système Soleil-Terre
B - LE SYSTEME SOLEIL-TERRE
Le LPCE est un acteur important de la communauté PNST et il contribue, par son investissement, au
développement des thématiques scientifiques portées par ce programme. Notamment, nous participons aux
recherches sur les processus fondamentaux dans les plasmas, l'impact qu'il peuvent avoir sur le chauffage
de la couronne et la formation du vent solaire, et en bout de chaîne, à l'interaction du vent solaire avec le
système magnétosphérique. Nos activités s'inscrivent pleinement dans le cadre des relations Soleil-Terre,
avec une forte contribution aux aspects de Météorologie Spatiale. Toutefois, notre champ d'action ne se
limite pas à ces seuls aspects, car nous contribuons également aux efforts menés pour étudier la dynamique
au sein même du système magnétosphérique, que ce soit en conséquence de ces aspects de relations
Soleil-Terre, mais également dans une approche qui inclut les relations entre l'environnement proche de la
Terre (la Terre solide et l'atmosphère), et l'environnement plus lointain : l'ionosphère et la magnétosphère,
en particulier la plasmasphère et les ceintures de radiations. Nous couvrons donc un champ relativement
large que nous souhaitons voir se développer, en participant aux initiatives nationales et internationales
dans ce domaine.
Ainsi, le PNST s'appuie sur une palette large d'outils, qui va des moyens sol de sondage à distance, comme
le radiohéliographe de Nançay ou le réseau de radars HF SuperDARN de sondage de la convection,
magnétosphérique, et pour lequel le LPCE joue un rôle moteur en France, aux moyens spatiaux, comme
Cluster actuellement en orbite, auquel le LPCE contribue activement, et en passant par la modélisation
numérique, une activité encore en devenir au sein du laboratoire, et qu'il est nécessaire de développer.
Notre communauté, en particulier au LPCE, est fortement orientée vers l'observation, et donc participe aux
projets d'observations, majoritairement spatiaux. Dans les faits, nous sommes donc contraints par une
programmation scientifique, qui se fait à une échelle supranationale, dans un souci de cohérence pour la
communauté. Nous avons trois moyens de participations, sur lesquels nous fondons notre stratégie
scientifique :
l'initiative nationale : principalement les microsatellites du CNES
le programme obligatoire : une coordination européenne au travers de l'ESA
des missions d'opportunités : une coordination internationale, au travers des relations avec des
agences spatiales comme la NASA, la JAXA, l'agence spatiale chinoise,…
Actuellement, cette coordination s’inscrit principalement dans le cadre du grand programme international
« International Living with a Star Program» (ILWS), piloté principalement par la NASA, mais auquel l'ESA
contribue également, tout en ayant sa propre programmatique, au travers de Cosmic Vision, qui définit les
priorités au-delà de 2015 pour l'agence européenne.
Pour mener à bien nos objectifs, nous nous appuyons sur deux équipes scientifiques. Ces deux équipes ont
des sensibilités différentes, en ce sens que l'équipe environnement spatial se porte beaucoup plus sur
l'impact environnemental, au sens large du terme, des relations Soleil-Terre, alors que l'équipe
environnement plasma se préoccupe beaucoup plus des mécanismes impliqués dans ces relations et de
leur impact au niveau du couplage global. Il est clair que ces deux équipes sont très complémentaires dans
la dynamique scientifique et que, sur de nombreux projets, elles collaborent étroitement.
I. Environnement spatial de la Terre
Le LPCE a un réel label environnemental à faire valoir. En particulier, notre implication dans deux projets
microsatellites du CNES : DEMETER (en opération) et TARANIS (en préparation), qui ont pour objectifs
d'explorer des mécanismes de couplages au sein du système Terre s'inscrivent dans cette démarche. Ces
projets, dont le laboratoire constitue la colonne vertébrale, cherchent à fédérer des domaines scientifiques
transverses autour de réels sujets environnementaux, comme les séismes, le rayonnement
électromagnétique, les couplages atmosphère-magnétosphère, et constituent l'amorce d'une approche
globale des mécanismes de couplages dans l'environnement terrestre. Ces missions exploratoires
contribuent donc dans les faits à élargir les domaines couverts par la communauté PNST en favorisant
l'interdisciplinarité.
1. La mission DEMETER
Cette mission était prévue pour deux ans à l'origine, mais vient d'être prolongée de la même durée. La
question centrale à laquelle DEMETER devrait pouvoir apporter une réponse est : Existe-t-il des
perturbations ionosphériques liées à l'activité sismique et apparaissant avant le déclenchement des
tremblements de Terre ? Des travaux visant à répondre à cette question sont en cours au LPCE (étude des
corrélations entre l'intensité du champ électrique ELF/VLF et les tremblements de Terre ; étude des
11
corrélations entre la turbulence électrostatique ionosphérique dans la bande ULF et les tremblements de
Terre ; étude des corrélations entre la dispersion des sifflements mesurés à bord de DEMETER et les
tremblements de Terre). Les premiers résultats, bien que toujours préliminaires, sont très intéressants et
vont globalement dans le sens d'une réponse positive basée sur un traitement statistique des événements.
Toutefois la base de données DEMETER est encore insuffisante pour que l'on puisse conclure de façon
définitive et, étant donné la controverse existant dans la communauté sur cette question, il est absolument
nécessaire d'approfondir les travaux en cours sur des bases de données nettement plus étoffées.
L'extension de deux ans de la mission DEMETER nous permettra de faire croître la base de données
jusqu'au niveau requis pour l'aboutissement de nos études.
Par ailleurs, le satellite a une instrumentation qui permet de mener des travaux préparatoires à la mission
TARANIS, et que nous avons d’ailleurs déjà entrepris. Nous allons accroître ces études préliminaires,
notamment en ce qui concerne les signatures électromagnétiques, associées aux Transient Luminous
Events (TLEs).
2. La mission TARANIS
Les observations d’événements lumineux transitoires (TLEs) dans la stratosphère, et de bouffées de
rayonnement gamma provenant de l’environnement terrestre (TGFs pour Terrestrial Gamma ray Flashes)
ont mis en évidence l’existence de transferts d’énergie impulsifs entre l’environnement atmosphérique de la
Terre et l’environnement spatial. Les expériences embarquées sur le microsatellite TARANIS (Tool for the
Analysis of RAdiation from lightNIng and Sprites) ont pour objectif d’identifier les processus physiques à
l’origine de ces transferts d’énergie et d’en évaluer les conséquences pratiques sur le couplage atmosphère
– ionosphère – magnétosphère.
Comme le projet DEMETER, TARANIS est une mission exploratoire, dont on peut définir cinq objectifs
principaux :
Estimation du taux d'occurrence des TLEs, des TGFs et des émissions électromagnétiques
associées, mise en évidence des facteurs de déclenchement ;
Identification des mécanismes physiques à l’origine de ces phénomènes ;
Identification et caractérisation de faisceaux d'électrons accélérés de l’atmosphère vers les plus
hautes altitudes ("Runaway electrons Beams") et des bouffées d’électrons des ceintures de radiation
précipités par les ondes électromagnétiques (« sferics ») générées par les éclairs d’orages
atmosphériques (« lightning ») ;
Couplage entre l'atmosphère neutre, l'ionosphère et la magnétosphère ;
Mise en évidence des effets des TLEs, des TGFs et des LEPs sur l’atmosphère.
Le laboratoire a un rôle moteur à jouer à plusieurs niveaux. D'abord, il contribue aux mesures
électromagnétiques, pour lesquelles il a une compétence forte, et qui s'inscrivent dans la continuité des
travaux engagés dans le cadre de DEMETER. Par ailleurs, la question des NOx associés à ces couplages
dans la haute atmosphère est un problème pour la dynamique de l'atmosphère, qui intéresse l'équipe
environnement atmosphérique dans un cadre beaucoup plus large (voir la section A -I. ).
a. Mesures de champs d’ondes
Nous sommes dans une démarche exploratoire, qui vise à étudier les processus physiques à l’origine des
« Transient Luminous Events (TLEs) » et des « Terrestrial Gamma ray Flashes (TGFs) », mais également
les phénomènes physiques associés comme les faisceaux d'électrons accélérés.
Pour aborder ces questions, nous avons eu deux initiatives de travail collaboratif, qui permettent d'orienter
nos axes de recherche.
En premier lieu, nous avons initié la création d'un groupe de travail à l'ISSI autour de ces mesures
électromagnétiques. Il comprenait à l’origine : 5 français, 3 russes (impliqués dans le projet RESONANCE),
2 américains, 1 danois et 1 anglais. Dès la première réunion (janvier 2006), 3 français supplémentaires et 2
tchèques se sont joints au groupe. Les études entreprises sont conduites dans les directions suivantes :
Ondes EM associées avec les gerbes cosmiques,
Signatures ULF/ELF/VLF de TLEs observées sur DEMETER et d'autres satellites,
Signatures de LEP (Lightning induced Electron Precipitation) sur DEMETER,
Etude de la dynamique des ceintures de radiations en relation avec les objectifs des projets
TARANIS et RESONANCE,
Variabilité des ceintures à partir de mesures basse altitude,
ICW (Ion Cyclotron Waves) et ondes magnétosoniques sur DEMETER.
12
Ensuite, comme Nançay accueille le projet CODALEMA de détection radio des gerbes cosmiques, et que
nous avons une antenne TBF implantée sur le même site, il nous est apparu très intéressant de profiter de la
proximité des instruments et du site pour nous investir dans ce projet financé par l'ANR, dont le thème
central correspond à l'une de nos préoccupations.
Les travaux en cours portent sur l'extension de la bande de fréquence dans laquelle des signaux
électromagnétiques sont susceptibles d'être générés par des faisceaux d'électrons secondaires produits
lorsque des rayons cosmique pénètrent dans l'atmosphère terrestre. Les observations faites à Nançay
concernent les fréquences 35-65 MHz. Les modèles du LANL prédisent des observations à des fréquences
pouvant descendre jusqu'à la gamme VLF. Le LPCE cherche à corréler les mesures hautes fréquences avec
les mesures effectuées par son antenne TBF (<50 kHz) installée à Nançay.
b. Couplages Atmosphère/Ionosphère
Des réunions scientifiques ont été organisées, et ont conduit à la mise en place d'un groupe de travail sur le
couplage Atmosphère/Ionosphère. L'idée était de commencer par un groupe franco-français avant de
l'étendre à des collaborations européennes. Ce groupe de travail a orienté ses discussions autour de trois
aspects :
les événements NOx de haute et moyenne latitudes, et les mesures ballons associées,
les modèles de chimie des ions et des neutres dans l'ionosphère,
l'électricité atmosphérique.
Le premier point est déjà présenté dans la section A -I. . Les mesures ballons qui sont envisagées pour avoir
une information in situ de l'impact que des particules énergétiques peuvent avoir sur les composants neutres
dans la haute atmosphère, nécessitent que l'on élargisse l'instrumentation à d'autres mesures que celles
purement dédiées à l'atmosphère, comme la mesure des rayonnements X ou .
Le second point est un lien qu'il faut maintenant établir :
entre la composante atmosphère et la composante magnétosphère,
entre la mesure et son interprétation.
Cette action est novatrice et vise à fédérer les efforts de modélisation de la dynamique atmosphérique et de
la dynamique ionosphérique / magnétosphérique. L'idée est de mieux parvenir à prendre en compte les
électrons énergétiques et leur impact sur la chimie ionique, qui est à même d'affecter la composition
atmosphérique dans la région D vers 60-80 km. Nos équipes ont les compétences tant dans la partie
atmosphère, que dans la partie magnétosphère, pour jouer un rôle moteur dans ces études d'impacts sur la
composition en NOx. Ces études doivent couvrir les deux aspects complémentaires des mécanismes locaux
et du transport.
En ce qui concerne les processus locaux, nous voulons étudier les mécanismes d'ionisation qui sont mis en
œuvre, notamment les possibilités d'ionisations multiples, sous l'effet d'impact de particules de haute
énergie. Ensuite, nous souhaitons revoir la chaîne réactionnelle, pour estimer des effets à long terme :
même avec un phénomène de courte durée, les mécanismes réactionnels dans une région très fortement
collisionnelle peuvent conduire à la création d'espèces plus "stables", qui ont un potentiel d'impact réel sur
les composants neutres.
Ensuite pour le transport, la dynamique des électrons relativistes peut avoir un impact sur l'électrodynamique
ionosphérique, donc sur le transport des espèces ionisées et in fine sur la composition. De ce fait, il y a une
rétroaction potentielle avec les processus locaux, qui peuvent conduire à une amplification, ou une
atténuation du processus de couplage entre composante ionisée et composante neutre. Enfin, sur la base
de l'expérience acquise dans la modélisation ionosphérique, nous pouvons apporter une information sur les
émissions lumineuses, qui seront accessibles par les instruments optiques à bord de TARANIS. Cette
démarche s'inscrit dans une collaboration large, qui devrait inclure le LPCE, le SA, le CESR et le LPG.
c. Constitution de réseaux européens et internationaux
Il est clair que la démarche autour de Taranis est de fédérer les efforts sur une base la plus large possible.
Pour cela, nous soutenons deux actions qui visent à réunir les scientifiques européens et non-européens
autour du projet, et qui devraient servir de cadre de discussion pour les expériences coordonnées au sol que
nous mettrons en œuvre autour du projet. La première est l'action COST P18, intitulé "The Physics of
lightning flash and its effects" et dont le groupe de travail WG 5 (responsable M. Fullekrug, Univ de Bath) est
défini explicitement autour des thèmes TARANIS. L'autre initiative est une action en cours auprès de l'INSU
pour créer un GDRI. Cette structure est en effet la seule, d'initiative française, qui nous permette d'associer
les expérimentateurs non-Européens présents dans TARANIS (en l'occurrence des américains et des
13
japonais), et les groupes non-européens impliqués dans les campagnes sol et ballons que nous voulons
associer à TARANIS.
3. Le projet RESONANCE
Plusieurs études posent la question du rôle des éclairs dans la stabilité des ceintures de radiations. En
particulier, la séparation en deux ceintures (interne et externe) pourrait être une conséquence d'interactions
ondes-particules entre les populations de la plasmasphère et les ondes électromagnétique associées aux
éclairs, qui déstabiliseraient ainsi une région située vers L = 2.5.
Dans cette région de la plasmasphère, la magnétosphère terrestre a une géométrie qui lui permet d'agir
comme résonateur naturel pour de nombreuses variétés d'ondes électromagnétiques, dont certaines ont la
propriété d'être guidées par le champ magnétique. C'est le cas des émissions ion-cyclotron (ULF) et
sifflements (ELF/VLF) qui peuvent effectuer des aller-retour plusieurs fois entre deux points conjugués. Ce
type de comportement peut permettre des transferts d'énergie efficace entre les ondes et les particules via
des mécanismes résonants, et joue un rôle fondamental dans la dynamique du plasma et des ceintures de
radiation de la terre.
L'IKI a proposé le projet RESONANCE pour étudier ces interactions ondes/particules ainsi que la dynamique
du plasma dans la magnétosphère interne. La mission comporte deux satellites pour effectuer des mesures
simultanées en deux points d'un même tube de force : le premier couvrira la zone aurorale tandis que le
deuxième sera positionné dans la zone équatoriale (L=4-5.5). Des expériences coordonnées de chauffage
ionosphérique seront effectuées avec des équipements sol.
L'objectif de RESONANCE est de parvenir à une meilleure compréhension des phénomènes géophysique
dans l'environnement proche de la terre et d’apporter ainsi des réponses sur les mécanismes mal connus de
vidage et remplissage des ceintures de radiations. RESONANCE devrait également permettre de vérifier et
valider les théories modernes concernant les interactions ondes-particules dans la magnétosphère interne
de la terre.
Les objectifs scientifiques sont les suivants :
détermination des processus résonants dans un tube de force magnétique de la magnétosphère
interne de la terre
rôle des mécanismes Maser dans le remplissage et le vidage des ceintures de radiations
identification des mécanismes de génération d'ondes et d'accélération de particules
identification des mécanismes qui modifient les miroirs ionosphériques
étude du comportement du plasma et de la propagation des ondes suite à un échauffement local
naturel ou artificiel dans un même tube de force.
L'étude expérimentale des modes non stationnaires des masers magnétosphériques demande de séparer
les variations spatiales des variations temporelles, ce qui est généralement difficile à obtenir. La
connaissance accumulée par les précédentes études théoriques et expérimentales (Explorer, GEOS,
ARCAD 3, INTERBALL, etc.) montre qu’il est nécessaire de réaliser un programme spatial dédié à ces
problèmes. Ce projet a donc pour but principal de répondre aux importantes questions qui concernent les
interactions ondes-particules dans un résonateur et d’identifier les mécanismes de «feedback». Un des
points critiques est donc de choisir une orbite où le couple de satellites resterait le plus longtemps possible
dans le même tube de force magnétique. Ainsi, les interactions entre les ondes et les particules pourront
être observées sur des temps très long. Ces mesures seront associées à des expériences actives pour
étudier le comportement du milieu quand un apport d'énergie ou de matière est effectué. Il sera possible de
déterminer les mécanismes de résonance les plus efficaces entre des émissions discrètes et des particules
énergétiques. Il sera également possible de d'évaluer l'importance des ondes réfléchies au point conjugué
pour les émissions de très basses fréquence (ULF: 0.1-10 Hz) et les ondes électromagnétiques de 0.1-10
kHz.
Ces processus d'interactions sont complémentaires aux investigations que nous souhaitons mener dans le
cadre de TARANIS, et il est donc intéressant pour nous de travailler en concertation avec le projet
RESONANCE. Nous avons donc proposé un instrument de mesure du champ électrique, basé sur celui que
nous proposons pour TARANIS, et nous avons associé des équipes russes qui s'investissent dans
RESONANCE aux études des ondes électromagnétiques autour du projet TARANIS.
14
4. LOIS - Radar solaire
La couronne solaire peut être étudiée à partir du sol par des techniques radar dans la gamme 10 – 100 MHz.
Ceci a été démontré par des observations qui ont été effectuées dès les années 1960 (e.g. James, 1966).
Cependant, les faibles sensibilités et résolutions spatiales et temporelles disponibles à l’époque n’avaient
pas permis de résoudre la grande complexité des signaux reçus. Les simulations récentes de tracé de
rayons utilisant des modèles de la couronne solaire confirment cette possibilité.
Les progrès réalisés en technique radar et dans la connaissance de la structure et de la dynamique de
l’atmosphère solaire permettent de relancer ce type d’études. C’est l’objet du projet de radar LOIS qui,
associé au radiotélescope LOFAR, permettra d’atteindre les résolutions spatiales et temporelles nécessaires
à une description quantitative de la densité, de la vitesse et de la turbulence du plasma à différentes
altitudes de l’atmosphère solaire.
Les objectifs scientifiques du projet sont décrits en détail dans un document disponible à http://www.loisspace.org (Deep Space Radar Science Case report). Ils concernent principalement la structure de la
couronne solaire dans des conditions calmes ainsi que pour différents niveaux d’activité, le vent solaire et la
magnétosphère terrestre. Les régions les plus actives du soleil et leurs manifestations (éruptions solaires,
CME, trous coronaux …) sont d’un intérêt particulier puisqu’elles jouent un rôle primordial dans la
météorologie de l’espace. Un objectif important dans ce cadre est la détection, l’identification et le suivi des
CME depuis leur origine jusqu’à leur interaction avec l’environnement terrestre.
Les premières stations LOIS ont été installées aux environ de Växjö pendant l’année 2004. La même
instrumentation a été embarquée sur le satellite Compass-2 lancé en mai 2006. Parallèlement, plusieurs
études théoriques sont en cours pour modéliser la détection des échos en provenance du Soleil. De même,
plusieurs projets liés au traitement en temps réel de données d’un grand nombre de capteurs dispersés ont
été lancés avec des financements suédois. Le développement de l’ensemble du projet est en attente de
financements demandés à l’Union Européenne.
Au stade actuel, nous participons afin d’assurer une présence française lors de la phase de développement
d’un instrument qui pourrait apporter des observations totalement originales sur l’atmosphère solaire et la
magnétosphère. En cas d’issue favorable, cette présence facilitera l’accès aux données pour la
communauté du PNST.
II. Environnement plasma
Dans la problématique des relations Soleil-Terre, la communauté s’est fixée plusieurs objectifs
complémentaires. D’une part il s’agit de comprendre et d’expliquer les mécanismes sources, au niveau du
soleil, d’accélération et de transport de particules, conduisant aux perturbations qui affectent la
magnétosphère terrestre. D’autre part, à l’autre bout de la ligne de transmission, il est important de mieux
appréhender les mécanismes de transfert d’énergie et de particules depuis l’environnement interplanétaire
vers la magnétosphère.
15
Figure B-1 : schéma temporel des différentes missions dédiées à l’étude du soleil et de mécanismes
sources.
En ce qui concerne la source solaire, deux types de phénomènes nous intéressent plus particulièrement :
Le vent solaire
Les éjections de masse coronale
Il est évident que les processus de base impliquent des mécanismes d’interactions ondes-particules, et les
études en relation dans ce domaine vont revêtir deux aspects complémentaires :
Travaux théoriques en amont,
Mesures expérimentales in situ et à distance en aval.
Nos compétences nous permettent de contribuer à ces deux aspects. La communauté a défini un panel de
missions « solaires » dédiées à l’étude de ces mécanismes sources, dont la répartition dans le temps est
représentée sur la figure B-1, qui doit être complété à l’autre bout de la chaîne, par les missions
« geospace » dédiées à l’étude de l’environnement terrestre proche, et à son interaction avec
l’environnement interplanétaire. La figure B-2 décrit l’enchaînement des processus physiques depuis le soleil
jusqu’à la Terre, qui doivent être abordés par l’ensemble de ces missions.
Notre ambition est de participer à ces projets, qui forment un ensemble cohérent quant à leur approche de
ces problèmes des relations Soleil-Terre, non encore résolus.
Figure B-2 : chaîne des processus (vert et bleu) influençant les interactions entre le Soleil et la
magnétosphère terrestre, et leur conséquence au niveau de l’environnement terrestre (rose).
16
1. Solar Orbiter
Après trois décennies d'exploration menées dans le vent solaire « libre » on ne comprend toujours pas
comment se forme le vent solaire et comment il peut s'échapper de la couronne et atteindre des vitesses
aussi grandes que celles que l’on a observées (800 km/s) dans le vent rapide, à partir des données de la
sonde Ulysse. On ne comprend pas non plus quelle est la source du flux d’énergie associé à cet
échappement rapide. Certes, le cadre général est bien établi : dans une couronne statique, à symétrie
sphérique, la pression décroît lentement lorsqu'on s'éloigne de la surface de l'étoile de telle sorte que même
à grande distance elle est très supérieure à celle du milieu interstellaire ambiant. Un écoulement doit donc
nécessairement s'établir. Parmi les différentes solutions possibles, Parker, en 1958, a montré qu'un
écoulement supersonique, avec un choc terminal, est celui qui respecte le mieux les conditions aux limites
que doit satisfaire la transition entre une atmosphère stellaire et le milieu interstellaire. Cependant bien des
problèmes restent à résoudre; le plus délicat est certainement celui que pose la vitesse élevée 750-800 km/s
atteinte par le vent à 1 Unité Astronomique, à haute latitude, en dehors de la couche neutre héliosphèrique.
Les mesures de SOHO/SUMER/CDS ont montré que les vitesses rapides observées n’étaient pas
compatibles avec le modèle de Parker.
Les modèles "fluides" n'arrivent pas à rendre compte de vitesses terminales aussi élevées, et ne permettent
pas d’expliquer les températures électroniques et ioniques, observées à 1UA. De plus les modèles fluides ne
permettent pas de comprendre comment se forment des anisotropies de température, en particulier pour les
ions lourds, dans la haute couronne, ainsi que les fonctions de distributions non-thermiques que l’on observe
en permanence dans le vent solaire et peut être dans la haute couronne.
De nombreux modèles cinétiques ont également été développés, mais ils dépendent tous très fortement des
conditions « initiales » qui règnent dans la région où le plasma se découple de la basse couronne et devient
« non collisionnel », ce qui conduit au développement de populations d’électrons et d’ions hors d’équilibre,
avec des sources d’énergie libre: anisotropies de température, queues suprathermiques, faisceaux
alignés,... Ces populations jouent un rôle essentiel dans le chauffage et l’accélération du vent solaire, et
pourtant elles sont difficiles à caractériser sans une « vérité terrain ». L’existence de ces écarts à l’équilibre
se traduit par le développement d’instabilités qui sont susceptibles de provoquer une structuration spatiale à
petite échelle (filamentation) de la couronne et par le développement d’ondes qui peuvent chauffer les
particules, et fournir ainsi le pré-chauffage/ pré-accélération qui est nécessaire pour « initialiser » les
modèles cinétiques. Alors que les ondes d’Alfvén « classiques » ( F = FH + ) semblent peu efficaces pour
chauffer le plasma, leur prolongement à haute fréquence, les ondes cyclotroniques ioniques ( F
≈ FH + ),
interagissent de manière résonante avec les ions et pourraient être responsables de ce préchauffage/préaccélération, comme le suggèrent les fortes anisotropies de température des ions lourds ( TP = T⊥ ) qui ont
été invoquées pour expliquer les observations de SOHO/UVCS, et des protons (largeur des raies Lyman
alpha). Les ondes cyclotroniques ioniques sont fortement atténuées avec la distance et il est donc préférable
de les mesurer dans la couronne. Grâce à la mesure in situ des ondes d’Alfvèn, haute et basse fréquence,
Solar Orbiter permettra de faire le bilan de leur rôle dans la formation du vent solaire.
Les effets du transport dans le milieu interplanétaire et de la diffusion par les irrégularités du champ
magnétique détruisent l’information sur les fonctions de distribution initiales des particules et sur l’évolution
temporelle de leur production. L’accélération ou la ré-accélération des particules par les ondes de choc dans
le milieu interplanétaire vont amplifier cette distorsion.
Des variations observées sur les paramètres mesurés in situ, la densité par exemple, peuvent résulter d’une
structuration spatiale, comme de la filamentation, ou résulter de variations temporelles. La mesure par
imagerie en lumière blanche dans le voisinage de la sonde permettra de trancher. De manière analogue
l’imagerie à haute résolution dans l’UV permettra de relier la structuration du réseau chromosphérique aux
variations des caractéristiques enregistrées in situ. Cette relation peut s’avérer critique si l’on en croît
certains modèles (Axford et Mc Kenzie), qui font jouer un rôle décisif à la reconnexion dans le réseau
chromosphérique ; c’est à dire dans un milieu fortement dominé par les collisions.
2. Le programme Sentinels
La mission Sentinels de la NASA est une mission multi-satellites qui étudiera :
l'accélération et le transport des particules énergiques solaires (SEPs)
le déclenchement et l'évolution des éjections de masse coronales (CMEs) et des chocs
interplanétaires dans la partie interne de l’héliosphère.
Initialement le programme Sentinels comportait :
une constellation de quatre satellites « Inner Heliospheric Sentinels » instrumentés de manière
identique pour faire des mesures in-situ du plasma, des particules énergiques, et des champs dans
17
l'environnement proche du soleil, à une distance 0.25 UA, en même temps que des observations
multipoints à distance des rayon X solaires, des émissions radio, des rayons gamma, et des
émissions de neutron solaires ;
un satellite Sentinels en orbite terrestres héliosynchrone, pour des observations de la couronne dans
l’ultra-violet et dans la visible ;
un satellite Sentinels en orbite héliocentrique à 1 UA pour mesurer le champ magnétique
photospheric depuis des positions situées entre 60° et 120° en avant de la terre.
Récemment l'ESA et la NASA ont mis en route un processus visant à fondre Solar Orbiter et la partie
héliosphère interne du programme Sentinels en un seul et unique projet. L'idée est de remplacer un des 4
satellites de Inner Heliospheric Sentinels par le satellite Solar Orbiter.
Pendant la mission nominale de trois ans, les observations de la mission Sentinels/Solar Orbiter seront
complétées par des observations soit de la mission STÉRÉO, soit de la mission SDO, ainsi que par des
mesures depuis le sol en radio et en optique. Les aspects théoriques et la modélisation joueront un rôle
important dans la phase de développement de la mission, mais également durant les opérations.
3. Stereo
L'objectif de la mission STEREO est de déterminer l'origine, la propagation dans le milieu interplanétaire et
les conséquences pour la Terre, des perturbations interplanétaires telles que les éjections de masses
coronales. L'utilisation simultanée de deux sondes identiques placées sur l'orbite de la Terre, de part et
d'autre de cette dernière, permettra d'obtenir une vision stéréoscopique de la structure et de la dynamique
du plasma coronal, et notamment des CME, de leur émission à la surface du Soleil jusqu'à l'orbite de la
Terre. La connaissance des caractéristiques à trois dimensions de ces éjections conduira à une meilleure
détermination de leur vitesse et une prévision de manière beaucoup plus précise de l'arrivée du nuage de
plasma au voisinage de la Terre.
Parmi les instruments dont est équipé STEREO, ceux du consortium SECCHI (le PI est l’U.S. Naval
Research Laboratory) fourniront des images en ultraviolet et dans le visible.
La reconstruction de la structure tridimensionnelle de structures coronales et interplanétaires à partir des
images de SECCHI constitue un défi nouveau dans la caractérisation de plasmas spatiaux. Elle nécessite le
développement d’outils nouveaux qui sont adaptés aux particularités du problème :
Les structures à reconstruire sont optiquement minces
Leur rapport signal/bruit est faible
De fortes contraintes instrumentales et observationnelles limitent le champ d’observation
La géométrie des observations évoluera tout au long de la mission
Par ailleurs, les deux satellites s’éloigneront de 45° environ par année, si bien que les contraintes
géométriques de reconstruction évolueront tout au long de la mission. Notre participation à STEREO est
fondée sur la volonté de caractériser la structure 3D de la couronne solaire et du milieu interplanétaire en
utilisant des techniques de reconstruction tomographique des structures coronales optiquement minces et
ceci en observant simultanément les événements dans différentes longueurs d'onde (UV-visible-radio).
L’accent est donc mis sur les méthodes multirésolution pour l’analyse d’images du Soleil en UV et du milieu
interplanétaire en lumière visible.
4. La mission Cluster
Les travaux que nous avons déjà engagés vont se poursuivre, dans la cadre de la mission étendue, et
surtout en préparation à la mission MMS, qui lui succèdera. Un effort doit être porté sur les aspects de
modélisation des mécanismes d’interaction ondes-particules, notamment dans la perspective des études sur
la reconnexion, mais également en préparation aux études dans le cadre de Solar Orbiter. En effet, les
mécanismes mis en jeu pour les accélérations de particules dans la couronne solaire ont leurs équivalents
dans la magnétosphère, qui peut être considéré comme un laboratoire de physique des plasmas ; les
mesures multi-points acquises par la mission Cluster fournissent une base très riche pour l’étude de ces
mécanismes.
5. La mission MMS
La communauté française a été largement impliquée dans la mission Cluster, à tous les stades du projet.
Aujourd'hui, la stratégie de mesures multipoints, initiée par Cluster, est « incontournable ». La poursuite des
études engagées sur les phénomènes non linéaires ne peut s'envisager sur le moyen terme que dans le
cadre de la mission MMS (Magnetospheric Multi-Scale), qui s’inspire de la stratégie de Cluster, mais met en
18
jeu une orbite équatoriale. Cette mission vise particulièrement à résoudre des échelles spatiales plus
faibles, avec une résolution temporelle nettement améliorée pour les instruments particules, et des
mesures 3D du champ électrique. Le but est de comprendre comment s’effectue la reconnexion
magnétique, dans un plasma où les collisions sont si rares qu’elles ne peuvent assurer la dissipation. Ce
problème se pose dans divers domaines de l’astrophysique, aussi bien que dans les machines de
laboratoire destinées à réaliser la fusion par confinement magnétique. Faute de collisions le plasma ne
devrait pas diffuser à travers le champ magnétique, ce qui devrait impliquer une conservation de la topologie
magnétique. En réalité l’énergie magnétique stockée, par exemple dans la queue magnétique de la Terre,
est transformée en accélération de particules (qui provoquent les aurores), et la configuration magnétique
change de topologie. De même le plasma en expansion à partir de la couronne solaire, le vent solaire, ne
devrait pas pénétrer à travers le « bouclier magnétique » que constitue la magnétopause terrestre. En
pratique la magnétopause ne dévie pas complètement l’écoulement du vent solaire ; une partie du plasma
pénètre à travers cette barrière magnétique. Lors de cette pénétration le plasma est accéléré, formant des
jets rapides ; cette accélération a lieu aux dépens de l’énergie magnétique. L’objectif de MMS est de
comprendre la physique du processus de reconnexion magnétique, qui correspond à ce changement de
topologie magnétique, et à cette accélération du plasma aux dépens de l’énergie magnétique. La mission
MMS permettra d’effectuer des mesures coordonnées multipoints à petite échelle, dans la magnétopause
terrestre et dans la partie centrale de la queue géomagnétique : la couche de plasma. L’orbite est
particulièrement bien adaptée à ces objectifs.
Les résultats de Cluster montrent que la couche de courant de la queue magnétique de la Terre devient très
fine (~1000km~rayon de Larmor des ions) avant que la reconfiguration du champ magnétique et
l’accélération des particules se produisent, de manière « explosive » se produisent, lors du « sous-orage ».
L’énergie magnétique stockée dans la couche de courant est alors utilisée pour accélérer les particules ; on
parle de reconnexion magnétique.
L’objectif de MMS est de comprendre la physique du processus de reconnexion magnétique, qui correspond
à ce changement de topologie magnétique, et à cette accélération du plasma aux dépens de l’énergie
magnétique. De manière un peu schématique on peut dire qu’il y a deux types d’approches pour
comprendre la physique du processus de reconnexion magnétique :
ou bien on considère que le développement spontané, via une instabilité de type déchirement
(« tearing »), conduit à la formation d’une (ou plusieurs), lignes neutres, qui à leur tour accélèrent le
plasma. Dans ce cas les modes qui se développent dans la couche de courant sont radiaux ; le
vecteur d’onde est radial. Dans ce cas la dissipation a lieu dans la partie centrale de la région de
diffusion, où les électrons sont démagnétisés.
ou bien on considère que la dissipation du courant azimutal, qui maintient la couche de plasma, est
l’élément essentiel. Le nombre d’onde est alors azimutal et la modulation correspondante produit
des courants parallèles. Ces courants sont instables, ce qui produit la dissipation. La petite échelle
est alors l’échelle transverse de ces courants parallèles.
Les résultats de Cluster montrent que les modes qui se développent dans la couche de courant de la queue
magnétique sont azimutaux, ce qui remet en cause le modèle de « tearing » décrit ci-dessus. Les mesures
de Cluster suggèrent également que le mécanisme de dissipation se situe à petite échelle (< 200km).
L’objectif de MMS est d’identifier le mécanisme de dissipation, grâce à des mesures multipoint à petite
échelle et à haute résolution temporelle.
Pour trancher entre ces deux types de modèles on doit mesurer les fonctions de distributions des particules
et la distribution spatiale des courants électriques et des champs électriques et magnétiques, avec une
résolution spatiale et temporelle adaptée. Cluster a permis de montrer que l’on pouvait effectivement
r
r
mesurer les courants électriques, via ∇ × B . Pour mettre en évidence la physique de la région de
dissipation la distance inter-satellites doit être de l’ordre de 10-100km. A noter que le rayon de Larmor des
électrons qui correspond, dans certains modèles, à l’échelle de dissipation, est ~20 km. Par ailleurs la
résolution temporelle des mesures particules doit être adaptée à la petite taille des structures, ce qui impose
des résolutions temporelles 10 à 100 fois meilleure que sur Cluster. La mission MMS permettra d’effectuer
des mesures coordonnées multipoints à petite échelle, avec une résolution temporelle d’une fraction de
seconde, et une distance inter-satellites de 10 à100km, dans la magnétopause terrestre et dans la partie
centrale de la queue géomagnétique. Le magnétomètre alternatif que nous proposons est bien adapté à la
haute résolution, temporelle, bien sûr, mais également spatiale lorsqu’il s’agit de structures en déplacement
raide par rapport aux satellites. Par exemple une structure de 20km (le rayon de Larmor des électrons) se
déplaçant à 1000km/sec (valeur typique pour les écoulements rapides) sera « vue » à 50Hz. A partir des
mesures en quatre points et grâce aux faibles distances inter-satellites, il sera également en mesure
19
d’étendre la mesure des fluctuations de densité de courant associées aux ondes déjà effectuées sur Cluster
à basse fréquence (0-5 Hz) aux plus hautes fréquences.
20
Les environnements planétaires et cométaires
C - LES ENVIRONNEMENTS PLANETAIRES ET COMETAIRES
La structure de l’équipe planétologie a fortement évolué en 2006, avec l’arrivée d’une jeune maître de
conférence, qui doit reprendre l’activité scientifique de l’équipe. Nous plaçons résolument nos activités en
planétologie dans le cadre de la fédération, dont nous souhaitons qu’elle évolue vers un OSU. Ceci nous
permet d’élargir sensiblement les contours thématiques en nous associant au CBM et à l’ISTO, qui ont des
compétences qui nous font défaut, notamment en géologie. La structure des études en planétologie ou
exobiologie, au niveau Orléanais, s’inscrit dans la dynamique souhaitée par le CNRS , qui vient de mettre en
place un programme interdisciplinaire « Origines des planètes et de la vie », auquel nous pensons pouvoir
contribuer de manière positive.
I. L'exploration planétaire : la planète Mercure
Les seules mesures in situ de l'environnement de la planète Mercure sont celles obtenues il y a près de 30
ans par la sonde américaine Mariner 10. L’instrumentation de cette sonde comportait peu d’instruments
dédiés à l’étude des ondes et des particules autour de Mercure. En particulier, il n’y a pas eu à ce jour de
mesure de plasma thermique (densité et température), ce qui signifie que l’influence des électrons
thermiques sur les mécanismes de création et de perte des particules chargées et le couplage entre les
électrons et les neutres restent à établir sur Mercure. Les électrons thermiques entrant dans les mécanismes
de création d’atomes énergétiques ayant des vitesses supérieures à la vitesse de libération de Mercure, leur
mesure contribuera aux études d’échappement et d’érosion de l’atmosphère de Mercure.
2
L’instrument AM P (Active Measurement of Mercury’s Plasma) est voué à ce type d’études. Il permet de
déterminer le couplage entre une antenne électrique et le plasma environnant. En mesurant l’impédance de
l’antenne en fonction de la fréquence, il est en effet possible de déduire la densité et la température des
électrons thermiques. L’étude du plasma thermique permet en outre de déterminer les frontières du plasma
et ainsi de cartographier la magnétosphère. La mesure de l’impédance propre de l’antenne étant nécessaire
2
à la détermination de sa longueur caractéristique, AM P aidera aussi à la calibration des mesures
électriques. Enfin, les ondes naturelles reflétant les changements dans les fonctions de distribution des
particules, qui résultent de changements dans la séparation des charges et de variations de courant de
façon auto-cohérente, il apparaît que l’étude de ces ondes apporte beaucoup à la compréhension de
2
l’environnement planétaire et de son évolution. AM P déterminera les caractéristiques électriques des ondes
naturelles autour de Mercure de 0 ,7 kHz à 150 kHz environ, c’est à dire autour de la fréquence plasma.
La technique utilisée par AM²P étant une technique active, les mesures sont peu sensibles à la pollution du
milieu étudié, pollution due à la présence du satellite et à celle des photoélectrons. En particulier, la
possibilité d’ajuster le niveau du signal émis en fonction du bruit ambiant permet d’obtenir un bon rapport
signal/bruit, ce qui accroît la sensibilité des mesures, notamment en présence d’ondes naturelles fortes et/ou
lorsque la propreté électromagnétique du vaisseau porteur est insuffisante. Ceci est un avantage
considérable comparé aux techniques passives de mesure.
II. L'exploration cométaire
1. Introduction
Les études propres au LPCE dans ce domaine sont centrées sur les thèmes suivants :
Géochimie,
Exobiologie,
R&D en Instrumentation.
Ces activités s’appuient sur des compétences en instrumentation scientifique, en techniques d’analyse et
traitement des données appliqués à la géochimie. Ces domaines d’expertise reconnus ont permis de mettre
en place des collaborations internes et externes au laboratoire :
Collaboration interne au LPCE pour des analyses en laboratoire dans le cadre de la chimie
atmosphérique,
Collaborations entre laboratoires de la Fédération de Recherche STUC dans le domaine de
l’Exobiologie (mission ExoMars, R&T en cathodoluminescence, expériences de laboratoire),
Collaborations nationales et internationales en planétologie (mission Rosetta, R&T en spectrométrie
de masse).
21
2. Activité analytique en géochimie
a. Analyse de poussières cométaires – Projet Rosetta-COSIMA
i) Contexte
Depuis le départ à la retraite du responsable scientifique historique de l’expérience COSIMA, le Dr Jochen
Kissel, le groupe COSIMA du LPCE est devenu celui qui possède la plus grande expérience en analyse et
en instrumentation TOF-SIMS de l’ensemble du consortium européen qui développe le projet. Ceci conduit
le LPCE à soutenir plus fortement le responsable scientifique allemand de l’instrument, le Dr Martin
Hilchenbach dans 3 domaines en particulier :
l’élaboration des procédures automatiques de mise en œuvre de l’instrument,
la constitution d’une bibliothèque de spectres de référence,
l’interprétation des spectres et leur analyse à l’aide de méthodes statistiques.
L’objectif est clairement la garantie et l’optimisation du retour scientifique de l’expérience COSIMA.
ii) Elaboration des procédures automatiques de mise en œuvre de l’instrument
La recherche automatique des grains collectés et leur analyse chimique par l’instrument sont des tâches
complexes. Elles requièrent de prendre en compte un grand nombre de critères et de données afin
d’effectuer les actions adéquates qui permettront de garantir la pertinence des spectres produits. En effet les
informations extraites des spectres ne seront exploitables que si elles sont associées aux grains cométaires,
probablement peu nombreux sur les cibles de collection et si elles sont définies avec une statistique
suffisante.
Le logiciel de COSIMA n’intègre actuellement aucun critère permettant une gestion des opérations dans
cette optique. Il ne permet pas de conditionner une action en fonction des résultats d’une autre. Le logiciel
permet seulement d’activer l’ensemble des fonctions élémentaires de l’instrument (exposer une cible,
réaliser un spectre, acquérir l’image d’une cible, etc.…).
Le travail confié à Orléans consiste à concevoir et à tester des procédures informatiques capables de gérer
différents cas de figures prévus, afin d’aiguiller les actions ultérieures de l’instruments, en se plaçant dans le
contexte de la mission spatiale Rosetta. L’objectif est d’obtenir de la part du logiciel une gestion autonome et
adaptée de l’instrument afin de transmettre un maximum d’informations exploitables scientifiquement. Ce
travail s’appuiera sur le savoir faire expérimental acquis ces dix dernières années au laboratoire, sur
l’instrument TOF-SIMS disponible au LPCE et sur l’instrument COSIMA (réplique de l’instrument de vol) en
service depuis quelques mois à Lindau. Ce travail repose également sur la poursuite des collaborations
existantes avec plusieurs équipes du groupe afin de bénéficier de:
préparations d’échantillons réalistes utilisant un canon à poussière (K. Hornung, UNIBW Neubiberg,
Allemagne, C. Engrand, CSNSM Orsay),
l’intégration de procédures dans le logiciel COSIMA à Lindau (J. Silen, J. Ryno, FMI, Helsinki,
Finlande),
l’accès à l’instrument COSIMA à Lindau (M. Hilchenbach, MPS Lindau, Allemagne.)
Le contexte spatial de la mission Rosetta impose des contraintes fortes qui devront être prises en comptes
par les procédures élaborées :
faible caractérisation des grains cométaires (flux, distribution en taille, composition)
longue période d’autonomie de l’instrument sans influence externe (15 jours à un mois),
faible flux de données envoyées vers la Terre,
courte période d’activité de l’instrument COSIMA en collecte de grains cométaires (3 mois environ).
Lorsque qu’un ensemble de procédures aura été validé, il sera possible de définir plus précisément le
scénario global que devra suivre l’instrument en temps réel entre deux interventions des experts au sol.
iii) Bibliothèque de spectres
Parmi les résultats attendus de l’étude de la phase minérale des grains de poussières cométaires, les plus
importants sont probablement :
la détermination de la composition moyenne en éléments principaux,
la variabilité de cette composition d’un grain à l’autre, qui pourrait conduire à l’identification de
classes de minéraux,
la sensibilité de la distribution des ions moléculaires en fonction de la structure des minéraux, qui
pourrait donner des indices sur les conditions de température et de radiation rencontrées par les
grains,
22
la distribution élémentaire et moléculaire des principaux isotopes et des mineurs pour répondre à la
question concernant les différentes origines possibles de la poussière cométaires.
Concernant maintenant la phase organique, elle sera également révélatrice de l’histoire de la formation du
grain et de son amalgame avec le noyau cométaire. L’identification de classes de substances donnera des
clés sur les mécanismes de production de cette phase organique incorporée au grain.
L’interprétation des spectres se décompose en plusieurs actions:
l’identification des espèces chimiques présentes,
la mesure semi quantitative des espèces et des éléments présents,
la mesure quantitative des rapports isotopiques des atomes présents.
Elle fait appel à des traitements plus ou moins élaborés des données présentes dans les spectres. Un
exemple de méthode simple consiste à extraire un nombre limité de données puis d’en interpréter une par
une la signification. Un exemple de méthode plus élaborée consiste à traiter simultanément la plus grande
partie des données présente dans un jeu de spectres à l’aide d’un logiciel statistique et d’interpréter
globalement et ponctuellement le résultat des calculs.
Cependant, l’identification d’un échantillon complexe par la méthode TOF-SIMS est d’abord basée sur la
similitude existante entre un spectre de référence et une partie du spectre de l’échantillon étudié. Ce
processus, qui n’est jamais rigoureusement univoque, nécessite de constituer un ensemble de spectres de
référence établis dans un environnement maîtrisé selon des critères rigoureux d’analyse, des réglages
précis de l’instrument en particulier.
La constitution d’une bibliothèque de spectre a déjà fait l’objet de travaux ces dernières années et elle sera
poursuivie en se concentrant sur les espèces ayant le plus de chance d’être présentes dans les grains
cométaires. Ce travail est réalisé avec le soutient de C. Engrand (CNSM, Orsay) pour la phase minérale,
avec H. Cottin (LISA, Créteil) et F. Westall (CBM, Orléans) pour la phase organique afin d’étudier les
échantillons les plus pertinents. Les échantillons seront analysés avec l’instrument du LPCE et avec
l’instrument COSIMA disponible au sol à Lindau en collaboration avec M. Hilchenbach (responsable
scientifique de COSIMA). Parallèlement, des méthodes statistiques multivariées d’analyse de données sont
testées pour exploiter au mieux cette bibliothèque (collaboration avec K. Varmuza, LCM Vienne, Autriche).
iv) Analyse des spectres par des méthodes statistiques multivariées
Compte tenu de la grande variabilité des spectres de masse obtenus par TOF-SIMS et de la grande quantité
de données contenues dans ces spectres, les méthodes d’analyse statistiques à variables multiples
apparaissent comme particulièrement adaptées pour une interprétation globale de l’ensemble des spectres.
La technique d'analyse en composantes principales (sigle anglo-saxon PCA) est la plus connue. Elle est très
utilisée en analyse organique, mais très peu en analyse minérale (élémentaire). La méthode CORICO
(CORrelation ICOnography), moins répandue, s’avère prometteuse pour l’analyse des spectres SIMS. Cette
méthode consiste à prendre en compte simultanément tous les coefficients de corrélations totaux et partiels
entre spectres. Elle présente le grand avantage de ne faire aucune hypothèse simplificatrice et de prendre
en compte toutes les variables du problème avec le même poids statistique.
L’évaluation préliminaire de cette technique au LPCE la montre particulièrement adaptée à la classification
et à l’analyse comparée d’un spectre avec la bibliothèque de référence. La prochaine étape est
l’identification d’un spectre d’un minéral inconnu par comparaison avec un ensemble de spectres de
référence connus. Cette étape semble de pure forme pour des minéraux éloignés en composition chimique
mais requiert une grande précision pour des minéraux voisins en composition chimique.
v) Autres perspectives à court terme
A la demande de M. Hilchenbach, la prise en compte de mélanges binaires d’échantillons sera réalisée. Ceci
permettra d’aborder la mesure semi quantitative des espèces présentes. Ce travail requiert d’avoir établi
préalablement une série de spectres de références des espèces du mélange afin d’évaluer leur contribution
avec le maximum de précision. Ces mesures seront réalisées en se rapprochant le plus possible des
conditions de la mission Rosetta en utilisant en premier lieu des échantillons déjà étudiés.
L’évaluation de rapports isotopiques sera également prise en compte en utilisant des échantillons enrichis et
préparés par C. Engrand. L’objectif est de définir des limites de sensibilités de l’instrument pour un nombre
réduit d’isotopes. Le choix de ces isotopes sera défini en fonction des leur importance en géochimie et par
les contraintes instrumentales de l’analyse TOF-SIMS réalisée à Orléans et à Lindau. Une contrainte forte
est introduite par le niveau de contamination de l’échantillon au moment de son analyse. Cette
contamination peut en effet masquer certains isotopes et limiter considérablement la précision de mesure.
23
Or la mesure de rapport isotopique requiert généralement une excellente précision de mesure pour pouvoir
être interprétée scientifiquement.
b. L’expérience MIP-Rosetta
L’instrument est en sommeil durant la phase de croisière, avec toutefois des mesures prévues, dans le plan
initial de la mission, lors des survols de la Terre et de Mars. Ces opérations sont pour nous l’occasion de
tester l’instrument, d’une part, mais surtout d’effectuer de réelles mesures dans les environnements
planétaires. A cause de risques avec les batteries de la sonde durant l’éclipse, l’ESA a modifié la
programmation des instruments et en particulier, l’instrument MIP ne devrait pas fonctionner lors de la phase
de plus courte approche de Mars.
24
Prospective astrophysique LPCE – Nançay
D - PROSPECTIVE ASTROPHYSIQUE LPCE – NANÇAY
Avec l’arrivée d’un professeur d’astronomie et astrophysique à l’Université d’Orléans au 1er septembre
2006, l’équipe 'astrophysique' s'est recentrée sur le thème des pulsars et objets compacts et a été
rebaptisée ARGO (Astrophysique, Radioastronomie et Gravitation à Orléans). L’équipe s’est également
renforcée par la présence de deux étudiants de doctorat (dont un à Nice, Observatoire de la Côte d’Azur).
Quatre thèmes se dégagent à ce jour pour structurer les activités du groupe : les pulsars et les ondes
gravitationnelles, l'astrophysique des objets compacts, la physique fondamentale, et le développement
instrumental. Pour chacun de ces thèmes, l'équipe ARGO est à même, soit instrumentalement et par
l'analyse de données, soit d'un point de vue théorique, d'apporter des résultats nouveaux. Sa collaboration
forte avec l’USN de Nançay en font clairement une des thématiques transversales majeures de l’OSUC.
I. Pulsars et Ondes Gravitationnelles (THEMATIQUE TRANSVERSALE DE L’OSUC)
1. Les pulsars millisecondes
Les pulsars millisecondes ultra-stables peuvent être détecteurs d'ondes gravitationnelles, d’origine
primordiale ou stochastique, à très basse fréquence (quelques nHz) en les utilisant comme des horloges à
l’extrémité d’un bras d’interféromètre partant de la Terre. En combinant les données d'un réseau de pulsars
répartis sur la voûte céleste, on a le moyen de séparer les différentes perturbations, intrinsèques ou
instrumentales, de la signature quadripolaire d'une onde gravitationnelle. C'est là la base de l’'European
Pulsar Network' regroupant les grands radiotélescopes européens dans le cadre de Radionet.
2. Les pulsars jeunes
Les pulsars sont aussi des sources isolées d'ondes gravitationnelles. Parmi les processus, on peut citer les
écarts à l’axisymétrie, la précession de l’axe de rotation, l’accrétion de matière dans un système binaire de
faible masse et les modes quasi normaux d’oscillation. Les sources privilégiées sont les pulsars jeunes et
rapides, en particulier parce qu'ils sont souvent sujets à des hoquets (“glitches”) qui excitent ces modes
d'oscillation. Leur suivi radio, avec l'obtention d'éphémérides précises et régulières et la détection des
glitches, doit permettre d'orienter et d'optimiser les mesures au sol par interféromètrie laser (VIRGO, LIGO).
La détection de ces ondes gravitationnelles d'une fréquence de quelques Hz à quelques kHz constitue un
enjeu scientifique majeur puisqu’elle permettrait de sonder l’intérieur des étoiles à neutrons et peut être de
découvrir de nouvelles équations d’état de la matière.
3. Les pulsars binaires
Les pulsars binaires sont étudiés comme sources d'ondes gravitationnelles depuis le premier système de ce
type, nommé PSR B1913+16, en passant par la binaire très proche PSR B1534+12 jusqu’au pulsar double
PSRJ0737-3039A/B. Les systèmes binaires constituent un instrument très précis pour mesurer le décalage
orbital lié à l’émission d'ondes gravitationnelles et vérifier la relativité générale. La chronométrie des pulsars
binaires est en ce sens complémentaire des futures observations au mHz du satellite LISA.
II. Astrophysique des objets compacts
1. Etude multi-longueurs d'ondes des pulsars
En collaboration avec un groupe de chercheurs des hautes énergies (CENBG, Gradignan; LPTA,
Montpellier; CESR, Toulouse) nous avons mis en place un programme de suivi radio de pulsars également
détectés (ou détectables) à haute énergie par les satellites XMM-Newton (opérationnel jusqu'en 2012) et
GLAST (lancement fin 2007, pour 5-10 ans d'activité) et le détecteur Cherenkov HESS/HESS2 en Namibie.
On prévoit par exemple que GLAST découvrira plus d'une centaine de pulsars gamma, soit dix fois plus que
ce que l'on connaît actuellement. Le suivi radio de ces objets permettra de garantir le succès de la moisson
de pulsars à haute énergie en fournissant les éphémérides précises, et à jour, nécessaires à l'empilement
phasé en temps réel des quelques rares photons X ou gamma en provenance de ces objets. Ces
observations multi-longueur d'onde permettront également de fournir des contraintes fortes sur la physique
et les mécanismes d'émission des étoiles à neutrons et d'analyser la population d'étoiles à neutrons,
notamment en termes de taux de formation stellaire et d'évolution de la Galaxie.
2. Matière noire dans le halo de la Galaxie
Le suivi de pulsars situés dans des amas globulaires permet de sonder le potentiel gravitationnel de ces
objets et celui de la Galaxie elle-même. Leurs mouvements absolus et leurs orbites, obtenus par les
25
mesures de temps d'arrivée, sont des clés pour l'étude de la masse dynamique et de la distribution de la
matière noire dans le halo.
3. Pulsars et trous noirs supermassifs
Deux pulsars, PSR J1745-2912 et J1746-2856, ont été récemment détectés proche du centre de notre
6
galaxie (SgrA*) où on a observé précédemment la présence d’un trou noir supermassif de 3 10 masses
solaires. Ces pulsars et les autres proches du centre galactique seront observés à Nançay pour analyser
l'environnement du trou noir supermassif.
III. Physique fondamentale
L'arrivée du Pr Alessandro Spallicci, théoricien, dans l'équipe ARGO, ouvre de nouvelles perspectives en
physique fondamentale. Parmi celles-ci, nous mettrons en avant les suivantes :
1. Principe d'équivalence
Le principe d'équivalence est défini de plusieurs façons : égalité entre masses inertielle et gravitationnelle ;
égalité entre les corps indépendamment de leur composition ; égalité des accélérations pour masses
différentes. Rappelons que le test du principe d'équivalence est l'objectif du satellite Microscope du CNES.
2. Anomalies du « red-shift »
L'expansion de l'univers se base sur l'interprétation du décalage vers le rouge des spectres des galaxies
comme phénomène Doppler. Malgré ça, depuis des années, cette interprétation semble être en
contradiction avec certaines observations.
3. Théories alternatives et relativité générale.
Le formalisme post-newtonien paramétrisé (PPN) est une façon d'inclure la relativité générale au sein d'un
vaste espace de théories qui sont infiniment proches de celle d'Einstein dans des conditions de faibles
courbures, mais qui en diffèrent considérablement au voisinage de corps très denses comme les étoiles à
neutrons. Les trois systèmes les plus riches pour tester les divers aspects de la relativité générale et
comparer avec les théories alternatives sont le double pulsar PSRJ0737-3039A/B, le pulsar binaire de Hulse
& Taylor PSRB1913+16 et le système pulsar-naine blanche PSRJ1141-6545, à cause de sa dissymétrie. En
effet, les systèmes très dissymétriques (masse et excentricité) seront les plus utiles pour contraindre
l’espace des théories de la gravitation encore permises. Nous attendons d'autres systèmes exotiques de ce
type dans les grands relevés en cours, dont, en particulier, le très attendu système 'pulsar – trou noir'.
4. Capture des étoiles par les trous noirs supermassifs et réaction de radiation
Comme la plupart des galaxies, notre Voie Lactée abrite un trou noir supermassif (jusqu'à un milliard de
masses solaires). Mesurer leur taux d'accrétion (nombre de capture d'étoiles de 1 à 100 masses solaires)
est un objectif du plus haut intérêt en astrophysique et en relativité (réaction de radiation et lois
fondamentales du mouvement). La détection des ondes gravitationnelles émises pendant la capture est
aussi un des objectif de l'interféromètre spatial LISA (coopération NASA-ESA).
IV. Mise en place d'une nouvelle génération de dé-disperseur
Depuis maintenant quelques années, l'instrumentation 'pulsar' de dernière génération installée à Nançay
permet d'observer tous les pulsars rapides et relativistes nécessaires à ces études. La grande disponibilité
du temps de télescope à Nançay a permis et permettra encore d'obtenir des résultats novateurs. L'étude des
pulsars est également le 'key program' du futur radiotélescope SKA (Square Kilometre Array) et sera un des
rares types d'observation à pouvoir être testée sur son démonstrateur EMBRACE implanté à Nançay.
La mesure précise des temps d'arrivée des impulsions radio reçus des pulsars est délicate. En effet, leur
intensité radio est faible et cela nécessite de grands instruments comme le radiotélescope de Nançay. Mais
il faut, en plus, intégrer le signal sur une bande de fréquence étendue (nous avons la chance que les pulsars
émettent un spectre continu). La dispersion occasionnée par la présence des électrons libres du milieu
interstellaire est alors un défi important. L'impulsion radio des pulsars est d'autant plus retardée que la
fréquence à laquelle est faite l'observation est basse. Sur une bande de fréquence raisonnable de quelques
dizaines de MHz, le retard différentiel accumulé est déjà bien souvent supérieur à la période de rotation du
pulsar et empêche toute détection. Les premières intrumentations à base de batteries de filtres présentaient
de graves effets systématiques lorsqu'à cause de la scintillation, le retard cumulé sur le filtre ne pouvait être
estimé avec précision. Les dernières générations d'instrument effectuent une dé-dispersion dite 'cohérente'
26
ou c'est directement sur la forme d'ondes que la dé-dispersion est faite. C'est dans le domaine de Fourier
complexe qu'un filtre inverse à la dispersion du milieu interstellaire est appliqué avant que, de retour dans le
domaine temporel, une intégration du signal soit faite à la périodicité de rotation du pulsar. Bien entendu, en
plus de nécessiter une acquisition rapide satisfaisant le critère de Nyquist sur une grande bande de
fréquence, il faut effectuer les Transformées de Fourier directe et inverse en temps réel pour ne pas avoir à
garder les données brutes... ce qui implique d'avoir une capacité de calcul relativement importante !
A Nançay, dans le cadre d'une collaboration avec l'équipe du Pr. D.C.Backer de University of California,
Berkeley, nous avons développé une instrumentation de dé-dispersion cohérente reposant sur l'acquisition
d'une bande de fréquence de 128MHz et l'utilisation d'une grappe de calcul de 70 bi-processeurs. Grâce à la
technologie FPGA, même sur une bande de fréquence de plus de 100MHz l'acquisition et le découpage en
sous bandes de fréquence (à base de Polyphase Filter Bank -PFB-) est possible sur une carte unique
(SerendipV développée à Berkeley). C'est de toute façon une tendance lourde en radioastronomie que de
voir les instruments devenir de plus en plus totalement numériques.
L'instrument utilisé à Nançay a été installé entre 2002 et 2004 et déjà des successeurs sont étudiés. A
l'horizon 2008-2009, le remplacement du calculateur associé devra être considéré. Surtout si la majeure
partie de l'élimination des parasites (d'origine humaine bien souvent) est effectuée directement dans le
FPGA, il y aura peu d'augmentation de la puissance de calcul nécessaire. Avec les estimations en cours et
en faisant confiance à la loi de Moore pour abaisser substantiellement les coûts de calcul, un remplacement
d'un coût de 30k€ est envisageable pour 2008 (à comparer aux 300k€ de 2001). Fin 2006, une rencontre
internationale au sein de l'European Pulsar Network (EPN, Radionet) s'est déroulée à Nançay ; elle a permis
de préciser les besoins et désirs en instrumentation 'pulsar'. Il est prévu de développer en commun, au
niveau européen, une instrumentation d'une bande passante de 100-1000MHz avec des capacités à
éliminer des parasites. Ceci se fera en partenariat entre les ingénieurs européens, dotés de compétences
complémentaires, dans le cadre d'un financement Radionet du prochain FP7.
27
R&T Instrumentale
E - R&T INSTRUMENTALE
Cette activité est naturellement fluctuante en fonction des participations instrumentales. Comme le LPCE est
fortement investi dans des projets spatiaux décidés, comme TARANIS, MMS ou Bepi Colombo, la réalisation
de l’instrumentation prime sur les R&T. En conséquence, le volant R&T pour l’instrumentation spatiale est
relativement réduit.
I. Développements instrumentaux en physique de l'atmosphère
1. Introduction
L’équipe Physico-chimie de l’atmosphère développe des instruments pour la mesure de composés
chimiques de la stratosphère et de la haute troposphère et l’étude des aérosols depuis près de vingt ans. Au
cours de ces années trois grands instruments embarqués sous ballon ont été élaborés : l’Ozonomètre (1988,
400kg), SPIRALE (1999, 500kg), SALOMON 1 (1998, 105kg) et un est actuellement en cours de
développement : SALOMON-N2. Le LPCE a repris la gestion de deux autres instruments développés au
LMD : l’hygromètre ELHYSA et le compteur d’aérosols STAC. Le LPCE fut chargé de la validation ballon
pour les instruments GOMOS et MIPAS à bord d’ENVISAT dans le cadre de campagnes de validation cofinancées par l'ESA que nous avons évoquées dans le rapport d’activité. Nous avons vu que le LPCE est à
présent engagé dans le programme de l’ESA « Vicarious Calibration and Geophysical Validation » pour une
durée d’au moins six ans.
L’évolution de nos instruments doit se traduire par une miniaturisation afin de procurer soit une diminution de
leur masse, soit une augmentation de leur capacité de mesure. La diminution de la masse a pour
conséquence d’améliorer les conditions de lancement, de diminuer les coûts du lancement par des choix de
ballons plus petits et de diminuer les risques d’incidents lors du vol. Cette miniaturisation rentre également
dans le contexte d’instruments portés sous ballon stratosphérique pour vol de longue durée (plus d’une
semaine). Dans ce cas, le poids des équipements doit drastiquement diminuer. Le développement de
ballons stratosphériques pour vols longue durée a fait l’objet d’une demande lors du colloque ballon en
décembre 2005. Le CNES a lancé des études de faisabilité pour ces ballons.
2. Développement d’un spectromètre laser infrarouge multi-plateformes (SPIRIT)
Le remplacement de SPIRALE par un instrument gardant ses principaux atouts, mais plus léger et moins
complexe à mettre en œuvre, a été évoqué dans le rapport d’activité. Ce nouveau SPectromètre Infra-Rouge
In situ Troposphérique et stratosphérique (SPIRIT) s’appuierait sur l’utilisation de lasers à cascades
quantiques (QCL) et du nouveau type de cellule d’absorption découvert récemment au LPCE faisant l’objet
dun dépôt de brevet (C. Robert).
Figure I-1 : schéma de fonctionnement de la cellule à parcours multiples (à gauche), avec une photo des
différentes réflexions sur les miroirs de la cellule (à droite)
Les innovations techniques portent sur la réalisation de miroirs à haute réflectivité, pour pouvoir atteindre
400m dans un volume de 5 à 10 litres, en utilisant des réflexions multiples (figure I-1).
28
R&T Instrumentale
Le couplage avec la cellule avec un laser a cascade quantique permettra un fonctionnement monomode
continu -20°C, sans utilisation d’azote liquide, ni de monochromateur. Dans la pratique, le nouveau système
comportera deux fois moins de composants optiques, et sera plus stable, moins lourd avec un volume dix
fois moindre.
-1
Le laser déjà acquis émet dans une bande autour de 1270 cm , parfaitement adaptée à la mesure de N2O,
CH4, H2O, et H2O2. La cellule serait fermée et pompée à intervalles de temps réguliers pour permettre
l’enregistrement d’un « blanc » comprenant les interférences qui limitent le rapport signal/bruit dans
SPIRALE. L’emploi d’une cellule fermée a aussi deux avantages majeurs :
1. le contrôle de la pression permettant d’effectuer des mesures à plus basse altitude par diminution de
la pression ambiante atmosphérique ;
2. la diminution de la pollution de l’air sondé due au dégazage de la nacelle, d’où la possibilité de
mesurer H2O.
Cet instrument serait modulable pour être embarqué sous ballon stratosphérique et sur avion. Une version
simplifiée mobile pour des analyses dans la couche limite troposphérique a été mise au point (voir
paragraphe « Etudes dans la basse atmosphère/ couche limite »). Avec une durée de pompage de l’ordre de
10 à 20 secondes au maximum, SPIRIT aurait une résolution verticale de 50 à 100 m sous ballon, et une
résolution horizontale de 2 à 4 km sur avion. Dans la zone intertropicale, l’utilisation de SPIRIT dans des
campagnes couplées avion-ballon permettrait de connaître les composés chimiques de la haute troposphère
(mesures avion) sources d'espèces stratosphériques (mesures ballon), et les échanges entre ces deux
régions. En outre, le long rayon d'action d’un avion donnerait accès à l'étendue des phénomènes de
convection et au transport à travers la tropopause entre les tropiques et les moyennes latitudes, dans la
poursuite du projet SCOUT-AMMA.
Cette miniaturisation de SPIRALE entre également dans le contexte d’instruments portés sous ballon
stratosphérique pour des vols de « longue » durée (plus d’une semaine). Dans ce cas, le poids des
équipements doit drastiquement diminuer (< 150 kg). Le financement d’une partie de cet équipement a
été apporté par la fédération STUC.
3. R&T miniaturisation du système processeur bord des instruments ballons
L’un des éléments constituant nos instruments est l’électronique de bord, celle-ci doit évoluer. Aujourd’hui,
elle est principalement numérique et est toujours composée d’au moins une carte processeur. Nous
proposons la miniaturisation et l’amélioration des performances de la carte processeur. Ce type de carte est
actuellement employé, dans tous nos instruments.
Nos cartes processeurs sont principalement construites autour de différentes familles de composants :
microcontrôleurs 8 ou 16 bits, de circuits logiques programmables et de mémoires. L’évolution des circuits
logiques programmables nous permet aujourd’hui d’intégrer toutes ces fonctionnalités à l’intérieur de ce
même composant tout en améliorant ses performances. L’objectif est donc de développer une carte
processeur polyvalente composé d’un FPGA (circuit logique programmable) contenant un processeur NIOS
pouvant être choisi en 16 ou 32 bits. Cette carte intégrera également toutes les interfaces de communication
nécessaires pour être polyvalentes (bus parallèle, bus série, …) ainsi que de moyens de stockage des
données (carte compact flash).
Cette R&T de miniaturisation de l’électronique bord devrait débuter mi 2007 et se finaliser fin 2008.
4. Ajout d’un module infrarouge à la nacelle SALOMON_N2
L’instrument SALOMON_N2 qui est en cours de développement sera une nacelle poly-instrumentée. Ses
mesures se font par spectrophotométrie avec la lumière de la Lune. L’instrument se voulant évolutif, il est
possible d’utiliser comme autre source de lumière le soleil. Son premier vol est prévu en avril 2007.
Dans sa prochaine phase, il sera complété avec un spectrophotomètre dans le proche infrarouge pour la
mesure du méthane dans le domaine 1.15µm et 1.25µm afin de disposer d’une espèce
« traceur dynamique» dans le cadre des études des espèces azotées et halogénées mesurées par
SALOMON-N2. Une étude préalable de faisabilité sera prochainement conduite afin d’optimiser la stratégie
instrumentale en terme de sensibilité et de résolution verticale.
29
R&T Instrumentale
II. Instrumentation spatiale
1. Microélectronique (THEMATIQUE TRANSVERSALE DE L’OSUC)
L'activité microélectronique est une activité que nous plaçons délibérément dans le cadre de la fédération
STUC, car les investissements nécessaires sont importants. Etant donné les fortes contraintes
d'encombrement et de poids, on assiste à un besoin de miniaturisation, qui nous amène à faire évoluer l’axe
microélectronique vers une activité de microsystèmes, liée aux technologies de pointe MEMS (systèmes
micro électromécaniques) qui sont en train de s’introduire dans l’instrumentation spatiale et radiofréquence.
Faisant suite à un programme de R&D sur les antennes électriques, nous avons déjà conçu un
préamplificateur ASIC à très haute impédance d’entrée et large bande passante, que nous prévoyons
d’embarquer avec les antennes électriques HF de Taranis.
L’activité Microélectronique du LPCE se fera clairement au sein de la Plateforme transversale
« Microélectronique » de l’OSUC.
2. R&T microcap
Cette R&T a été initiée pour anticiper une évolution des capteurs magnétiques embarquables vers des
capteurs MEMS. Nous allons évidemment poursuivre nos travaux dans cette voie prometteuse.
E.C.
E.C.
Figure II-2 : schéma du microcapteur magnétique et de son électronique, avec en particulier les
microbobines
Nous sommes en train de mettre en place une collaboration avec la société MIMENTO à Besançon pour la
réalisation d’un prototype, que nous testerons en terme de performance au laboratoire.
3. Intégration d’un IP dans un FPGA
Les systèmes embarqués sur satellites doivent répondre à des exigences de plus en plus strictes en terme
poids, encombrement et consommation. Afin de suivre cette évolution nous allons intégrer une IP de
microcontrôleur à l'intérieur du FPGA dans lequel se trouve toute notre électronique de gestion d'interface et
de transfert de données. L'objectif est d'intégrer un maximum de composants à l'intérieur d'un seul FPGA, y
compris la mémoire, tout en respectant les règles de design du spatial.
Actuellement nos systèmes se composent de composants discrets et d'un FPGA en "co-processeur". La
seconde étape sera d'optimiser notre architecture en utilisant au maximum les ressources du Core8051
d'ACTEL et du FPGA afin d'améliorer les performances et de faciliter le développement et la validation du
logiciel de bord.
Ce système sera intégré dans TARANIS sur un élément classé critique de la charge utile. Une attention
particulière devra être portée de la définition jusqu'aux essais afin d'obtenir le meilleur niveau de sûreté de
fonctionnement.
4. Les capteurs magnétiques de type search coil
Nous n'avons pas besoin de procéder à des développements lourds en ce qui concerne les performances
des search-coils que nous avons développés. Par contre, dans la phase de miniaturisation que nous avons
entreprise, nous n'avons pas encore abordé certains aspects critiques, liés aux types de missions dans
lesquelles nous voulons utiliser ces capteurs.
30
R&T Instrumentale
La R&D de miniaturisation n'est pas totalement finie et nous devons encore aborder différentes phases :
L'enrobage sous vide des différents constituants ;
le montage des antennes sur la noix d’assemblage
le câblage du préamplificateur
les mesures de qualification (fonction de transfert et niveaux de bruit)
l'enrobage du préamplificateur dans le pied du capteur
A partir de ce moment-là, nous pourrons tester le capteur pour étudier sa tenue en vibration et en
température. La tenue en température est un point important à aborder, car il peut s'avérer critique pour les
missions Solar Orbiter ou Sentinels auxquelles nous destinons ces capteurs.
5. La boucle de courant (boucle de Rogowski)
Les équations de Maxwell montrent que la dynamique des phénomènes électromagnétiques est décrite par
la connaissance de quatre grandeurs physiques : le champ électrique, le champ magnétique, la densité de
charge et la densité de courant. Les trois premières quantités sont couramment mesurées lors des missions
spatiales. La boucle de courant développée au LPCE est un instrument original permettant la mesure de la
densité de courant dans les plasmas spatiaux. Ces dernières années d'importantes améliorations ont été
apportées à la boucle de courant du LPCE. Ces améliorations sont en cours de validation dans le cadre de
programmes fusées. L'objectif à terme est de disposer au LPCE d'un instrument complètement compatible
avec une installation à bord des satellites. Pour cela il reste à poursuivre la R&T sur les points clefs
suivants :
Réduction de la masse et du volume de l'instrument,
Amélioration du rapport signal/bruit,
Poursuite de la miniaturisation et intégration de l'électronique,
Étude thermique.
6. R&T Spectrométrie de masse embarquée
Le CNES finance actuellement la deuxième année d’une action R&T (décrite dans le rapport d’activité)
destinée à construire un instrument d’analyse in situ de type SIMS de nouvelle génération, miniaturisé et
spatialisable, plus performant que l’instrument TOF-SIMS COSIMA de la mission ROSETTA. Cette R&T est
réalisée en partenariat avec l’université de Wuppertal. Elle est destinée à tester la faisabilité du point critique
de l’instrument qui réside dans l’introduction des ions secondaires produits à l’extérieur de l’analyseur dans
le piège.
Un premier prototype est en phase finale d’assemblage. Dans les prochains mois la première solution
retenue, pour introduire les ions secondaires dans l’analyseur en masse, sera testée. Cette solution
consiste, dans un premier temps, à annuler le champ électrique radiofréquence (qui permet de maintenir
piégés les ions dans l’analyseur) afin d’introduire les ions secondaires, puis, dans un deuxième temps, à
rétablir le champ radiofréquence afin de piéger les ions.
Une autre solution existe et est envisagée dans les prochaines années. Elle consiste à injecter un gaz
tampon dans l’analyseur afin de dissiper par collisions l’excédent d’énergie transmis aux ions secondaires
au cours de leur introduction par le champ radio fréquence. L’introduction du gaz doit être pulsée car, après
avoir dissipé l’énergie des ions secondaires, le principe de mesure de la masse des ions par l’analyseur
requiert un vide poussé. En effet l’analyseur mesure l’influence électrique périodique que les ions piégés
induisent sur deux électrodes du spectromètre pour déterminer leur masse.
Cette solution est plus complexe que la première et requiert un système supplémentaire qui augmente les
budgets masse, encombrement et puissance électrique consommée de l’instrument. Par contre, elle apporte
la possibilité d’accumuler des ions dans l’analyseur. Ceci, combiné avec la possibilité d’éjecter sélectivement
les ions majeurs, permet d’accéder à une dynamique de mesure considérablement étendue. L’enjeu est
donc d’accéder à des possibilités analytiques plus grandes.
7. R&T Lampe à électrons
L’utilisation d’un instrument de cathodoluminescence n’a jamais été réalisée au cours d’une mission spatiale.
L’objectif de l’étude est donc de montrer la faisabilité d’un tel instrument. Les éléments nécessaires pour
obtenir l’image de cathodoluminescence d’un échantillon sont les suivants :
un faisceau d’électrons (20 keV, quelques µA),
une camera et son optique,
un porte échantillon.
31
R&T Instrumentale
Le point critique de l’instrument réside dans la nécessité de maintenir sous vide le faisceau d’électrons afin
de conserver l’énergie et le courant nécessaire à l’induction de la luminescence sur l’échantillon.
La première phase d’une R&T financée par le CNES a permis de valider le principe le principe de « lampe à
électrons » qui repose sur les éléments suivants :
maintien sous vide de la source d’électrons,
maintien de l’échantillon à l’atmosphère ambiante (exemple pour la planète Mars : 7 mbar de CO2),
séparation de la source d’électrons et de l’échantillon par une membrane perméable aux électrons
mais étanche en technique du vide.
L’étude à montré que des membranes (Si3N4 et non polycarbonate) permettent bien de réaliser la fonction
voulue. Par contre la source d’électrons utilisée pour réaliser ces tests n’était pas compatible avec un
instrument embarqué.
L’objectif de cette prospective est de réaliser un faisceau d’électrons compatible avec une utilisation spatiale.
Ceci sera réalisé en collaboration avec la société Albedo qui bénéficie actuellement d’une R&T CNES
destinée à étudier pour le CETP et le LPCE la réalisation d’une source d’électrons froids a effet de champ.
Cette source est construite par micro usinage et utilise la propriété d’émission d’électrons par effet de champ
que possèdent certains films de diamant produits par ablation laser (technologie mise au point par la Faculté
des Sciences de Limoges). Les électrons de cette source seront accélérés par des électrodes conçues et
réalisées au LPCE et maintenus sous vide par un pompage à capture (pompage chimique qui ne requiert
pas d’alimentation électrique). Le point clef de ce faisceau d’électrons est la source d’électrons (les autre
éléments existent sous une forme compatible avec une utilisation spatiale) mais la réalisation d’une lampe à
électrons complète et spatialisable repose sur le savoir faire du LPCE.
8. Les briques de la vie
Les expériences EXPOSE ont pour objectif l’étude de la stabilité dans l’espace des acides aminés
extraterrestres livrés à la Terre via les météorites et les micrométéorites. Faisant suite aux expériences sur
FOTON et la Station Spatiale MIR, des acides aminés et des peptides courts seront exposés aux conditions
de l’espace à bord de la Station Spatiale Internationale. EXPOSE-Eutef sera montée sur le module
européen Columbus pour un lancement en novembre 2007 tandis que EXPOSE-R sera montée sur le
module russe pour un lancement début 2008. Une chambre d’irradiation reproduisant les conditions de vide
et d’irradiation de l’espace permet de tester au CBM les échantillons qui seront exposés sur la Station
Spatiale Internationale.
Les similitudes entre les expériences EXPOSE et Rosetta-COSIMA ont permis de définir des échantillons
ayant un intérêt commun. Ils seront analysés en GC-MS (pour EXPOSE) et en SIMS (pour COSIMA) avant
et après exposition à un rayonnement UV dans la chambre de simulation sous vide du CBM. Ceci doit
permettre une meilleure caractérisation des échantillons profitable aux deux laboratoires.
32
Références
RÉFÉRENCES
Andreae, M.O., P. Merlet, Emission of trace gases and aerosols from biomass burning, Global
Biogeochem. Cycles, 15, 955, 2001.
Bekki, S., J.A. Pyle, A two-dimensional modeling study of the volcanic eruption of Mount Pinatubo, J.
Geophys. Res., 99(D9), 18861, doi:10.1029/94JD00667, 1994.
Berthet, G., N. Huret, F. Lefèvre, G. Moreau, C. Robert et al., In situ profiles of N2O, NO2 and HNO3
at mid-latitudes retrieved from the SPIRALE balloon-borne instrument, Atmos. Chem. Phys., 6, 15991609, 2006.
Dominé F., and P.B. Shepson, Air-snow interactions and atmospheric chemistry, Science, 297, 15061510, 2002.
Fussen,D., Vanhellemont, F., Dodion, J., Bingen, C., et al., A global OClO stratospheric layer
discovered in GOMOS stellar occultation measurements, Geophys. Res. Lett., 33, L13815,
doi:10.1029/2006GL026406, 2006.
Freitas S. R., Silva Dias, M. A. F., Silva Dias, P. L., Longo, K. M., Artaxo, P., Andreae, M. O., and
Fischer, H.: A convective kinematic trajectory technique for low-resolution atmospheric models, J.
Geophys. Res., 105, 24,375-24,386, 2000.
Freitas, S., Longo, K., Silva Dias, M., Silva Dias, P., Chatfield, R., Prins, E., Artaxo, P., Grell G., and
Recuero, F.: Monitoring the transport of biomass burning emissions in South America. Environmental
Fluid Mechanics, DOI: 10.1007/s10652-005-0243-7, 5 (1-2), p. 135 - 167, 2005.
George C., R.S. Strekowski, J. Kleffmann, K. Stemmler and M Ammann, Faraday discussion, 195210, 130, 2005.
George C. et al., Poster presentation at: the routes for organics oxidation in the atmosphere and its
implications to the atmosphere, Hôtel Pic Blanc, Alpe d'Huez, France, 7-11 January 2006.
Huret, N., M. Pirre, A. Hauchecorne, C. Robert, and V. Catoire, On the vertical structure of the
stratosphere at midlatitudes during the first stage of the polar vortex formation and in the polar region
in the presence of a large mesospheric descent, J. Geophys. Res., 111, D06111,
doi:10.1029/2005JD006102, 2006.
James J.C., Radar studies of the sun at 38 Mc/s, Astrophys. J, 146, 356-366, 1966
Kjellstrom, E., A three-dimensional model study of carbonyl sulphide in the troposphere and lower
stratosphere, J. Atmos. Chem., 29, 151, 1998.
Kukui, A., B. Mège, G. Ancellet, Les mesures des radicaux OH et RO2: le développement de
l’instrument SAMU et les mesures in situ, http://www.aero.jussieu.fr/themes/PCT/ samuAEI2006.pdf,
2006.
Notholt, J., Z. Kuang, C.P. Rinsland, G.C. Toon, M. Rex, N.Jones, T. Albrecht, H. Deckelmann, J.
Krieg, C. Weinzierl, H. Bingemer, R. Weller, O. Schrems, Science, Enhanced Upper Tropical
Tropospheric COS: Impact on the Stratospheric Aerosol Layer, 300(5617), 307, 2003.
Salawitch, R. J., D. K. Weisenstein, L. J. Kovalenko, C. E. Sioris, P. O. Wennberg, K. Chance, M. K.
W. Ko, and C. A. McLinden, Sensitivity of ozone to bromine in the lower stratosphere, Geophys. Res.
Lett., 32, L05,811, doi:10.1029/2004GL021,504, 2005.
Stemmler K., M. Ammann, C. Donders, J. Kleffmann and C. George, Photosensitized reduction of
nitrogen dioxide on humic acid as a source of nitrous acid, Nature, 440, doi: 10.1038, March 9, 2006.
Stockwell, W.R., F. Kirchner, M. Kuhn and S. Seefeld, A new mechanism for regional atmospheric
chemistry modelling, J. Geophys. Res., 102, D22, 25,847-25,879, 1997.
Thomason, L.W., T. Peter, Report on the assessment of stratospheric aerosol properties: new data
record, but no trend, SPARC Newsletter N°23, 12, July 2004.
Weisenstein, D.K., G.K. Yue, M.K. W. Ko, N.-D. Sze, J.M. Rodriguez, C.J. Scott, A two-dimensional
model of sulfur species and aerosols, J. Geophys. Res., 102(D11), 13019, 10.1029/97JD00901,
1997.
World Meteorological Organization (2002), Scientific Assessment of Ozone Depletion, Rep. 47,
Geneva.
33
DOCUMENT 2
PRODUCTION SCIENTIFIQUE
Laboratoire de Physique et
Chimie de l’Environnement
2003 - 2006
Publications
PUBLICATIONS
I. Revues à comité de lecture (181)
Année 2003 (26)
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
André, R., and T. Dudok de Wit, Identification of the ionospheric footprint of
magnetospheric boundaries using SuperDarn coherent HF radars, Planet. Space Sci., 51,
813-820, 2003;
André, R., C. Hanuise, J. P. Villain and V. Krasnoselskikh, Turbulence characteristics
inside ionospheric small-scale expanding structures observed with SuperDarn HF radars,
Annales Geophys., 21, 1839-1845, 2003.
Bedjanian Y., And G. Poulet, Kinetics of halogen oxide reactions in the stratosphere,
Chemical Reviews : Atmospheric Chemistry, 103, 4639-4655, 2003.
Berthet G., Renard J.-B., Chartier M., Pirre M., et Robert C., Search for absorption
signatures of OBrO, IO and OIO in UV-visible spectra measured at night and at sunrise by
stratospheric balloon-borne instruments, J. Geophys. Res., 108, D5, 4161,
doi:10.1029/2002JD002284, 2003.
Bouhram, M., M. Malingre, J. R. Jasperse, and N. Dubouloz, Modeling transverse heating
and outflow of ionospheric ions from the dayside cusp/cleft.1 A parametric study, Annales
Geophys., 21, 1753-1771, 2003.
Brogniez C., N. Huret, S. Eckermann, E.D. Rivière, M. Pirre, M. Herman, J.Y. Balois, C.
Verwaerde, N. Larsen et B. Knudsen, Polar stratospheric cloud microphysical properties
measured by the microRadibal instrument on 25 January 2000 above Esrange and modelling
interpretation, J. Geophys. Res., 108, 8332,doi: 10.1029/2001JD001017, 2003.
Cornilleau-Wehrlin, N., Chanteur, G., Perraut, S., Rezeau, L., Robert, P., Roux, A., De
Villedary, C., Canu, P., Maksimovic, M., De Conchy, Y., Hubert, D., Lacombe, C.,
Lefeuvre, F., Parrot, M., Pinçon, J.L., Decreau, P.M.E., Harvey, C.C., Louarn, Ph., Kofman,
W., Santolik, O., Alleyne, H.St.C., Roth, M., and STAFF team, First results obtained by the
CLUSTER STAFF experiment, Annales Geophys., 21(2), 437-456, 2003.
Hadamcik E., Renard J.-B., Levasseur-Regourd A.-C., et Worms J.-C., Laboratory light
scattering measurements on «natural» particles with the PROGRA2 experiment: an overview
of the results, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfert, 79-80, 679693, 2003.
Le Gal, P., J. F. Ravoux, E. Floriaui, and T. Dudok de Wit, Recovering coefficients of the
complex Ginzburg-Landau equation from experimental spatio-temporel data: two examples
from hydrodynamics, Phys. D., 174, 114-133, 2003.
Mazelle, C. , D. Winterhalter, K. Sauer, J. G. Trotignon, et al., Bow shock and upstream
phenomena at Mars, Space Sci. Rev., 111, 115-181, 2004.
Maitia, V., Lestrade, J.-F., Cognard, I., "A 3 Year Long Extreme Scattering Event in the
Direction of the Millisecond Pulsar J1643-1224", ApJ, 582, 972, 2003.
Parrot, M., Santolik, O., Cornilleau-Wehrlin, N., Maksimovic, M., Harvey, C.C.,
Magnetospherically reflected chorus emissions revealed by ray tracing with CLUSTER data,
Ann. Geophys., 21(5), 1111-1120, 2003.
Parrot, M., Santolik,O., Cornilleau-Wehrlin, N., Maksimovic,M., Harvey, C.C., Source
location of chorus emissions observed by CLUSTER, Ann. Geophys., 21(2), 473-480, 2003.
1
Publications
A14
A15
A16
A17
A18
A19
A20
A21
A22
A23
A24
A25
A26
Paturel, G., Petit, C., Prugniel, Ph., Theureau, G., Rousseau, J., Brouty, M., Dubois, P.,
Cambrésy, L, HYPERLEDA I. Identification and designation of galaxies, A&A, 412, 45,
2003.
Paturel, G.; Theureau, G.; Bottinelli, L.; Gouguenheim, L.; Coudreau-Durand, N.; Hallet,
N.; Petit, C., HYPERLEDA II. The homogenized HI data, A&A, 412, 57, 2003.
Penttilä A., Lumme K., Worms J.-C., Hadamcik E., Renard J.-B., et Levasseur-Regourd A.C. Theoretical analysis of the particles properties and polarization measurements in the
PROGRA2 experiment, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfert, 7980, 1043-1049, 2003.
Podladchikova, O., B. Lefebvre, V. Krasnoselskikh and V. Podladchikov, Nonlinear
Process. Geophys., 10, 323-333, 2003.
Rivière E.D., M. Pirre, G. Berthet, J.-B. Renard, F. G-Taupin, N. Huret, M. Chartier, B.
Knudsen and F. Lefèvre, On the interaction between nitrogen and halogen species in the
Arctic polar vortex during THESEO and THESEO 2000, J. Geophys. Res., 108, D5, 8311,
doi:10.1029/2002JD002087, 2003.
Sahraoui, F., J. L. Pinçon, G. Belmont, L. Rezeau, N. Cornilleau-Wehrlin, P. Robert, L.
Mellul, et al., ULF wave identification in the magnetosheath: k-filtering technique applied
to CLUSTER II data, J. Geophys. Res., 108, 1335, doi: 10.1029/2002JA009587, 2003.
Santolik, O., D. A. Gurnett, J. S. Pickett, M. Parrot, N. Cornilleau-Wehrlin, Spatio-temporal
structure of storm-time chorus, J. Geophys. Res. 108(A7), 1278, doi:10.1029/2002JA009791,
2003.
Santolik, O., M. Parrot, and F. Lefeuvre, SVD methods for wave propagation analysis,
Radio Science, 38, doi:10.1029/2000RS002523, 2003.
Soucek, J., T. Dudok de Wit, V. Krasnoselskikh, and A. Volokitin, Statistical analysis of
nonlinear wave interactions in simulated Langmuir turbulence data , Annales Geophys., 21,
681-692, 2003.
Trotignon, J.G., P. Décreau, J.L. Rauch, E. Le Guirriec, P. Canu and F. Darrouzet, The
WHISPER relaxation sounder onboard CLUSTER: a powerful tool for space plasmas
diagnosis around the Earth, Cosmic Res., 41, 345-348, 2003.
Vallières, X., J. P. Villain, and R. André, Characterization of frequency effect in
SuperDARN spectral width distributions, RadioSci., 38, doi:10.1029/2001RS002550, 2003.
Vilmer, N., M. Pick, R. Schwenn, P. Ballatore, and J. P. Villain, On the solar origin of
interplanetary coronal mass ejections observed in the vicinity of the Earth, Annales
Geophys., 21, 847-862, 2003.
Wahlund, J.-E.; Yilmaz, A.; Backrud, M.; Sundkvist, D.; Vaivads, A.; Winningham, D.;
André, M.; Balogh, A.; Bonnell, J.; Buchert, S.; Carozzi, T.; Cornilleau, N.; Dunlop, M.;
Eriksson, A. I.; Fazakerley, A.; Gustafsson, G.; Parrot, M.; Robert, P.; Tjulin, A.
Observations of auroral broadband emissions by CLUSTER Geophys. Res. Lett. Vol. 30, No.
11 10.1029/2002GL016335, 05 June 2003.
Année 2004 (41)
A27
A28
Alexandrova, O., A. Mangeney, M. Masimovic, C. Lacombe, N. Cornilleau-Wehrlin, P.
Décreau, et al., CLUSTER observations of finite amplitude Alfven waves ans small scale
mahnetic filaments dowstream of a quasi-perpendicular shock, J. Geophys. Res., 109,
A05207, doi: 10.1029/2003JA010056, 2004.
Bartels-Rausch, T., C. Guimbaud, H. W. Gôggler and Ammann, The partitioning of
acetone to different types of ice and snow between 198 and 223K, Geophys. Res. Lett., 31,
L16110, doi: 10.1029/2004GL020070, 2004.
2
Publications
A29
A30
A31
A32
A33
A34
A35
A36
A37
A38
A39
A40
A41
A42
A43
A44
A45
Blecki, J., R. Wronowski, S. Szavin, M. Parrot, et al., Low frequency plasma waves in the
outer polar cusp. A review of observation from Prognoz 8, Magion 4, Interball 1 and
CLUSTER satellites, Surveys Geophys., 26, 177-191, 2005.
Cognard, I., and D. C. Backer, A microglitch in the millisecond pulsar PSR B1821-24 IN
M28, Astrophys. J., 612, L125, 2004.
Darrouzet, F., Décréau, P. M. E., De Keyser, J., Masson, A., Gallagher, D. L., Santolik, O.,
Sandel, B. R., Trotignon, J. G., Rauch, J. L., Le Guirriec, E., Canu, P., Sedgemore, F.,
André, M., and Lemaire, J. F., Density structures inside the plasmasphere: CLUSTER
observations, Annales Geophys., 22, 2577-2585, 2004.
Décreau, P., C. Ducoin, G. Le Rouzic et al., Observation of continuum radiation from the
CLUSTER fleet: first results for direction finding, Annales Geophys., 22, 2607-2624, 2004.
Dudok de Wit, T., Can high-order moments be meaningfully estimated from experimental
turbulence measurements? Phys. Rev. E, 70, 05530, 2004.
Engrand C., J. Lespagnol, P. Martin,L. Thirkell, and R. Thomas, Multi-correlation analysis
of TOF-SIMS spectra mineralogical studies, Appl. Surface Sci., 231-232, 883-887, 2004.
Fussen, D., F. Vanhellement, C. Bingen, E. Kirolla, J. B. Renard, et al., Global
measurement of the mesospheric sodium layer by the star occultation instrument GOMOS,
Geophys. Res. Lett., 31, L24110, doi: 10.1029/2004GL021618, 2004.
Hobara, Y., H.C. Koons, J. L. Roder, K. Yumoto, and Y. Hayakawa, Characteristics of ULF
magnetic anomaly before earthquake, Phys. Chemistr. Earth, 29, 437-444, 2004.
Keyser de J., G. Gustafsson,M. Roth, F. Darrouzet, M. Dunlop, H. Rème, A. Fazakerley, P.
Décreau, and N. Cornilleau-Wehrlin, Reconstruction of the magnetopause and low-latitude
boundary layer topologyusing CLUSTER multi-point measurements, Annales Geophys., 22,
2381-2389, 2004.
Khotyaintsav, A. Vaivads, Y. Ogawa, B. Popielawska, M. André, S. Buchert, P. Décreau, B.
Lavraud, and H. Rème, CLUSTER observations of high-frequency waves in the exterior
cusp, Annales Geophys., 22, 2403-2411, 2004.
Lembege, B., Giacalone, J., Scholer, M., Hada, T., Hoshino, M., Krasnoselskikh, V.,
Kucharek, H., Savoini, P., Terasawa, T., Selected Problems in Collisionless-Shock Physics,
Space Sci. Rev., 110, 161-226, 2004.
Marchaudon, A., J. C. Cerisier, J. M. Bosqued, M. W. Dunlop, P. Décreau, et al., Transient
plasma injections in the dayside magnetosphere: one-to-one correlated observations by
CLUSTER and SuperDARN, Annales Geophs., 22, 141-158, 2004.
Masson, A., U.S. Inan, H. Laasko, O. Santolik, and P. Décreau, CLUSTER observations of
mid-latitude hiss near the plasmapause, Annales Geophys., 22, 2565-2575, 2004.
Milan, S.E., M. Lester, T.K. Yeoman, T. R. Robinson, M. V. Uspensky, and J. P. Villain,
HF radar observations of high-aspect angle backscatter from the E-region, Annales
Geophys., 22, 829-847, 2004.
Morel, L., O. Witasse, R. Warnant, J.-C. Cerisier, P.-L. Blelly, and J. Lilensten, Diagnostic
of the dayside ionosphere of Mars using the Total Electron Content measurement by the
NEIGE/Netlander experiment: An assessment study, Planet. Space Sci., 52, 603-611, 2004.
Nagy, A.F., D.Winterhalter, K. Sauer, T. E. Cravens, S. Brecht, C. Mazelle, D. Grider, E.
Kellio, A. Zakharov, E. Dubinin, M. Verigin, G. Kotova, W. I. Axford, C. Bertucci , and
J.G. Trotignon, The plasma Environment of Mars, Space Sci. Rev., 111, 33-114, 2004.
Parrot, M., O. Santolik, D.A. Gurnett, J.S. Pickett and N. Cornilleau-Wehrlin,
Characteristics of the magnetospherically reflected chorus waves observed by CLUSTER,
Annales Geophys., 22, 2797-2606, 2004.
3
Publications
A46
A47
A48
A49
A50
A51
A52
A53
A54
A55
A56
A57
A58
A59
A60
Pasmanik, D.L., A.G. Demekhov, V.Y. Trakhtengets and M. Parrot, Modeling whistler
wave generation regime in magnetospheric cyclotron maser, Annales Geophys., 22, 35613570, 2004.
Pasmanik, D. L., E. E. Titova, A. G. Demekhov, V. Y. Trakhtengerts, O. Santolik, F.
Jinicek, K. Kudele, and M. Parrot, Quasi periodic ELF/VLF wave emissions in the Earth's
magnetosphere: comparison of satellite observations and modelling, Annales Geophys., 22,
4351-4361, 2004.
Pickett, J.S., S. W. Kahler, L. J. Chen, R. L. Huff, P. Décreau, et al., Solitary waves
observed in the auroral zone: the CLUSTER multi-spacecraft perspective, Nonlinear Proc.
Geophys., 11, 183-196, 2004.
Platino, M., U.S. Inan, T. F. Bell, J. Pickett, E. J. Kennedy, J.G. Trotignon, J. L. Rauch and
P. Canu, CLUSTER observations of ELF/VLF signals generated by modulated heating of
the lower ionosphere with the HAARP HF transmitter, Annales Geophys., 22, 2643-2653,
2004.
Rapoport, Y. G., O.E. Gotynyan, V. M. Ivchencho, L. V. Kovak, and M. Parrot, Effect of
acoustic-gravity wave of the lithospheric origin of the ionospheric F region before
eathquakes, Phys. Chemistr. Earth, 29, 607-619, 2004.
Rapoport, V. O., P. A. Bespalov, N .A. Mityakov, M. Parrot, et al., Feasability study of
ionospheric perturbations triggered by monochromatic infrasonic waves emitted with a
ground based experiment, J. Atmos. Solar Terrestr. Phys., 66, 1011-1017, 2004.
Rivière, E., M. Pirre, G. Berthet, J.B. Renard and F. Lefèvre, Investigating the halogen
chemistry from high latitude nightime stratospheric measurements of OclO and NO2, J.
Atmos. Chem., 48, 261-282, 2004.
Rusanov, A. A., M. M. Mogolevsky, and J. L. Rauch, Signal detection in wave data,
Cosmic Res., 681.3: 550.34: 629.78, 2004.
Rutledge, R.E., Derek, W.F., Kulkarni, S.R., Jacoby, B.A., Cognard, I., Backer, D.C.,
Murray, S.S., "Micro-second Timing of PSR B1821-24 with Chandra/HRC-S", ApJ, 613,
522, 2004.
Sahraoui, F., G. Belmont, J. L. Pinçon, L. R‚zeau, A. Balogh, P. Robert, and N. CornilleauWehrlin, Magnetic turbulent spectra in the magnetosheath: new insights, Annales Geophys.,
22, 2283-2288, 2004.
Santolik, O, D. A. Gurnett, J.S. Pickett, M. Parrot, and N. Cornilleau-Wehrlin, A
microscopic and nanoscopic view of storm-time chorus on 31march 2001, Geophys. Res.
Lett., 31, LO2801, doi:10.1029/2003GLO 18757, 2004.
Savin, S., L. Zelenyi, S. Romanov, I. Sandahl, D. Lagoutte, M. Parrot, J. L. Rauch, J. G.
Trotignon, et al., Magnetosheath-cusp interface, Annales Geophys., 22, 183-212, 2004.
Savin, S. P., L. M. Zelenyi, E. Amata, J. Buechner, J. L. Rauch, et al., Dynamic interaction
of plasma flow with the hot boundary layer of a geomagnetic trap, JETP Lett., 79, 368-371,
2004
Soucek, J., T. Dudok de Wit, M. Dunlop, and P. Décreau, Local wavelet correlation:
application to tuning analysis of multi-satellite CLUSTER data, Annales Geophys., 22, 41854196, 2004.
Schuck, P. W., J.W. Bonnel, and J.L. Pinçon, Properties of lower hybrid solitary structures.
A comparison between space observations, a laboratory experiment and the cold
homogeneous plasma dispersion relation, J. Geophys. Res., 109, A01310:doi.10.1029/2002
JA009673, 2004.
4
Publications
A61
A62
A63
A64
A65
A66
A67
Surkov, V.V., O.A. Poktotelov, M. Parrot, E.N. Fedorov and M. Hayakawa, Excitations of
the ionospheric resonance cavity by neutral winds at middle latitude, Annales Geophys., 22,
2877-2889, 2004.
Taylor, M.G.G., M.W. Dunlop, B. Lavraud, A. Vontrat-Reberac, C.J. Owers, P. Décreau, et
al., CLUSTER observations of a complex high-latitude cusp passage during highly variable
IMF, Annales Geophys., 22, 3707-3719, 2004.
Trakhtengerts, V. Y., A. G. Demekhov, E. E. Titova, M. Parrot, et al., Interpretation of
CLUSTER data on chorus emissions using the backward wave oscillator model, Phys.
Plasmas, 11, 1345, 2004.
Trigunait, A., M. Parrot, S. Pulinets and F. Li, Variations of the ionospheric electron
density duting the Bhuj seismic event, Annales Geophys., 22, 4123-4131, 2004.
Vallières, X., J. P. Villain, C. Hanuise, and R. Andre, Ionospheric propagation effects on
spectral widths measured by SuperDarn HF radars, Annales Geophys. 22, 2023-2031, 2004.
Walker, S. N., F. Sahraoui, M.A. Balikhin, G. Belmont, J.L. Pinçon, et al., A Comparison of
wave mode identification techniques, Annales Geophys., 22, 3021-3032, 2004.
Webb, N. A., J. F. Olive, D. Barret, M. Kramer, I. Cognard, et al., XMM-Newton spectral
and timing analysis of the faint millisecond pulsars PSR JO751+1807 and PSR J102+5307,
Astron, Astrophys., 419, 269-276, 2004.
Année 2005 (60)
A68
A69
A70
A71
A72
A73
A74
A75
Bale, S. D., Balikhin, M. A., Horbury, T. S., Krasnoselskikh, V. V., Kucharek, H.,
Moebius, E., Walker, S. N., Balogh, A., Burgess, D., Lembege, B., Lucek, E. A., Scholer,
M., Schwartz S. J., Thomsen, M. F., Quasi-perpendicular shock structure and processes,
Space Sci. Rev., 118, 161-203, 2005.
Bale, S. D.; Balikhin, M. A., Balogh, A., Horbury, T. S., Krasnoselskikh, V. V., Kucharek,
H., Lucek, E. A., Lembege, B., Moebius, E., Schwartz, S. J., Walker, S. N., Space Sci. Rev.,
118, 223-227, 2005.
Balikhin, M., S. Walker, R. Treumann, H. Alleyne, V. Krasnoselskikh, M. Gedalin, M.
André, M. Dunlop, and A. Fazakerley, Ion sound wave packets at the quasiperpendicular
shock front, Geophys. Res. Lett., 32, L24106, doi: 10.1029/2005GL024660, 2005.
Balogh, A., Schwartz, S. J., Bale, S. D., Balikhin, M. A., Burgess, D., Horbury, T. S.,
Krasnoselskikh, V. V., Kucharek, H., Lembege, B., Lucek, E. A., Moebius, E., Scholer, M.,
Thomsen, M. F., Walker, S. N., CLUSTER at the bow shock: Introduction, Space Sci. Rev.,
118, 155-160, 2005.
Béghin, C., P.M.E. Décreau, J. Pickett, D. Sundkvist, and B. Lefèbvre, Modeling of
CLUSTER'electric antennas in space : Applications to plasma diagnostics, Radio Sci.,
40,RS6008, doi: 10.1029/20005RS003264, 2005.
Berthet, G., N. Huret, F. Lefève, G. Moreau, C. Robert, M. Chartier, L. Pomathiod, M.
Pirre, and V. Catoire, On the ability of chemical transport models to simulate the vertical
structure of the N2O, NO2 and HNO3 species in the mid-latitude stratosphere, Atmos. Chem.
Phys. Discussions, 5, 12373-12401, 2005.
Blelly, P.-L., C. Lathuillère, B. Emery, J. Lilensten, J. Fontanari, and D. Alcaydé, An
extended TRANSCAR model including ionospheric convection: simulation of EISCAT
observations using inputs from AMIE, Annales. Geophys., 23, 419-431, 2005.
Boqueho, V., and P.-L. Blelly, Contributions of a multi-moment multi-species approach in
modeling planetary atmospheres: the example of Mars, J. Geophys. Res., 110, A01313,
doi:10.1029/2004JA010414, 2005.
5
Publications
A76
A77
A78
A79
A80
A81
A82
A83
A84
A85
A86
A87
A88
A89
A90
A91
Burgess, D., E. Lucek, M. Scholer, V. V. Krasnoselskikh, et al., Quasi-parallel shock
structure and processes, Space Sci. Rev., 118, 205-222, 2005.
Canty, T., E .D. Rivière, R.J. Salawitch, G. Berthet, J.-B. Renard, K. Pfeilsticker, M. Dorf,
A. Butz, H. Bösch, R.M. Stimpfle, D.M. Wilmouth, E.C. Richard, D.W. Fahey, P.J. Popp,
M.R. Schoeberl, L.R. Lait, and T.P. Bui, Nighttime OClO in the winter Arctic vortex, J.
Geophys. Res., 110, D01301, doi :10.1029/2004JD005035, 2005.
Cao, J. B., Z. X. Liu, J. Y. Yang, C. X. Yian, N. Cornilleau-Wehrlin, H. Alleyne, M. Parrot,
First results of low frequency electromagnetic wave detector of TC-2/Double Star program,
Annales Geophys., 23, 2805-2811, 2005.
Catoire, V., E. Michel, C. Guimbaud, D. Labonnette and G. Poulet, A laminar and turbulent
ion flow reactor for studying ion/molecule reactions at variable pressures and temperatures,
Int. J. Mass Spectrom., 243, 141-149, 2005.
Coco, I., E. Amata, M. F. Marcucci, M. de Laurentis, J. P. Villain, C. Hanuise, and M.
Candidi, Effects on SuperDARN HF radar echoes of sudden impulses of solar wind dynamic
pressure, Annales Geophys., 23, 1771-1783, 2005.
Cornilleau-Wehrlin, N., H. S.C. Alleyne, K.H. Yearby, B. de la Porte de Vaux, A. Meyer, O.
Santolik, M. Parrot, et al., The STAFF-DWP wave instrument on the DSP equtorial
spacecraft description and first results. Annales Geophys., 23, 2785-2801, 2005.
Chisham, G., M. P. Freeman, T. Sotirelis, R.A. Greenwald, A. Lester and J. P. Villain, A
statistical comparison of SuperDARN spectral width boundaries and DMSP particle
precipitation boundaries in the morning sector ionosphere, Annales Geophys., 23, 733-743,
2005.
Décreau, P., P. Louarn, R. L. Mutel, M. Parrot, J. L. Pinçon, A. Vaivads, and P. Robert, The
CLUSTER fleet explores waves in the magnetosphere: Chosen illustrations, Radio Sci. Bull.,
315, 4-21, 2005.
Drayton, R. A., A. V. Koustov, M. R. Hairstar, and J. P. Villain, Comparison of DMSP
cross-back ion drifts and SuperDARN line of sight velocities, Annales Geophys., 23, 24792486, 2005.
Dudok de Wit, T., J. Lilensten, J. Aboudarham, P. O. Amblard, and M. Kretzschmar,
Retreiving the solar EUV spectrum from a reduced set of spectral lines, Annales Geophys.,
23, 3055-3069, 2005.
Dunlop, M. W., B. Lavraud, P. Cargill, M. G. G. T. Taylor, A. Balogh, P. Décreau, A.
Marchaudon, et al., CLUSTER observations of the cusp: magnetic structure and dynamics,
Surveys Geophys., 26, 1.3-5.55, 2005.
Engel, A., T. Möbius, H. P. Haase, N. Huret, M. Pirre, et al., On th e observation of
mesospheric air inside the artic stratosphericpolar vortex in early 2003, Atm. Chem. Phys.
Disc., 7457-7496, 2005.
Goldstein, M.L., J.P. Eastwood, R.A. Treumann, E.A. Lucek, J. Pickett, and P. Décreau,
Space Sci. Rev., The near-Earth solar wind, Space Sci. Rev., 118, 7-39, 2005.
Hauchecorne, A., J. L. Bertaux, F. Dalaudier, C. Cot, J. C. Lebrun,, S. Bekki, J. B. Renard,
et al., First simultaneous global climatology of night-time stratospheric NO2 and NO3
observed by GOMOS/ENVISAT in 2003, J. Geophys. Res., 110, D18301, doi:
10.1029/2004JD005711, 2005.
Hobara, Y., F. Lefeuvre, M. Parrot, and O. A. Molchanov, Low-latitude ionospheric
turbulence observed by Aureol-3 satellite, Annales Geophys., 23, 1259-1270, 2005
Hobara, Y., and M. Parrot, Ionospheric perturbations linked to a very powerful seismic
event, J. Atmosph. Solar Terrestr., 67, 677-685, 2005.
6
Publications
A92
A93
A94
A95
A96
A97
A98
A99
A100
A101
A102
A103
A104
A105
A106
A107
A108
A109
Horne, R. B., R. M. Thorne, Y. Y. Shprits, P. Décreau , et al., Wave acceleration of
electrons in the Van Allen radiation belts, Nature, 437, doi: 10.1038/nature03939, 2005.
Kuratmitsu, Y., and V. Krasnoselskikh, Gyroresonant surfing acceleration, Phys. Rev. Lett.,
94, 031102, 2005.
Kuratmitsu, Y., and V. Krasnoselskikh, Particle acceleration by elliptically and linearly
polarized waves in the vicinity of quasi-parallel shock, J. Geophys. Res., 110, A10108, doi:
10.1029/2005JA011048, 2005.
Kuratmitsu, Y, and V. Krasnoselskikh, Acceleration of charged particles by gyroresonant
surfing at quasi-parallel shocks, Astron. Astrophys., 438, 391-402, 2005.
Lobzin, V. V., Krasnoselskikh, S. Schwartz, I. Cairns, B. Lefebvre, P. Décreau, and A.
Fazakerley, Generation of downshifted oscillations in the electron foreshock: A loss-cone
instability, Geophys. Res. Lett., 32, L18101,doi:10.1029/2005GL023563, 2005.
Lucek, E.A., D. Contantinescu, M.L. Goldstein, J. Pickett, J.L. Pinçon, F. Sahraoui, R.A.
Treumann and S.N. Walker, The magnetosheath, Space Sci. Rev., 118, 95-152, 2005.
Michel, E., N. Schoon, C. Amelynck, C. Guimbaud, V. Catoire, and E. Arijs, A selected ion
flow tube study of the reactions of H3O+, NO+ and O2+ with methyl vinyl ketone and some
atmospherically important aldehydes, Int. J. Mass Spectrom., 244, 5972-5989, 2005.
Miyashita, Y., A. Ieda, Y. Kamide, S. Machida, J.P. Villain, et al., Plasmoids observed in
the near Earth magnetotail at X~-7RE, J. Geophys. Res., 10, A12214, doi:
10.1029,2005JA011263, 2005.
Moreau, G., C. Robert, V. Catoire, M. Chartier, C. Camy-Peyret, N. Huret, M. Pirre, L.
Pomathiod, and G. Chalumeau, SPIRALE: a multispecies in situ balloonborne instrument
with six tunable diode laser spectrometers, Appl. Optics, 44 , 5972-5989, 2005.
Noel, J. M. A., J. P. Saint Maurice, and P. L. Blelly, The effect of E Region waveheating on
electrodynamycal structures, Annales Geophys., 23, 2081-2094, 2005.
Oberoi, D., and J. L. Pinçon, A new design for a very low frequency spaceborne radio
interferometer, Radio Sci., 40,RS4004, doi: 10.1029/2004RS003211, 2005.
Prot, O., M. Bergougnioux, and J. G. Trotignon, Determination of a power density by an
entropy regularization method, J. Appl. Math., 2, 127-152, 2005.
Parrot, M., F. Nème, O. Santolik, and J. J. Berthelier, ELF magnetospheric lines observed
by DEMETER, Annales Geophys., 23, 3301-331, 2005.
Pickett, J. S., L. J. Chen, S. W. Kahler, P. Décreau, et al., On the generation of solitary
waves observed by CLUSTER in the near Earth magnetosheath, Nonlinear Proc. Geophys.,
12, 181-193, 2005.
Platino, M., U. S. Inan, T. Bell, P. Décreau, Whistlers observed by the CLUSTER
spacecraft outside the plasmasphere, J. Geophys. Res., 110, A03212, doi:
10.1029/2004JA010730, 2005.
Renard, J. B., M.P. Chipperfield, G. Berthet, F. Goffinon-Taupin, C. Robert, M. Chartier,
H. Roscoe, W. Feng, E. Rivière, and M. Pirre, NO3 vertical profile measurements from
remote sensing balloon-borne spectrometers and comparison with model calculations, J.
Atmosph. Chem., 51, 65-78, 2005a.
Renard, J.B., D. Daugeron, P. Personne, G. Legros, J. Baillargeat, E. Hadamcik and J. C.
Worms, Optical properties of randomly distributed soot: improved polarimetric and intensity
scattering functions, Appl. Optics, 44, 591-595, 2005b.
Renard, J. B., J. Ovarlez, G. Berthet, D. Fussen, F. Vanhellemont, C. Brogniez, E.
Hadamcik, M. Chartier, and H. Ovarlez, Optical and physical properties of stratospheric
aerosols from balloon measurements in the visible and near-infrared domains; III. Presence
of aerosols in the middle stratosphere, Appl. Optics, 44, 4086-4095, 2005c.
7
Publications
A110 Ricaud, P., Lefèvre, F., Berthet, G., et al., Polar vortex evolution during the 2002 Antarctic
major warming as observed by the Odin satellite, J. Geophys. Res., 110, D05302,
doi:10.1029/2002JD005018, 2005.
A111 Riffault, V., Y. Bedjanian And G. Poulet, Kinetic and mechanistic study of the reactions of
OH with IBr and HOI, J. Photochem. Photob., 176, 155-161, 2005.
A112 Rothkaehl, H., and M. Parrot, Electromagnetic emissions detected in the topside ionosphere
related to the human activity, J. Atmosph. Solar Terrestr. Phys., 67, 821-828, 2005.
A113 Santolik, O., D.A. Gurnett, J.S. Pickett, M. Parrot, and N. Cornilleau-Wehrlin, Central
position of the source region of storm-time chorus, Planet. Space Sci., 53, 299-305, 2005.
A114 Santolik, O. A., M. Persoon, D. A. Gurnett, P. Décreau, et al., Drifting field-aligned density
structures in the night-side polar cap, Geophys. Res. Lett., 32, L06106, doi:
10.1029/2004GL021696, 2005.
A115 Savin, S., L. Zelenyi, E. Amata, J. L. Rauch, et al., Magnetosheath intercaction with high
latitude magnetopause: dynamic flow chaotization, Planet. Space Sci., 53, 133-140, 2005.
A116 Savin, S., A. Skalsky, L. Zelenyi, L. Avanov, N. Borodkova, S. Klimov, V. Lutsenko, E.
Panov, S. Romanov, V. Smirnov, Y. Yermolaev, P. Song, E. Amata, G. Consolini, T. A.
Fritz, J. Buechner, B. Nikutowski, J. Blecki, C. Farrugia, N. Maynard, J. Pickett, J. A.
Sauvaud, J. L. Rauch, J. G. Trotignon, Y. Khotyaintsev, and K. Stasiewics, Magnetsheath
interaction with latitude magnetopause, Surveys in Geophysics, 26, 95-133, doi:
10.1007/s10712-005-1874-4), 2005.
A117 Savoini, P., B. Lembège, V. Krasnoselskikh, and Y. Kuramitsu, Under and over-adiabatic
electrons through a perpendicular collisionless shock: theory versus simulations, Annales
Geophys., 23, 3685-3698, 2005.
A118 Scholer, M., M. F. Thomsen, D. Burgess, S. D. Bale, M. A. Balikhin, V. V. Krasnoselskikh,
et al., CLUSTER at the bow shock: Status and outlook, Space Sci. Rev., 118, 223_227, 2005.
A119 Seran, H., and P. Fergeau, An optimized low-frequency three-axis search coil magnetometer
for space research, Rev. Scient. Instrum., 76, 44502-1-44502-10, 2005.
A120 Soucek, J., V. Krasnoselskikh, T. Dudok de Wit, J. Pickett, and C. Kletzing, Nonlinear
decay of foreshock Langmuir waves in the presence of plasma inhomogeneities: Theory and
CLUSTER observations, J. Geophys. Res., 110, A08102, doi: 10.1029/2004JA010977, 2005.
A121 Stenberg, G., T. Oscarsson, M. André, A. Vaivads, P. Décreau, et al., Electron-scale sheets
of whistlers close to the magnetopause, Annales Geophys., 23, 3715-3725, 2005.
A122 Sundkivst, D., A. Vaivads, M. André, J. E. Wahlund, Y. Hobara, S. Joko, V.
Krasnoselskikh, Y.V. Bogdanova, S.C. Buchert, N. Cornilleau-Wehrlin, A. Fazakerley, J.-O.
Hall, H. Rème, and G. Stenberg, Multispacecraft determination of wave characteristics near
the proton gyrofrequency in high latitude cusp, Annales Geophys., 23, 983-995, 2005.
A123 Sundkvist, D., V. Krasnoselkikh, P. K. Shukla, A. Vaivads, M. André, S. Buchet, and H.
Rème, In situ multi-satellite detection of coherent vortices as a manifestation of Alfvenic
turbulence, Nature, 436, 825-828, 2005.
A124 Theureau, G., N. Coudreau, N. Hallet, M. Hanski, L. Alsac, L. Bottinelli, L. Gouguenheim,
J. M. Martin, and G. Paturel, Kinematics of the local universe. XII.21cm line measurements
of 586 galaxies with the new Nançay receiver, Astron. Astroph., 430, 373-383, 2005.
A125 Titova, E. E., A. G. Yahnin, O. Santolik, D. A. Gurnett, J. L. Rauch, F. Lefeuvre, et al., The
relationship between auroral hiss at high altitudes over the polar caps and the substorm
dynamics of aurora, Annales Geophys., 23, 2117-2128, 2005.
A126 Tjulin, A., J. L. Pinçon, M. André, and N. Cornilleau-Wehrlin, The k-filtering technique
applied to wave electric and magnetic field measurement from the CLUSTER satellites, J.
Geophys. Res., 110, A11224, doi:10.1029/2005JA011125, 2005.
8
Publications
A127 Vanhellemont, F., D. Fussen, C. Bingen, E. Kyrola, J. Tassiminen, J. B. Renard, et al., A
2003 stratospheric aerosol extinction and PSC climatology from GOMOS measurements on
ENVISAT, Atmos. Chem. Phys., 5, 2413-2417, 2005.
Année 2006 (54)
A128 Amata, E., S. Savin, M. André, M. Dunlop, Y. Khotyainsev, M. F. Marcucci, A. Farakerley,
P. Décreau, J. L. Rauch, J. G. Trotignon, et al., Experimental study of nonlinear interaction
of plasma flow with charged thin currents sheets: 1. Boundary structure and motion,
Nonlinear Proc. Geophys., 13, 365-376, 2006.
A129 Balan, N. H. Alleyne, S. Walker, P. Décreau, et al., CLUSTER observations of a structured
magnetospheric cusp, Annale Geophys., 24, 1015-1027, 2006.
A130 Barret, B., P. Ricaud, M. L. Santee, J. L. Attié, J. Urban, G. Berthet, et al., Intercomparisons
of traces gases profiles from the Odin/SMR and Aura/MLS limb sounders, J. Geophys. Res.,
accepted, doi: 10.1029/2002JD007305, 2006.
A131 Berthelier, J. J. M. Godefroy, F. Leblanc, M. Malingre, M. Menvielle, D. Lagoutte, J. Y.
Brochot, F. Colin, F. Elie, C. Legendre, P. Zamora, et al., ICE, the electric field experiment
on DEMETER, Planet. Space Sci., 54, 456-471, 2006.
A132 Berthet,G., N. Huret, L. Lefèvre, G. Moreau, C. Robert, M. Chartier, V. Catoire, B. Barretz,
I. Pisso, and L. Pomathiod, On the ability of chemical transport models to simulate the
vertical structure of the N2O, NO2 and HNO3 species in the mid-latitude stratosphere,
Atmos. Chem. Phys., 6, 1599-1609, 2006.
A133 Berthet, G., N. Huret, F. Lefèvre, G. Moreau, C. Robert et al., In situ profiles of N2O, NO2
and HNO3 at mid-latitudes retrieved from the SPIRALE balloon-borne instrument, Atmos.
Chem. Phys., 6, 1599-1609, 2006.
A134 Burch, J., C. Carr, A. Eriksson, K. H. Glassmeier, R. Lundin, J. G. Trotignon, J. A
Sauvaud, A. Coates, K. Szego, and the RPC team, The ROSETTA Plasma Consertium, ISSI
Publication, in press, 2006.
A135 Carr, C., E. Cupido, C. G. Y. Lee, A. Balogh, T. Beek, C. Dunford, G. Musmann, J. L.
Bursh, A. I. Eriksson, R. Gill, K. H. Glasmeier, R. Lundin, K. Lundin, B. Lybekk, J. L.
Michau, and J. G. Trotignon, RPC / the ROSETTA Plasma Consertium, Space Sci. Rev., in
press, 2006.
A136 Darrouzet, F., De Keyser, J., Décréau, P. M. E., Gallagher, D. L., Pierrard, V., Lemaire, J.
F., Sandel, B. R., Dandouras, I., Matsui, H., Dunlop, M., Cabrera, J., Masson, A., Canu, P.,
Trotignon, J. G., Rauch, J. L., and André, M., Analysis of plasmaspheric plumes: CLUSTER
and Image observations, Annales Geophys., 24, 1737-1758, 2006.
A137 Darrouzet, F., J. de Keyser, P. Décreau, J. F. Lemaire, and M.W. Dunlop, Spatial gradients
in the plasmasphere from CLUSTER, Geophys. Res. Lett., 33, L08105,
doi:10.1029/2006GL025727, 2006.
A138 Darrouzet, F., J. de Keyser, P. Décreau, D. L. Gallagher, V. Pierrard, J. F. Lemaire, B. R.
Sandel, J.G. Trotignon, J. L. Rauch, et al., Analysis, 1737-1758, 2006.
A139 Daugeron D., J.-B. Renard, B. Gaubicher, B. Couté, E. Hadamcik, F. Gensdarmes, G.
Basso, et C. Fournier, Scattering properties of sands, 1. Comparison between different
techniques of measurements, Applied Optics, 45, 8331-8337, 2006.
A140 Dudok de Wit, T., Fast segmentation of solar EUV images, Solar Physics, sous presse,
2006.
A141 Engel, A., T. Mobiüs, H.-P. Haase, H. Bönisch, T. Wetter, U. Schmidt, I. Levin, T.
Reddmann, H. Oelhaf, G. Wetzel, K. Grunow, N. Huret and M. Pirre, Observation of
9
Publications
A142
A143
A144
A145
A146
A147
A148
A149
A150
A151
A152
A153
A154
A155
mesospheric air inside the arctic stratospheric polar vortex in early 2003, Atmos. Chem.
Phys., 6, 267-282, 2006.
Engrand, C., J. Kissel, F. R. Krueger, P. Martin, J. Silen, L. Thirkell, R. Thomas, and K.
Karmuza, Chemometric evaluation of the time-of-flight secondary ion mass spectrometry
data of minerals in the frame of future in situ analyses of cometary material of COSIMA
onboard ROSETTA, Rapid Commun. Mass Spectrom., 20, 1361-1368, 2006.
Fussen, D., F. Vanhellemont, J. Dodion, C. Brigen, J. B. Renard, A global OCLO
stratospheric layer discovered in GOMOS stellar occultation measurements, Geophys. Res.
Lett., 33, L13815, doi:10.1029/2006GL026406, 2006.
Grard, R., M. Hamelin, J. J. Lopez-Moreno, K. Schwingenschuh, I. Jernej, G. J. MolinaCuberos, F. Simoes, C. Béghin, J. J. Berthelier, M. Chabassière, et al., Electric properties
and related physical characteristics of the atmosphere and surface of Titan, Planet. Space
Sci., 54, 1124-1136 2006.
Hadamick, E., J. B. Renard, A. C. Levasseur-Regourd, and J. Lasue, Light scattering by
fully particles with the PROGRA 2 experiment: mixture of materials, J. Quant. Spectrosc.
Radiative Transfer, 100, 256-267, 2006.
Hanuise, C., J. C. Cerisier, F. Anchère, K. Bocchialini, S. Bruinsma, et al.., From the Sun to
the Earth: impact of the 27-28 may 2003 solar events on the magnetosphere, ionosphere and
thermosphere, Annales Geophys., 24, 129-151, 2006.
Huret, N., M. Pirre, A. Hauchecorne, C. Robert, and V. Catoire, On the vertical structure of
the stratosphere at mid-latitude during the first stage of the polar vortex formation and in
polar region in presence of a large mesospheric descent, J. Geophys. Res., 111, D06111,
doi:10.1029/2005JD006102, 2006.
Konopka, P., A. Engel, B. Funke, R. Müller, J.-U. Grooβ, G. Günther, T. Wetter, G. Stiller,
T. von Clarmann, N. Glatthor, H. Oelhaf, G. Wetzel, M. Lopez-Puertas, M. Pirre, N. Huret
and M. Riese, Ozone loss driven by nitrogen oxides and triggered by stratospheric warmings
can outweigh the effect of halogens, accepted in J. Geophys. Res., 2006.
Legras, B., Pisso, I., Berthet, G., and F. Lefèvre, Variability of the Lagrangian turbulent
diffusivity in the lower stratosphere, Atmos. Chem. Phys., 4, 1605-1622, 2005.
Lagoutte, D., J. Y. Brochot, D. de Carvalho, F. Elie, F. Harivelo, Y. Hobara, L. Madrias, M.
Parrot, J. L. Pinçon, J.J. Berthelier, D. Pershard, E. Seran, et al., The DEMETER Science
Mission Centre, Planet. Space Sci., 54, 428-440, 2006.
Leblanc, F.,O. Witasse, J. Winningham, D. Brain, J. Lilensten, P.-L. Blelly, R.A. Frahm,
J.S. Halekas, and J.L. Bertaux, Origins of the Martian aurora observed by Spectroscopy for
Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars (SPICAM) onboard Mars
Express, J. Geophys. Res., 111, A09313, doi:10.1029/2006JA011763, 2006.
Lebreton, J.-P., S. Stverak, P. Travnicek, M. Maksimovic, D. Klinge, S. Merikallio, D.
Lagoutte, B. Poirier, P.-L. Blelly, Z. Kozacek, and M.Salaquarda, The ISL Langmuir probe
experiment processing onboard DEMETER: Scientific objectives, description and first
results, Planet. Space Sci., 54, 472-486, 2006.
Li, F., and M. Parrot, Total electron content variations observed by DORIS station during
the Sumatra earthquake, J. Geodesy, doi:10.1007/s00190-006-0053-9, 2006.
Lipervskaya, E. V., V. A. Liperovsky, A. S. Siliua, and M. Parrot, On spread-F in the
ionosphere before earthquake, J. Atmos. Solar Terrestr. Phys., 68, 125-133, 2006.
Marchaudon, A., J. C. Cerisier, J. M. Bosqued, C. J. Owen, A. N. Fazakerley, A. D. Lahiff,
On the structure of field-aligned currents in the mid-altitude cusp, Ann. Geophys, Sous
presse, Novembre 2006.
10
Publications
A156 Marécal V., E. Rivière, G. Held, S. Cautenet and S. Freitas, Modelling study of the impact
of deep convection on the UTLS air composition. Part I: analysis of ozone precursors.
Atmos. Chem. Phys., 6, 1567-1584, 2006a.
A157 Marécal V., G. Durry, K. Longo, S. Freitas, E. Rivière and M. Pirre, Mesoscale modelling
of water vapour in the tropical UTLS: two case studies from the HIBISCUS campaign,
Atmos. Chem. Phys Discussion, 8241-8284, 2006b.
A158 Mikrenska, M., P. Koulev, J. B. Renard, E. Hadamcik, and J. C. Worms, Direct simulation
Monte Carlo ray tracing model of light scattering by a class of real particles and comparison
with PROGRA 2 experimental results, J. Quant. Spectrosc. Radiative Transfer, 100, 256267, 2006.
A159 Molchanov, O., A. Rozhnoi, M. Solovieva, O. Akentieve, M. Parrot, F. Lefeuvre, et al.,
Global diagnostics of the ionospheric perturbations related to the seismic activity using the
VLF radio signals collected on the DEMETER satellite, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 6,
745-753, 2006.
A160 Nemec, F., O. Santolik, M. Parrot, and J. J. Berthelier, Power line harmonic radiation
(PLHR) observed by DEMETER spacecraft, J. Geophys. Res., 111, A04308, doi:
10.1029/2005JA011480, 2006.
A161 Parrot, M., A. Buzzi, O. Santolik, J. J. Berthelier, et al., New observations of
electromagnetic harmonic ELF emissions in the ionosphere by the DEMETER satellite
during large magnetic storms, J. Geophys. Res., 111, A08301, doi: 10.1029/2005JA011583,
2006.
A162 Parrot, M., D. Benoist, J. J. Berthelier, J. Blecki, Y. Chapuis, F. Colin, F. Elie, P. Fergeau,
D. Lagoutte, F. Lefeuvre, C. Legendre, M. Levêque, J. L. Pinçon, B. Poirier, H. Seran, and
P. Zamora, The magnetic field experiment IMSC and its data processing onboard
DEMETER: Scientific objectives description and first results, Planet. Space Sci., 54, 456471, 2006.
A163 Parrot, M., J. J. Berthelier, J. P. Breton,, J. A. Sauvaud, O. Santolik, and J. Blecki,
Examples of unusual ionospheric observations made by the DEMETER satellite over
seismic regions, Phys. Chem. Earth, 31, 486-495, 2006.
A164 Platino, M., U. S. Inan, T. F. Bell, M. Parrot, and E. J. Kennedy, DEMETER observations
of ELF waves injected with the HAARP HF transmitter, Geophys. Res. Lett., 33, L16101,
doi: 10.1029/2006GL026462, 2006.
A165 Prot, O., O. Santolik, J. G. Trotignon, and H. de Feraudy, An entropy regularization method
applied to the identification of wave distribution function, J. Geophys. Res., 111, A06213,
doi: 10.1029/2005JA011006, 2006.
A166 Ramachandran, R., P.Demorest, D. C. Baker, I. Cognard, and A. Lommen, Interstellar
plasma weather effects in long term multifrequency timing of pulsar B1937+21, Astrophys.
J., 645, 303-313, 2006.
A167 Randriamboarison, O. C., Transient excitation of linear space charge waves by a punctual
source in a drifting cold plasma, J. Phys. A: Mathematical and General, 39, 9937-9960,
2006.
A168 Renard, J.-B., P.-L. Blelly, Q. Bourgeois, M. Chartier, F. Goutail, and Y.J. Orsini, Origin of
the January–April 2004 increase in stratospheric NO2 observed in the northern polar
latitudes, Geophys. Res. Lett., 33, L11801, doi :10.1029/2005GL025450, 2006.
A169 Renard J.-B. , G. Berthet, C. Robert, M. Chartier, M. Pirre, C. Brogniez, M. Herman, C.
Verwaerde, J.-Y. Balois, J. Ovarlez, H. Ovarlez, J. Crespin, et T. Deshler, Optical and
physical properties of stratospheric aerosols from balloon measurements in the visible and
11
Publications
A170
A171
A172
A173
A174
A175
A176
A177
A178
A179
A180
A181
near-infrared domains. II. Comparison of extinction, reflectance, polarization and counting
measurements,” Appl. Opt., 41, 7540-7549, 2002.
Renard J.-B., J.-C. Worms, T. Lemaire, E. Hadamcik et N. Huret, Light scattering by dust
particles in microgravity : polarization and brightness imaging with the new version of the
PROGRA2 instrument, Applied Optics, 41, 4, 609-618,2002.
Rivière, E., V. Marécal, S. Cautenet, and N. Larsen, Modelling study of the impact of deep
convection on the UTLS air composition. Part II. Ozone budget in the TTL, Atmos. Chem.
Phys., 6, 1585-1598, 2006.
Sahraoui, F., G. Belmont, L. Rezeau,. Cornilleau-Wehrlin, J. L. Pinçon, and A. Balogh,
Anisotropic turbulent spectra in the terrestrial magnetosheth as seen by CLUSTER
spacecraft, Phys. Rev. Lett., 96,075002-1-075002-4, 2006.
Santolik, O., F. Nemec, M. Parrot, D. Lagoutte, L. Madrias, and J. J. Berthelier, Analysis
methods for multicomponent wave measurements on board the DEMETER spacecraft,
Planet. Space Sci., 54, 512-527, 2006.
Savin, S., E. Amata, M. André, M. Dunlop, P. Décreau, J. L. Rauch, J. G. Trotignon, et al.,
Experimental study of nonlinear interaction of plasma flow with charged thin current sheets:
2 hall dynamics, mass and momentum transfer, Nonlinear Proc. Geophys., 13, 377-392,
2006.
Sundkvist, D., A. Vaivads, Y. V. Bogdanova, V. Krasnosselskikh, A. Fazakerley, and P.
Décreau, Shell-instability generated waves by low energy electrons on converging magnetic
field lines, Geophys. Res. Lett., 33, L03103, doi: 10.1029/2005GL024388, 2006.
Takada, T., R. Nakamur, W. Baumjohann, P. Décreau, et al., Alfven waves in the near
PSBL lobe: CLUSTER observations, Annales Geophys., 24, 1001-1013, 2006.
Theureau, G., Hanski, M., Coudreau, N., Hallet, N., Martin, J.-M., 2006a, “Kinematics of
the Local Universe XIII. 21-cm line measurements of 452 galaxies with the Nançay
radiotelescope, JHK Tully-Fisher relation and preliminary maps of the peculiar velocity
field”, A&A, in press, 2006.
Trotignon, J. G., C. Mazelle, C. B. Bertucci, and M. H. Acuna, Martian bow shock and
magnetic plie up boundary positions and shapes determined the Phobos 2 and Mars Global
Surveyor data sets, Planet. Space Sci., 54, 357-369, 2006.
Trotignon, J. G., C. Mazelle, C. B. Bertucci, and M. H. Acuna, Martian shock and magnetic
pile-up boundary positions and shapes determinated from the phobos 2 and Marrs global
surveyor data sets, Planet. Space Sci., 54, 357-369, doi: 10.1016/j.pss.2006.01.003, 2006.
Trotignon, J. G., J. L Michau, D. Lagoutte, M. Chabassière, G. Chalumeau, F. Colin,
P.M.E. Décréau, J. Geiswiller, P. Gille, R. Grard, T. Hachemi, M. Hamelin, G. Holmgren, H.
Laakso, J. P. Lebreton, C. Mazelle, O. Randriamboarison, W. Schmidt, A. Smit, U.
Telljohann, and P. Zamora, RPC-MIP: the mutual impedance probe of the ROSETTA
Plasma Consortium, Space Sci. Rev., doi: 10.1007/s11214-006-9005-1, 2006.
Zettergren, M.D., W.L. Oliver, P.-L. Blelly, and D. Alcaydé, Modeling the behaviour of hot
oxygen ions, Annales. Geophys., 24, 1625-1637, 2006.
II. Thèses (6)
T1
T2
Lebrere, A., Construction d'un code de simulation numérique utilisant ma méthode de
Monte Carlo pour le transfert radiatif d'une couche de plasma magnétisé turbulent, Thèse,
Univ. Orléans, 2004.
Michel, E., Etude au laboratoire de réactions ion-molécule pour la détection de composés
organiques oxygénés (COVO) dans l'atmosphère par spectrométrie de masse à ionisation
chimique (SMIC) , Thèse, 169p., Univ. Orléans, 2004.
12
Publications
T3
T4
T5
T6
Pereira, F., Analyse spatio-temporelle du champ géomagnétique et des processus
d'accélérations solaires observés en émission radio, Thèse, 178p., Univ. Orléans, 2004.
Prot, O., Méthode de régularisation entropique et application au calcul de la fonction de
distribution des ondes, Thèse, 99pp., Univ. Orléans, 2005.
Soucek, J., Etude statistique des processus de décomposition dans les plasmas en amont de
l'onde de choc terrestre, Thèse, Univ. Orléans, 2005.
Darrouzet F., Etude de la magnétosphère terrestre par l'analyse multipoint des données de la
mission CLUSTER. Contributions à la caractérisation des frontières et de la magnétosphère
interne, Thèse, 245 p., Univ Orléans, 2006.
III. Conférences invitées (32)
Année 2003 (1)
I1
Hanuise, C., How does HF propagation make possible and disturb SuperDarn observations
tutorial, invited paper at SuperDARN Worshop, Kiljava, Finland, May 2003.
Année 2004 (3)
I2
I3
I4
Blelly, P.-L., Ionosphere models: numerical methods and coupling problems in the
atmosphere-ionosphere-magnetosphere system, Invited Paper at Journées de la SF2A, Paris,
2004.
Marouan, Y, F. Lefeuvre, and N. Cornilleau, Electromagnetic ion cyclotron waves and
magnetosonic waves observed by the CLUSTER satellites within the plasmasphere, invited
paper at Magnetospheric response to the solar activity, Prague, 2003.
Lefeuvre, F., What perimeter for a European Space Weather Programme?, invited paper at
1st European SW Week, ESTEC, Novembre 2004.
Année 2005 (8)
I5
Boqueho, V., P.-L. Blelly, C. Peymirat, Contributions of a 2D multi-species multi-moment
model of planetary atmospheres, Invited Paper at IAGA Scientific Assembly, Toulouse, 2005.
I6 Lefeuvre, F. , SWWT initiatives — Long term monitoring of Sun-Earth connections, invited
paper at 2d European Space Weather Week, ESTEC, Novembre 2005
I7 Lefeuvre, F., E. Blanc, R. Roussel-Dupré, and J.A. Sauvaud, The TARANIS project:
scientific objectives and instrumentation, invited paper at AGUMAE13A.08L, San Francisco,
décembre 2005.
I8 Hanuise, C., J. C. Cerisier, F. Auchere, and al., Des éruptions solaires à l'environnement
terrestre: une application à la météorologie de l'espace, invited paper at Semaine de
l'Astrophysique française. Journées de la SF2a, Strasbourg, France, July 2005.
I9 Parrot, M., Seismo-electromagnetic effects observed by DEMETER in the ionosphere,
invited paper at EGU, Vienne, Austria, April 2005.
I10 Parrot, M., Examples of seismo-electromagnetic effects observed by DEMETER in the
ionosphere, invited paper at IAGA2005, Tou1ouse, July 18-29, 2005.
I11 Parrot, M., Seismo-electrognetic effects observed by deter in the ionosphere, invited paper at
IESCA 2005, Izmir, Turkey, October 2005.
I12 Renard, J. B., Spectroscopie UV-visible de nuit par des mesures ballons et satellite, invited
paper at Colloque Interface Chimie-Spectroscopie atmosphérique, Lille, France, April 7-8,
2005.
13
Publications
Année 2006 (20)
I13 Balikhin, M, V. Krasnoselskikh, and M. W. Dunlop, Nonlinear Structures in the Vicinity of
Terrestrial Bow Shock, invited paper at AGU Fail Meeting, 2006.
I14 Décreau, P., T. Dudok de Wit, A. Rochel, X. Suraud, X. Vallières, J. G. Trotignon, and al.,
Electrostatic turbulence sites in the Earth's fereshock: observations from the four points
CLUSTER , invited paper at Wewtern acific Geophysics Meeting, Pékin, China, 24-27 July
2006.
I15 Krasnoselskikh, V., V. Lobzin, K. Musatenko, J. Soucek, J. Pickett, and I. Cairns, Beamplasma interaction in randomly inhomogeneous plasmas, invited paper at EGU General
Assembly, Vienne, Austria, 2006.
I16 Krasnoselskikh, V., V. Lobzin, K. Musatenko, J. Soucek, J. Pickett, and I. Cairns, Beamplasma interaction in randomly inhomogeneous plasmas, invited paper at Isradynamics, Ein—
Bokek, Israel, 2006.
I17 Krasnoselskikh, V., T. Dudok de Wit, J. L. Pinçon, P. L. Blelly, M. Dunlop, and S. Walker,
Scientific objectives for future multi—satellite multi—scale missions: lessons from
CLUSTER, invited paper at COSPAR General Assembly, Beijing, 2006.
I18 Krasnoselskikh, V., Collisionless shocs : in situ studies 0f astrophysical object by CLUSTER
satellites, invited paper at Colloque SF2A, Paris, 2006.
I19 Krasnoselskikh, V., V. Lobzin, K. Musatenko, J. Soucek, J. Pickett, and I. Cairns, Beamplasma interaction in randomly inhomogeneous plasmas, International Workshop on Frontiers
of Plasma Science, invited paper at the Abdus Salam International Centre for Theoretical
Physics, Triest, 2006.
I20 Lefeuvre, F., and E. Blanc, The TARANIS project: complementarity and coordination with
the ASIM mission, invited paper at ASMcience workshop, ESTEC, June 26-27, 2006.
I21 Lefeuvre, F., and D. Pokhotelov, Wave models for physical radiation models, invited paper
at ISROSES (International Symposium on Recent Observations and Simulations ofthe SunEarth System, Varna (Bulgarie), September 17-22, 2006.
I22 Lefeuvre, F., M. Parrot, and F. Li, The low latitude ionospheric turbulence observed by the
AUREOL 3 and DEMETER satellites, invited paper at Russian-French collaborations in
space, Moscow, October 2006.
I23 Lefeuvre F. , On the long term monitoring of geospace, invited paper at The European IHY
General Assembly, Paris, January 10-13, 2006.
I24 Lefeuvre F., TARANIS: a microsatellite project dedicated to the study of impulsive transfers
of energy between the Earth atmosphere-ionosphere and magnetosphere, invited paper at
Radio Science Symposium for a sustainable humanosphere, Kyoto, March 2006.
I25 Marchaudon A., Coupling between the Earth magnetosphere and ionosphere by field-aligned
currents: satellite and ground-based data analysis invited paper at 2006 AGU Fail Meeting,
San Francisco, USA, December 2006.
I26 Marchaudon A., Field-aligned currents in the Earth’s magnetosphere, invited paper at 1st
SWARM International Science Meeting, Nantes, France, May 2006.
I27 Parrot, M., A. Buzzi, O. Santolik, J. J. Berthelier, J. A. Sauvaud, and J. P. Lebreton, New
observations of electromagnetic harmonic ELF emissions in the ionosphere by the
DEMETER satellite during large magnetic storms, invited paper at EGU, Vienna, Austria, 2-7
April, 2006.
I28 Parrot, M., The DEMETER satellite observations in relation with the seismic activity, invited
paper at JPGU meeting, Tokyo, Japan, 14-19 May, 2006.
I29 Parrot, M., Seismoelectromagnetic effects observed by DEMETER in the ionosphere, invited
paper at International Conference on Problems of Geocosmos, St Petersburg, Russia, 27 May
2006.
,
14
Publications
I30 Parrot, M., Overview of ELF/VLF waves recorded by the ionospheric satellite DEMETER,
invited paper at International Conference on Problems of Geocosmos, St Petersburg, Russia,
23-27 May, 2006.
I31 Parrot, M., F. Nemec, O. Santolik, J. P. Lebreton, J. J. Bethelier, Ionospheric Perturbations
Observed by the Satellite DEMETER in relation with the seismic activity, invited paper at
AOGS, Singapore, July 2006.
I32 Rivière, E., and V. Marécal, Modeling deep convection and chemistry in the continental
tropics, invited paper at SPARC/GEWEX GCSS-IGAC worshop on Modelling of deep
convection and chemistry and their roles in the tropical tropopause layer, Victoria, Canada,
12-15 june, 2006.
IV. Actes de colloques à comité de lecture (15)
Année 2003 (3)
A182 Blecki J., S. Savin, N. Cornilleau-Wehrlin, K. Kossacki, M. Parrot, H. Rothkaehl, K.
Stasiewicz, R.Wronowski, O. Santolik, J-A. Sauvaud, Fine structure of the polar cusp as
deduced from the plasma wave and plasma measurements, Adv., Space Res., 32 (3), 315-321,
2003.
A183 Burinskaya, T. M., A. A. Rusanov, J. L Rauch, A. Miles, M. M. Mogilevsky, J. G.
Trotignon, F. Lefeuvre, J. A. Sauvaud, Small-scale bursts of langmuir waves in the polar
cap, Adv. Space Res., 31, (5)1247-(5)1252, 2003.
A184 Trotignon, J.G., J. L. Rauch, P. Décreau, et al., Active and passive plasma wave
invstigations in the Earth'environment: the CLUSTER/WHISPER experiment, Adv. Space
Res., 31, 1449-1454, 2003.
Année 2004 (3)
A185 Chassefière, E., A. Nagy, M. Mandea, F. Primdahl, H. Rème, J.A. Sauvaud, M. Parrot, J. G.
Trotignon, and al., Dynamo: a Mars upper atmosphere package for investigating solar wind
interaction and escape processes, and maping Martian Fields, Adv. Space Res., Vol.33, 22282235, doi: 10.1016/S0273-1177(03)00528-3, 2004.
A186 Cognard, I., Pulsars et applications à la métrologie, Bulletin du Bureau National de
Métrologie,126, 25-36, 2004.
A187 Prot, O., O. Santolik, and J. G. Trotignon, Ill-posed problem solving by an entropy
regularisation method: application to the propagation analysis of electromagnetic waves, in
WDS’04 Proceedings of Contributed Papers, Part III-Physics, edited by J. Safrankova, pp.
593-599, Matfyzpress, Prague, Czech Republic, 2004.
Année 2005 (3)
A188 Décreau, P.M.E., E. Le Guirriec, J.L. Rauch, J.G. Trotignon, P. Canu, F. Darrouzet, J.
Lemaire, A. Masson,F. Segdemore, and M. André, Density irregularities in the plasmasphere
boundary layer: CLUSTER observations in the dusk sector, Adv. Space Res., 36, 1464-1469,
2005.
A189 Mikrensko, M., P. Koulev, J. B. Renard, E. Hadamcik and J. C. Worms, Direct simulation
Monte Carlo of polarization at single light scattering by rounded cubes, Compte Rendu
Academie Bulgare des Sciences, 58, 275-280, 2005.
A190 Torkar, K., M. Fehriger, C. P. Escoubet, P. Décreau, et al., Analysis of spacecraft
CLUSTER potential during active control, Adv. Space Res., 36, doi:10.1016/j;asr;2005.01,
110, 1922-1927, 2005.
15
Publications
Année 2006 (6)
A191 Blomberg, L. G., H. Matsumoto, J.L. Bougeret, H. Kojima, S. Yagitani, J. A. Cumnock, A. I.
Eriksson, G. T. Marklund, J.E. Wahlund, L. Bylander, L. Ahlen, J.A. Holtet, K. Ishisaka, E.
Kallio, Y. Kasaba, A. Matsuoka, M. Moncuquet, K. Mursula, Y. Omura, and J. G.
Trotignon, MEFISTO-An electric field instrument for BepiColombo/MMO, Adv. Space
Res., 38, 672-679, doi: 10.1016/j.asr.2005.05.032, 2006.
A192 Burinskaya, T., and J. L. Rauch, Thin plasma cavities as a source of the auroral kilometric
radiation, Adv. Space Res., accepted, 2006.
A193 Coco, I., E. Amata, M. F. Marcucci, J. P. Villain, C. Hanuise, et al., Night-side effcts on the
polar ionospheric convection due to a solar wind pressure impulse, Memorie della Societa
Astronomica Italiana, 9, 91, 2006.
A194 Matsumoto, H., J. L. Bougeret, L. G. Blomberg, H. Kojima, S. Yagitani, Y. Omura, M.
Mocuquet, G. Chanteur, Y. Kasaba, J. G Trotignon, Y. Kasahara, and BepiColombo MMO
PWI Team, Plasma/Radio wave observations at Mercury by the BepiColombo MMO
Spacecraft, Advances in Geosciences, 3, Planetary Science, 271-279, 2006.
A195 Trotignon, J. G., C. Béghin, J. L Michau, D. Lagoutte, H. Matsumoto, H. Kojima, K.
Hashimoto, Y. Kasaba, L. G. Blomberg, J. P. Lebreton, M. Hamelin, and R. Pottelette,
Active measurement of the thermal electron density and temperature on the Mercury
Magnetospheric Orbiter of the BepiColombo mission, Adv. Space Res., 38, 686-692, doi:
10.1016/j.asr.2006.03.031, 2006.
A196 Trotignon, J. G., Short electric-field antennae as diagnostic tools for space plasmas and
ground permittivity, Advances in Geosciences, Vol.3, Planetary Science, 71-84, 2006.
V. Chapitre d’ouvrages (4)
Dudok de Wit, T., Spectral and statistical analysis of plasma turbulence: beyond linear
techniques. in Space Plasma Simulation, J. Büchner, C.T. Dum et M. Scholer (Eds.),
Springer, Berlin, 2004.
Ko, M. and G. Poulet, Very short-lived halogen and sulfur substances, in WMO (World
Meteorological Organization) Report « Scientific Assessment of Ozone Depletion », Global
Ozone Research and Monitoring project-Report N°47, 498 pp, Geneva, 2003.
Mikrenska, M. D., P. I. Poulev, and J. B. Renard, Metrological Characterization of micro
particles by direct simulation Monte Carlo, in Multi-material Micro Manufacture edited by
W. Menz and S. Dimov, Elsevier,237-240, 2005.
Blelly P.-L., and D. Alcaydé, Ionosphere, in Handbook of Solar-Terrestrial Environment, Y.
Kamide and A. C.-L. Chian ed., Springer, sous presse, 2006.
VI. Publications soumises (11)
S197 Dudok de Wit, T. et F. Auchère, Multispectral analysis of solar EUV images: linking
temperature to morphology, Astronomy & Astrophysics, soumis, 2006.
S198 Dudok de Wit, T., M. Kretzschmar, J. Aboudarham, P.-O. Amblard, F. Auchère, et J.
Lilensten, Which solar EUV proxies are best for reconstructing the solar EUV irradiance ?,
Annales Geophysicae, soumis, 2006.
S199 Dudok de Wit, T., Spectral and statistical analysis of plasma turbulence: beyond linear
techniques. Dans J. Büchner, C.T. Dum et M. Scholer (Eds.), Space Plasma Simulation,
Springer, Berlin, 2004.
S200 Durry G., N. Huret, A. Hauchecorne, V. Marécal, J.-P. Pommereau, R. L. Jones, G. Held, N.
Larsen and J.-B. Renard.G. Held, et al. Isentropic advection and convective lifting of water
16
Publications
S201
S202
S203
S204
S205
S206
S207
vapor in the UT – LS as observed over Brazil (22°S) in February 2004 by in situ highresolution measurements of H2O, CH4, O3 and temperature, submitted to Atmos. Chem.
Phys Discussion, 2006.
Krasnoselskikh, V., V. Lobzin, K. Musatenko, J. Soucek, Iver Cairns, and J. Pickett ,
Beam-plasma interaction in randomly inhomogeneous plasmas and statistical properties of
small-amplitude Langmuir waves in the solar wind and electron foreshock, J. Geophys. Res.,
submitted, 2006.
Lasue J., A.-C. Levasseur-Regourd, E. Hadamcik, et J.-B. Renard, Light scattering by
coated spheres:experimental results and numerical simulations, JQSRT, en revision, 2006.
Lazurenko, A., T. Dudok de Wit, C. Cavoit, V. Krasnoselskikh, A. Bouchoule, M. Dudeck,
Determination of the electron anomalous mobility through measurements of turbulent
magnetic field in Hall thrusters, Physics of Plasmas, soumis, 2006.
Lilensten, J., T. Dudok de Wit, P.-O. Amblard, J. Aboudarham, F. Auchère et M.
Kretzschmar, How to choose an observed set of solar lines for aeronomy driven applications,
Annales Geophysicae, soumis, 2006.
Lobzin,V.V., V. Krasnoselskikh, J.-M. Bosqued, S. J. Schwartz, and M. Dunlop,
Nonstationarity and Reformation of High-Mach Number Shocks: CLUSTER Observations,
Geophys. Res. Lett., submitted, 2006.
Pommereau J.-P., A. Garnier, G. Held, A.-M. Gomes, F. Goutail, G. Durry, F. Borchi, A.
Hauchecorne, Ph. Cocquerez, G. Letrenne, F. Vial, A. Hertzog, B. Legras, I. Pisso, J.A. Pyle,
N.R.P. Harris, R. L. Jones, A. Robisnson, G. Hansford, L. Eden, T. Gardiner, B. Knudsen,
N. Larsen, J. Nielsen, T. Christensen, F. Cairo, M. Pirre, V. Marécal , N. Huret, E. Rivière,
H. Coe, D. Grosvenor, K. Edvarsen, G. Di Donfranscesco, Ph. Ricaud, K. Longo and S.
Freitas, An overview of the HIBISCUS campaign, submitted to Atmos. Chem. Phys
Discussion, 2006.
Theureau, G., El Bakri, N., Paturel, G., 2006b, “Tracing galaxy morphology from global
astrophysical parameters”, soumis à A&A, 2006.
Autres publications citées
Arnold, S.T., J. V. Seeley, J.S. Williamson, P.L. Mundis, A.A. Viggiano, New Apparatus for
the Study of Ion-Molecule Reactions at Very High Pressure (25-700 Torr): A Turbulent Ion
Flow Tube (TIFT) Study of the Reaction of SF6- + SO2, J. Phys. Chem., 104, 5511-5516,
2000.
Baumgardner D., G. Kok et G. Raga, Warming of the Arctic lower stratosphere by ligh
absorbing particles, Geophys. Res. Lett. 31, L06117, doi:10.129/2003GL018883, 2004.
Berthet G., J.-B. Renard, C. Brogniez, C. Robert, M. Chartier, et M. Pirre, Optical and
near-infrared domains. I. Analysis of aerosol extinction spectra from the AMON and
SALOMON balloonborne spectrometers, Appl. Opt. 41, 7522-7539, 2002.
Blake D. F. et K. Kato, Latitudinal distribution of black carbon soot in the upper troposphere
and the lower stratosphere,” J. Geophys. Res. 100, 7195-7202, 1995.
Blom, C.E., et al., Validation of MIPAS temperature profiles by stratospheric balloon and
aircraft measurements, Proceedings of the Atmospheric Chemistry Validation of ENVISAT
(ACVE2) meeting, ESA SP-562, 2004.
Butz, A., Case studies of nitrogen, chlorine and iodine photochemistry based on balloonborne UV/Visible and IR absorption spectroscopy, Thèse de l’Université Paris VI, 5 juillet
2006.
17
Publications
Camy-Peyret, C., et al., Validation of MIPAS N2O profiles by stratospheric balloon, aircraft
and ground based measurements, Proceedings of the Atmospheric Chemistry Validation of
ENVISAT (ACVE2) meeting, ESA SP-562, 2004a.
Camy-Peyret, C., et al., Validation of MIPAS N2O profiles by stratospheric balloon, aircraft
and ground based measurements, Proceedings of the Atmospheric Chemistry Validation of
ENVISAT (ACVE2) meeting, ESA SP-562, 2004b.
Canty, T., E .D. Rivière, R.J. Salawitch, G. Berthet, J.-B. Renard, K. Pfeilsticker, M. Dorf,
A. Butz, H. Bösch, R.M. Stimpfle, D.M. Wilmouth, E.C. Richard, D.W. Fahey, P.J. Popp,
M.R. Schoeberl, L.R. Lait, and T.P. Bui, Nighttime OClO in the winter Arctic vortex, J.
Geophys. Res., 110, D01301, doi :10.1029/2004JD005035, 2005.
Chipperfield, M. P., T. Glassup, I. Pundt, O. V. Rattigan, Model calculations of stratospheric
OBrO indicating very small abundances, Geophys. Res. Lett., 25, 3575-3578, 1998.
CLUSTER at the Bow Shock: Status and Outlook, Scholer, M., Thomsen, M. F., Burgess,
D., Bale, S. D.; Balikhin, M. A., Balogh, A., Horbury, T. S., Krasnoselskikh, V. V.,
Kucharek, H., Lucek, E. A., Lembege, B., Moebius, E., Schwartz, S. J., Walker, S. N., Space
Science Reviews, v. 118, Issue 1-4, pp. 223-227, 2005.
CLUSTER at the Bow Shock: Introduction, Balogh, A., Schwartz, S. J., Bale, S. D.,
Balikhin, M. A., Burgess, D., Horbury, T. S., Krasnoselskikh, V. V., Kucharek, H.,
Lembege, B., Lucek, E. A., Moebius, E., Scholer, M., Thomsen, M. F., Walker, S. N., Space
Science Reviews, v. 118, Issue 1-4, pp. 155-160, 2005.
Cognard, I., Bourgois, G., Lestrade, J.-F., Biraud, F., Aubry, D., Darchy, B., Drouhin, J.-P.,
"An Extreme Scattering Event in the direction of the millisecond pulsar 1937+21", Nature,
366, 320, 1993.
"High-Precision timing observations of the millisecond pulsar PSR 1821-24 at Nancay",
A&A, 311, 179, 1996.
"High-Precision timing observations of the millisecond pulsar PSR 1937+21 at Nancay",
A&A, 296, 169, 1995.
Cognard, I., Lestrade, J.-F., "DM variations observed in the direction of the millisecond
pulsar PSR B1821-24", A&A, 323, 211, 1997.
Cognard, I., Shrauner, J.A., Thorsett, S.E., Taylor J.H., "Giant radio pulses from a
millisecond pulsar", ApJ, 457, L81, 1996.
Cortesi, U., et al., MIPAS ozone validation by stratospheric balloon and aircraft
measurements, Proceedings of the Atmospheric Chemistry Validation of ENVISAT
(ACVE2) meeting, ESA SP-562, 2004.
De Gouw J., C. Warneke, T. Karl, G. Eerdekens, C. Van Der Veen and R. Fall, Sensitivity
and specificity of atmospheric trace gas detection by proton-transfer-reaction mass
spectrometry, Int. J. Mass Spectrom., 223/224, 365-382, 2003.
Donsig, H.A. and J.C. Vickerman, Dynamic and static secondary ion mass spectrometry
studies of the solvation of HCl by ice, J. Chem. Soc. Faraday Trans., 93, 2755-2761, 1997
Donsig, H.A., D. Herridge and J.C. Vickerman, Static SIMS studies of reactions on mimics
of polar stratospheric clouds III: Mechanism of chlorine nitrate decomposition and recation,
J. Phys. Chem. A, 103, 9211-9220, 1999.
Fahey, D.W., et al, The detection of large HNO3-containing particles in the winter Arctic
stratosphere, Science, 291,1026-1031, 2001.
Flocke, F., R.L. Herman, R.J. Salawitch, E. Atlas, C.R. Webster, S.M. Schauffler, R.A.
Lueb, R.D. May, E. J. Moyer, K.H. Rosenlof, D.C. Scott, D.R. Blake, T.P. Bui, An
18
Publications
examination of chemistry and transport processes in the tropical lower stratosphere using
observations of long-lived and short-lived compounds obtained during STRAT and
POLARIS, J. Geophys. Res., 104(D21), 26625, doi:10.1029/1999JD900504, 1999.
Gao, R.S., et al., Partitioning of the reactive nitrogen reservoir in the lower stratosphere of
the southern hemisphere: Observations and modelling, J. Geophys. Res., 102, 3935-3949,
1997.
Hippler, H., S. Nasterlack and F. Striebel, Reaction of OH + NO2 +M: Kinetic evidence of
isomer formation, Phys. Chem. Chem. Phys., 4, 2959-2964, 2002.
Hoskins, B.J., Towards a PV-θ view of the general circulation, Tellus, Ser.A/B, 43, 27-35,
1991.
Knighton, W.B., E.P. Grimsrud, in Advances in Gas phase ion chemistry: Vol. 2, N.G.
Adams and L.M. Babcock Eds, JAI Press, London, 1996.
Legras, B., Pisso, I., Berthet, G., and F. Lefèvre, Variability of the Lagrangian turbulent
diffusivity in the lower stratosphere, Atmos. Chem. Phys., 4, 1605-1622, 2005.
Lesar, A., S. Prebil, M. Mülhauser and M. Hodoseek, Conformational potential energy
surface of BrOONO, Chem. Phys. Lett., 368, 399-407, 2003.
Lestrade, J.-F., Rickett, B.J., Cognard, I., "Interstellar Modulation of the flux and arrival
time of pulses from pulsar PSR B1937+21", A&A, 334, 1068, 1998.
Lindinger W., A. Hansel and A. Jordan, On-line monitoring of volatile organic compounds
at pptv levels by means of proton-transfer-reaction mass spectrometry (PTR-MS) medical
applications, food control and environmental research Pages, Int. J. Mass Spectrom., 173,
191-241, 1998.
Marchand, M., S. Bekki, L. Denis, J.-P. Pommereau and B.V. Khattatov, Test of the
nighttime polar stratospheric NO2 decay using wintertime SAOZ measurements and
chemical data assimilation, Geophys. Res. Lett., 30(18), doi:10.1029/2003GL017582, 2003.
Mébarki, Y., Etude des réservoirs chlorés dans la haute troposphère – basse stratosphère
tropicale à l’aide de mesures sous-ballons, Rapport de stage du master 2 Energétique et
Environnement, Université d’Orléans, 2006.
Michelsen, H.A., G.L. Manney, M.R. Gunson, C.P. Rinsland and R. Zander, Correlations of
stratospheric abundance of CH4 and N2O derived from ATMOS measurements, Geophys.
Res. Lett, 25(15), 2777-2780, 1998.
Moylan, C.R., J.I. Brauman, The double well model for ion-molecule reactions, in Advances
in Classical Trajectory Methods: Vol. 2, W.L. Hase (Ed.),JAI Press, London, 95-115, 1994.
Oelhaf, H., et al., Validation of MIPAS-ENVISAT version 4.61 HNO3 operational data by
stratospheric balloon, aircraft and ground-based measurements, Proceedings of the
Atmospheric Chemistry Validation of ENVISAT (ACVE2) meeting, ESA SP-562, 2004.
Paturel, G., G. Theureau, P. Fouqué, J.N. Terry, I. Musella, T. Ekholm, Calibration of the
distance scale from galactic Cepheids I. Calibration based on the GFG sample, A&A, 383,
398, 2002A.
Paturel, G., P. Teerikorpi, G. Theureau, P. Fouqué, I. Musella, J.N. Terry, Calibration of the
distance scale from galactic Cepheids II. Use of the Hipparcos calibration, A&A, 389, 19,
2002B.
Payan, S., C. Camy-Peyret, P. Jeseck, T. Hawat, M. Pirre, J.-B. Renard, C. Robert, F.
Lefèvre, H. Kanzawa, and Y. Sasano, Diurnal and nocturnal distribution of stratospheric
NO2 from solar an,d stellar occultation measurements in the Arctic vortex: Comparison with
models and ILAS satellite measurements, J. Geophys. Res., 104(D17), 21,585-21,593, 1999.
Pisso, I., Thèse de l’Université Paris VI, 2006
19
Publications
Pöschl U., J. Williams, P. Hoor, H. Fischer, P. J. Crutzen, C. Warneke, R. Holzinger, A.
Hansel, A. Jordan, W. Lindinger, H. A. Scheeren, W. Peters and J. Lelieveld, High Acetone
Concentration throughout the Troposphere over the Tropical Rainforest in Surinam, J.
Atmos. Chem., 38, 115-132, 2001.
Poulet, G., T. Lancar, G. Laverdet, and G. Le Bras, Kinetics and products of the BrO + ClO
reaction, J. Phys. Chem., 94, 278-284, 1990.
Pueschel R. F. , S. Verma, H. Rohatschek, G. V. Ferry, N. Boiadjieva, S. D. Howard, and A.
W. Strawa, Vertical transport of anthropogenic soot aerosol into the middle atmosphere, J.
Geophys. Res. 105, 3727-3736, 2000.
Pundt, I., J.-P. Pommereau, C. Phillips, and E. Lateltin, Upper limit of iodine oxide in the
lower stratosphere, J. Atmos. Chem., 30, 173-185, 1998.
Quasi-parallel Shock Structure and Processes, Burgess, D., Lucek, E. A., Scholer, M., Bale,
S. D., Balikhin, M. A., Balogh, A., Horbury, T. S., Krasnoselskikh, V. V., Kucharek, H.,
Lembege, B.; Moebius, E.; Schwartz, S. J., Thomsen, M. F., Walker, S. N., Space Science
Reviews, v. 118, Issue 1-4, pp. 205-222, 2005.
Quasi-perpendicular Shock Structure and Processes, Bale, S. D., Balikhin, M. A., Horbury,
T. S., Krasnoselskikh, V. V., Kucharek, H., Moebius, E., Walker, S. N., Balogh, A., Burgess,
D., Lembege, B., Lucek, E. A., Scholer, M., Schwartz S. J., Thomsen, M. F., Space Science
Reviews, v. 118, Issue 1-4, pp. 161-203, 2005.
Randall, C.E., et al, Stratospheric effects of energetic particle precipitation in 2003-2004,
Geophys. Res. Lett. 32, L05802, doi:10.1029/2004GL022003, 2005.
Renard, J.-B., M. Chipperfield, G. Berthet, F. Goffinont-Taupin, C. Robert, M. Chartier, W.
Feng, and M. Pirre, Estimation of temperature dependence of NO3 cross-sections using
remote sensing measurements by balloon-borne instruments, J. Atmos. Chem., 51, 65-78,
doi:10.1007/s10874-005-5983-8, 2005.
Renard J.-B. , G. Berthet, C. Robert, M. Chartier, M. Pirre, C. Brogniez, M. Herman, C.
Verwaerde, J.-Y. Balois, J. Ovarlez, H. Ovarlez, J. Crespin, et T. Deshler, Optical and
near-infrared domains. II. Comparison of extinction, reflectance, polarization and counting
measurements,” Appl. Opt. 41, 7540-7549, 2002.
Renard J.-B., J.-C. Worms, T. Lemaire, E. Hadamcik et N. Huret, Light scattering by dust
particles in microgravity : polarization and brightness imaging with the new version of the
PROGRA2 instrument, Applied Optics, 41, 4, 609-618, 2002.
Rex, M., et al., Chemical depletion of Arctic ozone in winter 1999/2000, J. Geophys. Res.,
107(D20), 8269, doi:10.1029/2001JD000620, 2002.
Rivière, E.D., M. Pirre, G. Berthet, F.G. Taupin, N. Huret, M. Chartier, B. Knudsen, and F.
Lefèvre, On the interaction between nitrogen and halogen species in the Arctic polar vortex
during THESEO and THESEO 2000, J. Geophes. Res., 107, 8311,
doi :10.1029/2002JD002087 [printed 108(D5), 2003], 2002.
Rosenlof, K.H., A.F. Tuck, K.K. Kelly, J.M. Russell III and M.P. McCormick, Hemispheric
asymmetries in water vapor and inferences about transport in the lower stratosphere, J.
Geophys. Res., 102(D11), 13,213-13,234, 1997.
Sander S.P., R.R. Friedl, D.M. Golden, M.J. Kurylo, R.E. Huie, V.L. Orkin, G.K. Moortgat,
A.R Ravishankara, C.E. Kolb and M.J. Molina, Chemical Kinetics and photochemical data
for use in atmospheric studies, Evaluation number 14, JPL publication 02-25, 2002.
Solomon, S., R. R. Garcia, and A. R. Ravishankara, On the role of iodine in ozone depletion,
J. Geophys. Res., 99, 20,491-20,499, 1994.
20
Publications
Spañel P. and D. Smith, A selective ion flow tube study of the reactions of NO+ and O2+ ions
with some organic molecules: The potential for trace gas analysis of air, J. Chem. Phys., 104,
1893-1899, 1996.
Spañel P., Y. Ji and D. Smith, SIFT studies of the reactions of H3O+, NO+ and O2+ with a
series of aldehydes and ketones, Int. J. Mass Spectrom. Ion Process., 165/166, 25-37, 1997.
Solomon, S., R. R. Garcia, and A. R. Ravishankara, On the role of iodine in ozone depletion,
J. Geophys. Res., 99, 20,491-20,499, 1994.
Stowasser, M., Oelhaf, H., Ruhnke, R., Kleinert, A., Wetzel, G., Friedl-Vallon, F., Kouker,
W., Lengel, A., Maucher, G., Nordmeyer, H., Reddmann, Th., and Fischer, H., The variation
of short-lived NOy species around sunrise at mid-latitudes as measured by MIPAS-B and
calculated by KASIMA, Geophys. Res. Lett, 30, 1432, doi:10.1029/2002GL016727, 2003.
Troe J., Predictive possibilities of unimolecular rate theory, J. Phys. Chem., 83, 114-126,
1979.
Urban J., et al., Odin/SMR limb observations of stratospheric trace gases : Validation of
N2O, J. Geophys. Res., 110, D09301, doi:10.1029/2004JD005394, 2005.
Vickerman, J.C., and D. Briggs (Ed.), TOF-SIMS : Surface Analysis by Mass Spectrometry,
2001 IM Publications, 2001.
Wetzel, G., et al., Validation of MIPAS-ENVISAT version 4.61 operational data: NO2,
Proceedings of the Atmospheric Chemistry Validation of ENVISAT (ACVE2) meeting, ESA
SP-562, 2004.
Williams J., U. Pöschl, P. J. Crutzen, A. Hansel, R. Holzinger, C. Warneke, W. Lindinger,
and J. Lelieveld, An Atmospheric Chemistry Interpretation of Mass Scans Obtained from a
Proton Transfer Mass Spectrometer Flown over the Tropical Rainforest of Surinam, J.
Atmos. Chem., 38, 133-166, 2001.
WMO (World Meteorological Organization), Scientific Assessment of Ozone Depletion:
2002, Global Ozone Research and Monitoring Project–Report No. 47, 498 pp., Geneva,
2003.
21
DOCUMENT 3
Institut des Sciences de la Terre d'Orléans
2008 - 2011
2
SOMMAIRE
I - Présentation du projet scientifique de l’ISTO
1
II 1 - Processus Organo-Minéraux dans les Milieux Naturels
2
Dynamique de la matière organique dans les environnements actuels et récents
Contrôle de la formation des phases minérales par les macromolécules complexes
Réactivités Argiles - Matière Organique – Métaux
II 2 - Transferts continentaux - Forçages anthropique, climatique et géodynamique
4
7
10
13
Interactions Homme- Climat- Erosion sur les environnements alpins durant l’Holocène 15
Interactions Orogenèse – Climat – Erosion en Asie centrale durant le Cénozoïque
17
II 3 - Géodynamique des zones de convergence, marqueurs et modélisation
Marqueurs cinématiques, thermo-chronologiques et gîtologiques du
désépaississement crustal
Géodynamique et minéralisations : de l’arc à la collision
Modélisation intégrée 4D de la déformation crustale ; cinématique de l'extension
continentale diffuse en Asie orientale
II 4 - Structures, Propriétés de Transport et de Stockage des Géomatériaux
Géomatériaux poreux : de la caractérisation microscopique aux propriétés de
transfert. Application aux sols et aux pierres du patrimoine bâti
Interaction fluides – solides : sequestration du CO2 et comportement de l’eau
métastable
Paramètres physiques des paléo-circulations de fluides : modélisation,
développements méthodologiques et applications
II 5 - Propriétés physico-chimiques et dynamiques des magmas
Déformation expérimentale et rhéologie des magmas
Dynamique des systèmes magmatiques
Mesures expérimentales des propriétés électriques et sismiques des magmas
et de leur zone source
20
21
24
27
29
32
35
38
42
44
47
51
I -
Présentation du projet scientifique de l’ISTO
Le projet scientifique de l’ISTO pour 2008–2011 organise la recherche autour de projets de recherche plutôt
qu’autour d’équipes thématiques comme lors des deux précédents quadriennaux. Cette évolution s’inscrit
dans la continuité des évolutions ayant eu lieu dans le cadre du quadriennal en cours avec l’introduction de
projets transversaux aux équipes thématiques.
La réflexion a été conduite avec la volonté de faire émerger des projets novateurs tout en valorisant le
potentiel recherche de l’ISTO et ceci indépendamment de la géométrie des équipes telles que nous les
connaissons depuis la création de l’ISTO. Il était attendu que des chercheurs ou enseignants-chercheurs
prennent l’initiative de tels projets, et de la sorte prennent la responsabilité de conduire ces projets au sein
du projet quadriennal.
Des projets au sein de grands programmes
La réflexion conduite au cours de l’année 2006 a par conséquent eu pour objectif d’identifier des projets
avec comme contrainte que chacun d’eux soit :
Porté par un chercheur ou un enseignant-chercheur qui aura la responsabilité de le gérer au cours du
quadriennal ;
Défini par une problématique et un objectif scientifique clairement explicité ;
Réunisse au moins 1,5 ETP de personnels chercheurs ou enseignants-chercheurs appartenant à
l’ISTO ;
Et que les moyens humains et matériels soient en majorité disponibles au sein de l’ISTO ou grâce à des
collaborations.
Une vingtaine de projets a ainsi été proposée. Plusieurs projets se recoupant et/ou ne réunissant pas les
critères fixés, la vingtaine de projets a finalement été réduite aux 13 projets élémentaires qui constituent le
projet scientifique de l’ISTO pour 2008 – 2011. On remarquera qu’une proportion élevée de ces projets a
pour responsable des " jeunes chercheurs " qui en ont été les initiateurs dès le démarrage de la réflexion en
janvier – février 2006.
1
II-1
Grand Programme :
Processus Organo-Minéraux dans les Milieux Naturels
Coordinateur : Jean-Robert DISNAR
Problématique
Ce grand programme rassemble trois projets qui s’intéressent à la réactivité de la matière organique
naturelle (MO), de l’échelle globale à moléculaire.
Le projet " Dynamique de la matière organique dans les environnements actuels et récents " (DYNAMO)
s’attache à la réactivité intrinsèque de la MO, c’est-à-dire à l’ensemble des constituants organiques et aux
processus qui les affectent, les transforment et aboutissent in fine, soit à leur minéralisation, soit à leur
préservation en fonction des conditions de milieu et de l’activité des agents (essentiellement biologiques) de
leur évolution, sous la contrainte de forçages climatiques et/ou anthropiques. Les finalités de ce projet
peuvent soit lui être propres (stockage du carbone, accumulation de la MO pétroligène, reconstitutions
paléo-environnementales et/ou paléoclimatiques), soit venir en appui d’approches pluridisciplinaires telles
que celles qui s’attachent à l’étude des interactions entre MO et métaux et/ou phases minérales (cf. projets
ORGANOMIN et RAMOM). Compte tenu des objectifs que visent ce projet, ses cibles d’étude sont
prioritairement des environnements riches en MO : tourbières et sols hydromorphes, sédiments de
mangroves, de lacs et de zones d’upwelling.
Les projets " Contrôle de la formation de phases minérales par des moacromolécules complexes "
(ORGANMIN) et " réactivités argile – matière organique – métaux " (RAMOM) s’attachent tous deux à l’étude
des relations mutuelles de constituants organiques et de minéraux, et ce principalement à petite échelle, i.e.
respectivement celle de la molécule et du cristal, voire du cristallite. Le projet ORGANOMIN s’intéresse
d’abord au rôle mal connu que jouent des constituants organiques dans la cristallogenèse. Ainsi, la
carbonatogenèse est abordée via deux modèles " in vivo ", l’un, que l’on peut qualifier de " fermé ", est celui
des huitres Pinctadines, l’autre, plus ouvert, est celui des biofilms de milieux naturels tels ceux des lacs
hypersalins. Le premier est une étude du mécanisme de biominéralisation depuis l’étude du fluide
péricristallin jusqu’au biocristal, le second concerne les sécrétions polymériques extracellulaires (EPS).
L’exemplarité de ces systèmes permet d’associer à cette problématique, la fossilisation de micro-organismes
réalisée in vitro en appui à l’identification de signatures microbiologiques terrestres et extraterrestres (e.g.
Mars). Ces recherches s’inscrivent dans la thématiuqe transversale « EXOBIOLOGIE » de l’OSUC.
Quant au projet RAMOM, il s’intéresse aux relations MO-argiles-métaux sous des angles complémentaires.
Le premier concerne les processus d’association MO-argiles, par adsorption, et leur rôle dans la
préservation de constituants organiques. Le second s’intéresse aux transformations que peuvent subir les
minéraux argileux au contact de molécules organiques ou de métaux. Le premier axe vise essentiellement la
genèse des séries pétroligènes et le second, l’évolution des barrières de stockages et le devenir des
polluants. Un troisième volet qui vient assez naturellement s’ajouter aux deux précédents est celui de la
" spéciation " des éléments métalliques dont les deux vecteurs les plus souvent invoqués dans les milieux
naturels sont les argiles et MO.
Recrutements souhaités
Tous nos projets actuels en géochimie organique s’inscrivent dans une perspective de développement dans
le domaine de l’analyse moléculaire, notamment à des fins de traçage des sources des constituants
organiques et d’identification de leurs transformations diagénétiques (s.l.). Ainsi, à nos moyens en GC* et
GC/MS** (+ Pyrolyse/GC/MS) désormais traditionnels, viennent très prochainement s’ajouter un
13
15
couplage HPLC-irMS permettant l’analyse isotopique ( C, N) de composés organiques non volatils
2
(protéines, polysaccharides…). Une évolution de ce dispositif en GC/irMS*** est d’ores et déjà
prévue, l’acquisition d’une HPLC/MS**** pour analyse moléculaire de composés non volatils devenant aussi
indispensable à court terme.
Afin, d’exploiter au mieux l’ensemble de ces moyens, un renforcement de l’équipe s’avère indispensable tant
sur le plan technique que scientifique. Les recrutements souhaités dans le cadre du prochain quadriennal
sont un poste d'IR en (bio-)chimie organique statutaire spécialisé en HPLC-irMS et un chercheur en
biogéochimie organique moléculaire.
(*) GC= chromatographie en phase gazeuse ; (**) GC/MS= chromatographie en phase gazeusespectromètre de masse ; (***) HPLC/irMS= chromatographie liquide haute performance-rapport isotopiquespectromètre de masse ; (***) HPLC/MS= chromatographie liquide haute performance-spectromètre de
masse.
Projets d’équipement
Pyrolyseur Rock-Eval (jouvence)
Appareil de caractérisation rapide et essentielle de la matière organique (MO), mis au point par l’industrie
pétrolière à des fins de " screening ", le Rock-Eval est depuis des années l'instrument de base de
pratiquement toutes nos actions de recherche. Mis en œuvre pour l’analyse " à haute résolution " de séries
sédimentaires, il sert aussi à sélectionner des échantillons de sols ou sédiments à des fins d’analyses plus
fines.
Par rapport aux méthodes traditionnelles de dosage du carbone organique par combustion sous atmosphère
oxydante (Leco, Carmhograph...), la pyrolyse Rock-Eval est largement simplifiée par l'absence de toute
nécessité d'un traitement de décarbonatation préalable des échantillons, par attaque acide. Les résultats du
dosage du Carbone Organique Total sont parfaitement fiables. Par ailleurs, même pour des échantillons
renfermant de la matière immature qui sortent du champ d'application à finalité pétrolière pour lequel elle a
été conçue, la méthode fournit d'autres paramètres, notamment le IH, le IO, voire le Tmax, qui apportent des
informations tout à fait essentielles sur la qualité de la MO (composition, maturité…).
Le remplacement de l’appareil actuel, vieillissant et usé par l’analyse de dizaines de milliers d’échantillons
est primordial pour nos activités de recherche sur la matière organique.
Chromatographe en phase gazeuse avec interface de couplage à un spectromètre de masse pour les
isotopes stables (irMS déjà existant) et spectromètre de masse pour l’identification moléculaire couplé avec
une chromatographie liquide
L’acquisition de ces dispositifs s’inscrit dans la logique de développement de la plate-forme de géochimie
moléculaire de l’ISTO et consiste à compléter les équipements (Pyro)/GC/MS et HPLC/irMS existants, afin
de constituer une plate-forme analytique performante pour l’étude des matières organiques (lipides,
polysaccharides, protéines et leurs conjugués) complexes des milieux naturels.
L’ensemble des équipements souhaités doit ainsi permettre de constituer les deux dispositifs complets
suivants :
(1) le couplage d’un appareil de chromatographie gazeuse avec un spectromètre de masse pour les
isotopes stables (GC-irMS), devenu indispensable en géochimie de l’environnement pour le traçage de
composés lipidiques, dits "biomarqueurs".
(2) Un couplage chromatographie liquide-spectromètre de masse (HPLC-MS) pour l’identification des
structures moléculaires.
Avec ces équipements, l’ISTO disposera d’un panel analytique moléculaire et isotopique complet,
susceptible de permettre l’analyse d’un très grand nombre de composés présents dans les MO naturelles, et
répondant ainsi parfaitement aux exigences de nos projets de recherche actuels ou en préparation.
Microscope confocal équipé d’un microspectrofluorimètre à balayage laser et imagerie spectrale
confocale associée (demande soutenue par la FR STUC).
Outre la résolution spatiale qu’offre le microscope souhaité, sa spécificité réside dans l’identification par
fluorescence de constituants organiques préalablement marqués. Une telle approche histochimique permet
de comprendre la distribution spatiale à haute résolution des facteurs biotiques et abiotiques impliqués dans
divers processus environnementaux (biocalcification, dynamique de la MO à l’interface géo-biosphère …).
3
II-1.1 Dynamique de la matière organique
dans les environnements actuels et récents
Responsable : Fatima LAGGOUN - DEFARGE
1. Problématique
La matière organique (MO) des eaux, des sols et des sédiments, dérivent primordialement du matériel
carboné produit par les êtres vivants. Dès l’origine ceci confère aux constituants de cette MO, ou
" biomarqueurs ", une composition d’une très grande complexité, ainsi qu’une extrême sensibilité aux
conditions physico-chimiques de l’environnement dans lequel ils se trouvent. En effet, la composition de ces
biomarqueurs est fonction (i) de la nature de leurs sources biologiques (végétaux vasculaires,
phytoplancton, algues, microbes etc), mais aussi (ii) des transformations précoces qu’ils subissent dans le
milieu, sous l’influence de facteurs biotiques (activité microbienne) et abiotiques (T°, salinité, pH… ), régis
eux mêmes par des forçages climatiques ou anthropiques.
Extraire de l’analyse des biomarqueurs le maximum d’information possible, tant sur leur origine, que sur ce
qu’ils ont enregistré durant leur histoire supergène et sédimentaire, constitue l’objectif essentiel de ce projet.
La spécificité des méthodes mises en œuvre pour extraire cette information complexe (pyrolyse, isotopie…)
et pour l’exploiter impose à la fois, la maîtrise de leur analyse (identification et quantification) et celle de leur
signification, en fonction de conditions de milieu a priori variables (calibration). Transversale à toutes les
actions de recherche en géochimie organique, cette problématique a, par définition, ses objectifs propres,
i.e. l’identification de nouveaux marqueurs et leur calibration. Ces finalités imposent nécessairement l’étude
préalable de l’ensemble des processus de transformation qui affectent les biomarqueurs et qui in fine
aboutissent à leur disparition via les processus de minéralisation ou, inversement, à leur préservation et
ainsi à l’accumulation de la MO.
2. Objectifs
L’objectif général de ce projet est de comprendre les modalités de séquestration de la matière organique
(MO) dans la biogéosphère et ses répercussions sur le cycle biogéochimique global du carbone organique.
Ses finalités peuvent lui être propres (stockage du carbone, reconstitutions paléoenvironnementales et/ou
paléoclimatiques, accumulation de la MO pétroligène), soit venir en appui d’approches pluridisciplinaires
[interactions entre MO et métaux ou phases minérales (voir projets " Organo-minéralisation " et " Récativité
argile – matière organique – métaux ")]. Ces finalités admettent les objectifs spécifiques suivants :
a. Processus et marqueurs :
• Les processus de transformation qui affectent les biomarqueurs seront à identifier sur les différents états
physiques de la MO (dissous, colloïdal et particulaire). De par sa forte réactivité, la MO dissoute (MOD)
des eaux naturelles riches en MO constitue une cible tout à fait appropriée à l’étude de ces processus.
L’objectif spécifique est d'utiliser les variations de composition isotopique comme traceur de la réactivité de
certaines fractions de la MOD dans les sols, les sédiments et les milieux aquatiques. Ces études
bénéficieront de l'installation imminente du système de couplage HPLC-irMS et devront exploiter
l'expérience acquise en matière de séparation des fractions de MOD.
• Marqueurs organiques de sources, de processus et de forçage : l’objectif est d’identifier des nouveaux
traceurs des paramètres environnementaux et climatiques et de les calibrer à partir de la composition
moléculaire et isotopique de la MO sédimentaire : traceurs des communautés biologiques, de
paléotempératures (e.g. TEX86 et alcénones) et de paléoprécipitations (e.g. D/H moléculaire). L’utilisation
de ces marqueurs dans les archives sédimentaires servira ainsi à améliorer les reconstitutions paléoenvironnementales et paléoclimatiques (cf. §C).
b. Stockage de la MO dans la biogéosphère. Impact sur le cycle global du carbone
L’identification des biomarqueurs, tels que définis ci-dessus, ainsi que des processus qui les affectent au
cours de la diagenèse précoce permettra de préciser les modalités de transfert, de " stabilisation " et de
stockage à long terme du carbone organique dans les environnements de surface et les séries
sédimentaires. De plus, un effort particulier sera fait pour l’obtention de bilans de carbone et la
reconnaissance des flux individuels des divers constituants carbonés : MO " réactive " (tourbières) et MO
réfractaire, i.e. MO fossile remaniée (bassins versants). Ceci permettra d’apprécier le rôle de chacun de ces
flux dans le cycle global du carbone.
D’un point de vue général, ces recherches permettent également de répondre aux questions
concernant (i) le mode de préservation de la MO pétroligène, notamment dans les environnements
4
favorables à l’accumulation de MO, marine ou continentale, comme les upwelling côtiers ou les
deltas (ii) l’altération que les MO anciennes, diagénétisées, sont susceptibles de subir lorsqu’elles sont
naturellement ou non amenées au contact de l’atmosphère ou d’un milieu artificiel agressif.
c. Evolution des environnements au cours du Quaternaire. Impact du climat global
La variabilité temporelle de la séquestration du carbone qui s’enregistre dans les archives sédimentaires
permet de délivrer des informations de choix sur l’évolution des paléoclimats. L’objectif ici est d’étudier la
réaction des environnements continentaux et océaniques aux variations climatiques globales du type des
transitions Glaciaire-Interglaciaire du Quaternaire ou aux évènements climatiques abrupts du type Heinrich
ou Dansgaard-Eschger.
Pour ce faire, nous proposons de reconstituer l’évolution des paléoenvironnements, en terme climatique,
dans des séries continues, continentales et marines, situées à différentes latitudes, recouvrant soit le dernier
cycle climatique, soit une ou plusieurs transitions Glaciaire – Interglaciaire. La difficulté est de s’assurer un
calage chronostratigraphique rigoureux afin de caractériser au mieux les différences en intensité et/ou temps
de réponse entre Continent et Océan.
3. Mise en œuvre du projet
Compte tenu des objectifs annoncés, les cibles d’étude que vise ce projet sont prioritairement des
environnements riches en MO : tourbières et sols hydromorphes, mangroves, lacs et zones d’upwelling.
A la faveur d’un processus de " réaction-rétroaction ", des améliorations des techniques analytiques
classiques tant globales (C,N,S, Rock-Eval…) qu’ultrastucturales et moléculaires seront activement
poursuivies à la faveur de chaque application, dans un double objectif de recherche de précision et diversité
de l’information recherchée, mais aussi de multiplication du nombre d’analyses, visant notamment à
l’acquisition de données à haute résolution temporelle (e.g. acquisition, en 2006, d’un automate pour
fractionnements chromatographiques et d’un passeur automatique pour la CG-MS). Parmi les techniques les
12
13
plus complémentaires de notre palette instrumentale actuelle l’isotopie moléculaire C / C (acquisition du
couplage HPLC/irMS) offre de nouvelles perspectives pour la discrimination des sources des biomarqueurs,
voire la dynamique de la MO à travers le suivi de constituants moléculaires marqués. Une autre voie
d’innovation réside dans la liaison de la composition moléculaire des constituants organiques avec leur
structure tridimensionnelle. Ceci sera entrepris au travers d’approches histochimiques et d’imagerie 3D
(projet d’équipement en microscopie confocale) en utilisant des sondes moléculaires marquées.
4. Participants au projet
Permanents
P. Albéric (40 %), X. Bourrat (20 %), M. Boussafir (40 %), E. Chapron (20 %), C. Défarge, (30 %), C. Di Giovanni (40 %), J.-R. Disnar
(60 %), P. Gautret (30 %), F. Laggoun-Défarge (60 %), E. Lallier-Vergès (60 %).
ITA-IATOS : M. Hatton, D. Kéravis, N. Lottier, A Durand
Non permanents
- Y. Graz (doctorant, 2005-2008), M. Gurgel (doctorant, 2003-2007)
- 1 à 2 stages de recherche par an en Master 2
- 1 doctorant sur la période du quadriennal
5. Collaborations extérieures
INRA Sciences du Sol (Orléans), BRGM (Orléans), Univ. de Savoie (Chambéry), Lab. Ecologie (Toulouse), CEREGE et UMR IMEP
(Aix-Marseille), Lab. Chrono-Ecologie (Besançon), Lab. EcoBio (Rennes), IRD (Bondy), UMR BIOEMCO (Grignon), UMR EPOC
(Bordeaux), UMR 6143 (Rouen), Univ. Niteroi (Brésil), EPFL Lausanne, TUMBO Munich, MLURI Aberdeen (UK), Univ. d’Antofagasta
(Chili), Dept of Geography (Liverpool), Espace Naturel Comtois, Pôle National Tourbières (Besançon).
6. Programmes
ANR Métanox (G. Fonty, Univ. Clermont-Ferrand), PNEC/Mangroves Guyane, Prog. INSU - ECLIPSE (APHRODYTE, AUBRAC), Prog.
franco-suédois (Les Echets), Prog. AIMPACT de l’IRD, GDR Marges (Pérou-Chili en projet), IMAGES (Pérou), GIS bassins de Draix
" étude de l’érosion en montagne ", Prog. Environnement Région-Centre, ANR " Vulnérabilité : milieux et climat " (D. Gilbert, Besançon,
en cours de soumission), Prog. UE " Bioshale ", Prog. " FORPRO "
7. Références bibliographiques
Albéric P. , Viollier E., Jézéquel D., Grosbois C., Michard G. (2000). Interactions between trace elements and dissolved organic matter in
the stagnant anoxic deep layer of a meromictic lake. Limnology and Oceanography 45, 1088-1096.
Blanke R., Baudin F., Lallier-Vergès E., Bertrand P. (sous presse). Deep organic carbon sedimentation and space-time distribution since
the Last Glacial Maximum in coastal upwelling context: the Benguela current system example. Marine Geology.
Bourdon S., Laggoun-Défarge F., Maman O., Disnar J.-R., Guillet B. Derenne S., & Largeau C. (2000). Organic matter sources and
early diagenetic degradation in a tropical peaty marsh (Tritrivakely, Madagascar). Implications for environmental reconstruction
during the Sub-Atlantic. Organic Geochemistry, Vol. 31, pp.421-438.
5
Comont L., Laggoun-Défarge F., Disnar J.R. (à paraître). Evolution of organic matter indicators in response to major environmental
changes: the case of a formerly cutover peatbog (Le Russey, Jura Mountains, France). Organic Geochemistry.
Copard Y., Di-Giovanni Ch, Martaud T., Albéric P., Olivier J.E. (2006). Using Rock-Eval 6 pyrolysis for tracking fossil organic carbon in
modern environments: implications for the roles of erosion and weathering. Earth Surface processes and landforms 11, 135-153
Di-Giovanni Ch, Disnar J.-R.,.Macaire J.-J. (2002). Estimation of the annual yield of organic carbon released from carbonates and
shales by chemical weathering. Global and Planetary Changes,32, 2-3, 195-210.
Disnar J.-R., Stefanova M., Bourdon S. & Laggoun-Défarge F. (2005). Sequential fatty acids analysis of a peat core covering the last
two millennia (Tritrivakely lake, Madagascar): Diagenesis appraisal and consequences on palaeoenvironnemental reconstruction.
Organic Geochemistry, 36: 1391-1404.
Gautret P., Albéric P., Défarge C., Juchelka D. (2006). Origine et réactivité des matières organiques dissoutes complexes : une nouvelle
approche moléculaire des rapports isotopiques 13C/12C par couplage irm-LC/MS. Les matières organiques en France: Etat de l'Art
et Prospectives, Carqueiranne 22-24 janvier 2006.
Jacob J., Disnar J.-R., Boussafir M., Spadano Albuquerque A.L., Sifeddine A., Turq B. (2005). Pentacyclic triterpene methyl ethers in
recent lacustrine sediments (Lagao do Caço, Brazil). Organic Geochemistry, 36, 449-461.
Laggoun-Défarge F., Bourdon S., Chenu C., Défarge C. & J.-R. Disnar (1999). Etude des transformations morphologiques précoces des
tissus végétaux dans la tourbe du marécage de Tritrivakely (Madagascar). Apports des techniques de marquage histochimique en
MET et du cryo-MEB haute résolution. In: Structure et ultrastructure des sols et des organismes vivants. Elsass F. & Jaunet A.-M.
(Eds). INRA, Paris, pp. 169-182.
Marchand C., Disnar J. R., Lallier-Vergès E., Lottier N. (2005). Early diagenesis of carbohydrates and lignin in mangrove sediments
submitted to contrasted redox conditions (French Guiana). Geochim. Cosmo. Chim. Acta., 69: 131-142.
Pichevin L., Bertrand P., Boussafir M., Disnar J.-R. (2004). Organic matter accumulation and preservation controls in a deep sea
modern environment: an example from Namibian slope sediments. Organic Geochemistry, 35, 5, 543-559.
Sebag D, Disnar J.-R., Guillet B., Di-Giovanni Ch.,, Verrechia E. , Durand A. (2006). Monitoring organic matter dynamics in soils profiles
by Rock-Eval pyrolysis : bulk characterisation and quantification of degradation. Eur. Journ. Soil Sciences. 57, 344-355
6
II.1-2 Contrôle de la formation des phases minérales
par les macromolécules complexes
Responsable : Pascale GAUTRET
1. Problématique
Les mécanismes de minéralisation des carbonates sont essentiellement contrôlés par l’activité biologique, et
mettent en jeu des substances polymériques extracellulaires qui interagissent avec les cations et
développent des propriétés d'auto-organisation (Gautret et Trichet, 2005 ; Gautret et al., 2006). Leur prise en
compte est cruciale pour comprendre la différence fondamentale de structure et de cristallogenèse des
biocristaux comme ceux de la nacre (Rousseau et al., 2005a) ou du corail (Gautret, 2005 ; Gautret et al.
2000) avec des cristaux purement chimiques. Dans les biominéraux, des structures cristallines nanocomposites ont été récemment découvertes (Rousseau et al., 2005b). L'étude des processus de
biominéralisation, que se sont spécifiquement appropriés les organismes vivants au cours de l’évolution, est
importante pour appréhender les similitudes avec les processus naturels qui opèrent dans les
environnements microbiens (Gautret et al., 2004), pour lesquels le concept d’organominéralisation a été
introduit par l’ISTO (Trichet et Défarge, 1995). L’analyse de matériaux biogéniques carbonatés (mais aussi
non carbonatés) intègrera des approches complémentaires permettant de remonter aux processus qui les
ont initiés: identifier les composants organiques impliqués (biochimie et isotopie moléculaire), localiser aux
échelles nano- à micrométriques ces composants, tester expérimentalement leurs potentiels réactifs.
La compréhension des interactions organominérales est d’une grande importance en exobiologie (synthèse
prébiotique de molécules organiques sur des surfaces minérales, ou formation de minéraux par des matrices
organiques). En accord avec les objectifs de la Fédération STUC dans laquelle le groupe est fortement
impliqué, notre problématique tiendra compte de la diversité et l’originalité des cibles à explorer (milieux
extrêmes), de la diversité des phases minérales (silice, hydroxydes, sulfures, carbonates), ainsi que de
préoccupations techniques particulières imposées par la finalité " étude d’échantillons rares ou précieux ".
2. Objectifs scientifiques spécifiques du projet
Le premier aspect concerne la biominéralisation et le contrôle de la croissance des carbonates tel qu’il s’est
peu à peu organisé sous le contrôle biologique (Fig. 1). L’exemple qui sert de champ d’étude à l’ISTO est
celui de la nacre des Pinctadines. Cette thématique est développée avec les biologistes du MNHN de Paris
(équipe de E. Lopez). Un projet complémentaire intégrant l’équipe " Interaction protéine-protéine " du CBM
Orléans est en cours de maturation pour améliorer la compréhension du rôle individuel des protéines
(certaines étant impliquées dans l’inhibition de la précipitation de CaCO3 (Gautret et Trichet, 2005 ; Gautret,
2001) par modification in-vitro de séquences codant pour des sites fonctionnels essentiels des protéines
calcifiantes.
Fig. 1 Laguna de Chiprana, Espagne (projet ANR CYANOCARBO). A : Biofilm et sédiment superficiel. B : Cyanobactéries cooloniales
Microcoleus chthonoplastes et leurs EPS (gaines) dans le biofilm superficiel. C : Gaine cyanobactérienne en cours de dégradation
dans le sédiment. D : Précipitation de carbonate de calcium dans le réseau microalvéolaire des EPS (couche b du sédiment). E :
Stade de calcification avancée
7
Un 2ème aspect s’intéresse aux mécanismes de formation des microbialithes actuelles (ANR Cyanocarbo),
par l’élucidation des relations entre la physiologie ou l’écologie des cyanobactéries photosynthétiques, des
bactéries sulfato-réductrices et les variétés d’encroûtements calcaires qui leur sont associées. L’objectif
majeur est de déterminer les responsabilités des sécrétions polymériques extracellulaires (EPS) dans la
formation des carbonates au sein des biofilms complexes. Ce projet est mené en collaboration avec les
biologistes montpelliérains spécialistes en écologie bactérienne. Les communautés microbiennes des
milieux extrêmes seront étudiées dans le but de rechercher des signatures, de nature morphologique
(Défarge et al., 1996 ; Défarge, 1997 ; Orange et al., 2006) ou chimique (Gautret et al, 2006), des
interactions organominérales, qui pourraient être ensuite utilisées pour leur reconnaissance dans des roches
terrestres primitives ou des échantillons extraterrestres. Les premières cibles que nous aborderons (à partir
2007) sont des concrétions d’origine microbienne (cyanobactéries Scytonema et Schizothrix) liées à des
sources hydrothermales sous faible profondeur d’eau sur le côte de Nouvelle Calédonie (Golubic et Gamoin,
2004) et les phases minérales qui précipitent dans les formes érigées et les tapis à Beggiatoa des sources
thermales d’Aix les bains (collaboration CARRTEL, Université de Savoie). A plus long terme (à partir
2008 ?), nous explorerons une plus grande diversité de contextes du point de vue de la profondeur des
émissions, de leur température et de leur chimie.
Cette approche pourra être complétée par des expériences de fossilisation en laboratoire, en continuation
des travaux commencés par F. Orange (thèse CBM-ISTO).
L’étude des transformations diagénétiques sera abordée au sein d’un projet Européen en association avec
le CEREGE Aix-en-Provence, à partir d’une colonne de 600m couvrant tout le quaternaire (campagne IODP
Tahiti 2006). Dès 2007, deux régions des Alpes, affectées par la circulation de fluides hydrothermaux, seront
étudiées en vue de caractériser les états fossiles de calcifications microbiennes de milieux extrêmes : le
Trias des Dolomites (Italie) (Russo et al., 2006) et les Terres Noires du Callovo-Oxfordien (Bassin Subalpin
français) (Edon et al., 1995 : 1996).
Une extension de cette problématique concerne les mécanismes d'auto-assemblage des constituants
macromoléculaires de la MOD (matière organique dissoute) et de leur interaction avec les phases minérales
et les éléments dissous (Albéric et al., 2000) dans les milieux lacustres anoxiques (ANR Métanox).
L'intervention des EPS dans la bio ou organominéralisation des argiles et leur impact sur l'altération ou la
néoformation (authigenèse) des minéraux silicatés constituent un volet en veille qui pourrait être activé en
fonction de l'évolution du contexte.
3. Mise en oeuvre du projet
Les outils relèvent de la géologie de la matière organique sous ses deux aspects : géochimie organique et
approche structurale. Outre les moyens d’approche globale, l’ISTO dispose d’équipements d’analyse
moléculaire pour l’identification des lipides, sucres et protéines. Dès le début de ce quadriennal, s’ajoutera
un nouveau moyen d’investigation dans le domaine de la chromatographie couplée à la spectroscopie de
masse dédiée à la mesure des rapports isotopiques stables sur des grosses molécules (HPLC/irMS).
L’institut développe également une chaîne préparative de purification des phases organiques intraminérales
pour l’étude des organominéraux anciens nécessitant le traitement de quantités importantes de carbonate.
Dans le domaine des études structurales, la plateforme instrumentale repose sur un cryoMEB à émission de
champ, un MET (Univ d’Orléans), un AFM (CBM) diffraction-X poudre et texture, un spectromètre Raman et
l’accès aux gros instruments PIXE, Soleil ou NanoSims du Muséum. Ces études structurales couvrent les
aspects cristallographiques traditionnels mais surtout des techniques en cours d’élaboration adaptées aux
biocristaux. En effet, il s’agit de l’association intime à l’échelle nanométrique d’un cortège organique de
protéines, lipides et polysaccharides au sein du monocristal d’aragonite ou de calcite. Les techniques
d’étude envisagées sont le marquage isotopique, le marquage immuno-cytochimique, associés aux accès à
l’AFM, au NanoSims ou à nos techniques préparatives.
Par ailleurs, la cathodoluminescence (CL) est une méthode actuellement en cours d’évaluation pour
contribuer à la recherche de bio-traceurs dans les sédiments martiens (R&T " lampe à électrons destinée à
la CL ", financement CNES 2005-2006) (Barbin et al., 2004a,b). Les échantillons actuels et fossiles,
sélectionnés comme analogues terrestres, seront systématiquement testés de manière à constituer une
banque de spectres de référence.
Permanents
Pascale Gautret (70 %), Xavier Bourrat (80 %), Christian Defarge (70 %), Patrick Albéric (60 %), Claire Ramboz (15 %), Jean-Robert
Disnar (10 %), Mohamed Boussafir (10 %)
ITA-IATOS : Aude Durand, Nathalie Lottier
8
Non permanents
Un ingénieur ANR Nacre Fluide à plein temps, 1 CDD ANR Cyanocarbo
2 étudiants en thèse
Participants non ISTO
R. De Wit, Ecosystèmes lagunaires, Montpellier, UMR 5119 ; E. Lopez, M. Rousseau, Museum National d’Histoire Naturel de Paris ; G.
Camoin, CEREGE d’Aix-en-Provence ; H. Bénédetti, B. Vallée, F. Westall, Centre de Biophysique Moléculaire d’Orléans ; V. Barbin
"Groupe d'Etude sur les Géomatériaux (GEGENA) Reims ; C Gaillard, Univ. Lyon ; C. Lerouge, groupe EPI BRGM Orléans ; D.
Fontvieille, S. Viboud, CARRTEL Univ. Savoie ;
M. Stefani, Univ. Ferrare ; F. Russo, Univ. de Calabre ; M.C. Guerrero, Université de Madrid ; S. Weiner, Weizmann Institute of
Science, Rehovot, Israël ; Q. Feng, Tsinguha University à Pékin ; H. Cölfen, D. De Beer, Max Planck Institute in Bremen
5. Programmes nationaux et internationaux
En cours :
•
ANR Cyanocarbo 2005-2008, Mécanismes de précipitation de carbonate de calcium dans les biofilms photosynthétiques du lac
salé de Chiprana, Espagne (P. Gautret, coord.)
•
ANR Métanox 2006-2008, Biodiversité et métabolismes dans les systèmes aquatiques anoxiques (G. Fonty, Université BlaisePascal, Clermont-Ferrand)
•
PRA BT05-04 : Nacre : protéines et transmission de la structure dans la biominéralisation
•
2006-2009 demande ANR Nacre Fluide, Cristallogenèse de la nacre chez Pinctada (X. Bourrat coord.)
Demandes en cours :
•
2006-2009 EuroMARC, The deglacial sea-level and climatic changes: coral reef record in the South Pacific (G. Camoin coord,
CEREGE)
•
2007-2009 Egide PAI France/Italie Galilleo " Recherche de l’origine hydrothermale de minéralisations carbonatées anciennes "
Albéric P., Viollier E., Jézéquel D., Grosbois C., Michard G., 2000. Interactions between trace elements and dissolved organic matter in
the stagnant anoxic deep layer of a meromictic lake. Limnology and Oceanography 45, 1088-1096.
Barbin V., Gille P., MacGibbon J., Miko L., Ramboz C., Thomas R. & Westall F. “Cathodoluminescence for Planetary Probes”, NASA
Capability Roadmap Public Outreach Workshop, Scientific Instruments/Sensors, Robotic Access to Planetary Surfaces, Washington
DC, 2004a.
Barbin V., Gille P., Ramboz C., Thirkell L., Thomas R. & Westall F.. “Detection of past biological activity in Martian sediments by
Cathodoluminescence”. 32nd International Geological Congress, Florence, 2004b.
Défarge C., Trichet J., Jaunet A.-M., Robert M., Tribble J. & Sansone F.J. 1996. Texture of microbial sediments revealed by cryoscanning electron microscopy. J. Sediment. Res.. 66,. 935-947.
Défarge C. 1997. Apports du cryo-microscope électronique à balayage et du microscope électronique à balayage haute résolution à
l’étude des matières organiques et des relations organo-minérales naturelles. Exemple des sédiments microbiens actuels. C. R.
Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terres, 324, 553-561.
Edon M., Ramboz C., Gable R. 1995. Halocinèse au Jurassique dans le bassin Sud-Est (France): mise en évidence d'une anomalie
thermique dans le Trias profond. C.R.Acad. Sci., Paris 321, 185-192.
Edon M., Ramboz C., Volfinger M., Choi C.G.,Isabelle D. 1996. Apport de métaux par des fluides profonds de source évaporitique dans
l'Oxfordien du bassin S-E (France). Contribution de la microanalyse PIXE. C. R. Acad. Sci., Paris, 322 série IIa, 633-640.
Gautret, P., Camoin, G., Golubic, S., Sprachta, S., 2004. Biochemical control of calcium carbonate precipitation in modern lagoonal
microbialites, Tikehau Atoll, French Polynesia. Journal of Sedimentary Research 74, 462-478. Gautret P., Trichet J., 2005.
Automicrites in modern cyanobacterial stromatolitic deposits of Rangiroa, Tuamotu Archipelago, French Polynesia: biochemical
parameters underlaying their formation. Sedimentary Geology 178, 55-73.
Gautret P., De Wit R., Camoin G., Golubic S., 2006. Are environmental conditions recorded by the organic matrices associated with
precipitated calcium carbonate in cyanobacterial microbialites ? Geobiology 4, 93-107.
Gautret P. 2001. Biochemical features of intraskeletal organic matrices within sponge and coral aragonites: implication for diagenetic
pathways. Bull. Tokohu Univ. Museum 1, 155-163.
Gautret, P., 2000. Les matrices organiques intrasquelettiques des scleractiniaires récifaux: évolution diagénétique précoce de leurs
caractéristiques biochimiques et conséquences pour les processus de cimentation. Geobios, 33(1), 73-78.
Gautret, P., Cuif, J.P., Stolarski, J., 2000. Organic components of the skeleton of scleractinian corals – evidence from in situ acridine
orange staining.- Acta Palaeontologica Polonica, 45,107-118.
Golubic S., Camoin G. 2004. Carbonate biomineralization along a coastal thermal spring. In “Microbialites and microbial communities in
sedimentary systems”, G. Camoin & P. Gautret Eds, Publication ASF, Paris, n°46, p. 59
Orange F., Westall F., Disnar J.-R., Prieur D., Défarge C., 2006. Experimental silicification of extremophilic Archaea, Methanococcus
jannaschii. Applications for the search of evidence of life in early Earth and extraterrestrial rocks. European Geosciences Union,
Vienna, April 2006.
Rousseau, M., Evelyne Lopez, Philippe Stempflé, Marcel Brendlé, Loïc Franke, Alain Guette, Roger Naslain and Xavier Bourrat, 2005.
Multiscale structure of sheet nacre, Biomaterials 26(31), :6254-62
Rousseau, M., Evelyne Lopez, Alain Couté, Gérard Mascarel, David C. Smith, Roger Naslain and Xavier Bourrat,Sheet nacre growth
mechanism: a Voronoi model, Journal of Structural Biology, 2005;49:149-57.
Russo F, Gautret P., Mastandrea A., Perri E. 2006. Syndepositional cements associated with nonnofossils in the Marmolada Massif :
Evidences of microbially mediated primary marine cements? (Middle Triassic, Dolomites, Italy). Sed. Geol. 185, 267-275.
Trichet, J. et C. Défarge, Bull. Inst. Océanogr. Monaco, 1995, 14 (2), 203-236
9
II.1.3 Réactivités Argiles - Matière Organique – Métaux
Responsable : Fabrice MULLER
1. Problématique
Ce sujet interdisciplinaire a vu le jour suite aux recommendations du dernier comité d’évaluation de l’UMR.
Cette problématique organo-minérale bénéficie des compétences dont dispose l’ISTO, que ce soit l’étude de
la matière organique (MO), la physico-chimie des argiles ou la synthèse de minéraux argileux. Sous cette
impulsion, deux sujets de thèses ont émergé à un an d’intervalle. L’un des sujets était axé sur les aspects
adsorption de MO sédimentaire et le rôle que joueraient les argiles dans la préservation de la MO
pétroligène. L’autre sujet s’intéressait aux transformations que peuvent subir les minéraux argileux au
contact de molécules organiques, appliquées à notre environnement proche, comme par exemple l’évolution
des argiles dans les barrières de stockages et le devenir des polluants. L’association des interactions
argiles/métaux et métaux/MO vient enrichir ce sujet et constitue une évolution logique dans le
développement de cette problématique puisque les argiles et la MO constituent les principaux vecteurs des
éléments métalliques dans notre environnement. Des expérimentations réalisées à l’ISTO sur des matériaux
argileux naturels compactés et infiltrés avec des solutions métalliques (Cu, Ni, Pb) ont montré que ces
argiles perdaient rapidement leurs propriétés de gonflement, de cohésion, et devenaient plus perméables
(Jullien et al., 2002 ; Jozja et al., 2006).
Les deux thèses citées précédemment nous ont fourni des résultats aussi intéressants que surprenants
(Drouin et al. 2005a, 2005b, 2006; Gautier et al. 2006) et soulèvent quelques interrogations scientifiques qui
méritent des réponses concrètes basées sur le développement et l’acquisition d’expérimentations récentes.
En effet, l’étude de l’influence des interactions physico-chimiques MO/métaux dans les environnements
naturels et anthropiques de surface est très complexe et dépend beaucoup de leur interaction avec les
phases minérales, et notamment argileuses. Le complexe argile - matière organique représente un
compartiment majeur des sols, des sédiments et des roches sédimentaires mais reste très peu étudié à
cause des frontières interdisciplinaires. Au sein des matériaux et enveloppes terrestres, le champ des
propriétés liées à la présence du complexe argile-MO est extrêmement large et bénéficie d'approches très
diverses; propriétés agronomiques et mécaniques des sols, état de l'eau dans les sols, transfert des
polluants métalliques et xénobiotiques, préservation de la MO sédimentaire. Parmi ces différentes
problématiques, nous avons identifié plusieurs axes de recherche situés dans la continuité des actions déjà
engagées tout en souhaitant développer des thèmes novateurs rendus possibles grâce à l'acquisition de
matériels analytiques nouveaux et à la fédération de compétences nouvelles.
Cette problématique fédératrice et interdisciplinaire est axée sur l’étude des phénomènes de l’adsorption par
les argiles des composés organiques, métalliques voire organométalliques, et l’influence de ces interactions
sur la structure, la texture et la stabilité du matériau argileux. Le devenir de ces assemblages mérite
également une attention particulière, à savoir le comportement des complexes organo-argileux vis-à-vis de
la dégradation organique ou la stabilité des complexes argiles - matière organique -métaux vis-à-vis de la
protection de l’environnement et notamment le relargage possible des polluants. Les physiciens,
minéralogistes et organiciens de notre groupe fourniront les compétences scientifiques et techniques
nécessaires à l’aboutissement des objectifs fixés dans ce projet.
2. Objectifs
L'objectif principal est d'améliorer la connaissance des mécanismes responsables de la réactivité et du
transfert des éléments métalliques et des composés organiques au contact des matériaux argileux, aussi
bien dans les milieux naturels que dans les barrières ouvragées. Ce projet est décliné en trois actions
complémentaires.
La première action concerne l’étude des mécanismes physico-chimiques d’interactions et leur influence sur
le matériau argileux. La compréhension de ces mécanismes permettra de prédire le comportement d'une
argile dans un environnement donné et de remédier et anticiper ainsi les problèmes environnementaux en
choisissant le matériau le mieux adapté.
La deuxième action concerne l’étude de l’évolution des propriétés macroscopiques des argiles au contact de
cations, métaux et/ou molécules organiques en solution afin de prévoir le comportement à long terme de ces
argiles. L’accent sera mis sur la compréhension des mécanismes responsables de l’évolution de la
perméabilité.
La troisième action concerne l’étude de la réactivité argiles/MO avec une finalité organo-sédimentaire et
s’intéresse plus particulièrement aux mécanismes d’incorporation de la MO dans les sédiments. Il
10
s’agit du rôle des argiles dans la préservation de la MO sédimentaire en général, et pétroligène en
particulier.
3. Mise en œuvre
Plusieurs de nos actions seront basées sur l’utilisation des dispositifs de percolation sous pression contrôlée
(œdomètre) permettant d'imposer à des colonnes de différentes argiles un flux hydrique chargé en métaux
et/ou en composés organiques. D’autres simulations du milieu naturel seront entreprises, telles que des
chambres environnementales, ou des expérimentations in vivo.
Pour comprendre les principaux mécanismes responsables de l’évolution des propriétés des argiles (ex :
adsorption à la surface des feuillets et/ou dans les espaces interfoliaires), il est indispensable de contraindre
au mieux le système, et donc de travailler sur des argiles naturelles de référence, ou mieux, sur des argiles
de synthèse, monophasées et dont le déficit de charge, tétraédrique ou octaédrique, pourra être fixé. Les
synthèses hydrothermales seront réalisées à l’ISTO dans des autoclaves à chauffage externe.
Jusqu'à présent les interactions entre les argiles de référence et des molécules organiques caractérisées par
des groupements fonctionnels simples (thèse de M. Gautier) ont été étudiées. Cette étape était essentielle
pour la compréhension des phénomènes physico-chimiques aux interfaces organominérales en milieux
naturels. Afin de simuler au mieux les conditions réelles, nous allons maintenant considérer des milieux
organiques plus complexes. Les informations à l'échelle du feuillet seront obtenues par FTIR (existence et
suivi d'une interaction), par diffraction des rayons X (DRX, intercalation de molécules dans l'espace
interfoliaire) et par microscopie électronique en transmission (MET, organisation interne des particules). Un
montage expérimental original permet de contrôler la température et l'humidité de l'échantillon sous faisceau
X. Dans le cadre de ce projet, nous envisageons d'équiper le spectromètre infrarouge d'une chambre à
atmosphère contrôlée. La localisation des liaisons formées sera déduite d'études par RMN au CRMHT.
L'utilisation d'une cellule environnementale est également prévue. Les incidences de la réactivité des
différents milieux envisagés sur la morphologie des particules argileuses et sur la porosité seront observées
au cryo-MEB.
L’évolution de la perméabilité de l’argile compactée et soumise à l’infiltration sous pression d’une solution
choisie sera déduite des paramètres mesurés en cours d’expérience. Les analyses chimiques des solutions
prélevées régulièrement en sortie renseigneront sur l’évolution des échanges cationiques avec l’argile. Une
caractérisation fine de l’argile en fin d’expérience comprendra des analyses chimiques (ICP-ES, absorption
atomique), minéralogiques (DRX), texturales (MET, cryo-MEB), ainsi que la détermination de la spéciation
des métaux par spectroscopie d’absorption X (EXAFS).
Les analyses complémentaires des phases solides (argiles avant et après interaction) et liquide (solution
organique ou métallique, initiale et après réaction) sont nécessaires pour faire un bilan quantitatif des
réactions. Les éléments présents dans les phases solides et liquides seront dosés par analyseur C-H-N et
ICP-OES. L'utilisation de l'appareillage d'HPLC-IRMS, qui va prochainement équiper le laboratoire,
permettra de doser les molécules dans les solutions.
Pour l’aspect organo-sédimentaire du projet, l'étude expérimentale des phénomènes d’adsorption sera
menée sur deux types de substrats argileux purs, naturels et synthétiques, en s’intéressant plus
particulièrement à l’incorporation de molécules lipidiques présentant des groupements fonctionnels variés,
mais également de bio-polymères complexes produits par le phytoplancton. Les analyses détaillées, de la
fraction solide initiale et résultante de ces expériences envisagées ci-dessus seront menées en microscopie
électronique à transmission à haute résolution et en géochimie globale (Rock-Eval, ESCA, RMN du solide,
DRX…) et moléculaire (pyro/GC/MS et HPLC-IRMS). Un modèle de fossilisation de la MO pétroligène
intégrant le phénomène d’adsorption sera proposé à l’issue de ce projet. Les résultats espérés vont nous
permettre de mesurer la capacité d’adsorption de molécules organiques par les argiles et de quantifier et de
caractériser l’aspect physicochimique de cette adsorption. L’accent sera mis dans un second temps sur
l’évaluation de la stabilité des assemblages, et ainsi, la capacité de préservation de la MO induite par ce
processus, en plaçant le complexe organo-minéral en milieu favorable à son recyclage (milieu oxygéné et/ou
riche en organismes bactériens).
Les conséquences sur les propriétés d'hydratation et de transfert seront analysées par diffusion aux petits
angles (DPA). Pour cela, une cellule d'infiltration sous contrainte uniaxiale a été développée à l'ISTO et sera
mise en œuvre sur le synchrotron SOLEIL (ligne SWING); elle permettra de suivre l'évolution
microstructurale du matériau au cours d'une infiltration par des solutions organiques et/ou métalliques.
11
Permanents
Jean-Michel Bény (80 %), Mohammed Boussafir (50 %), Lydie Le Forestier (100 %), Mikaël Motelica (50 %), Fabrice Muller (80 %),
Chantal Proust (100 %)
ITA / IATOSS : Patrick Baillif (IR)
Non permanents
S. Drouin A.T.E.R UFR sciences (100%)
Deux thésards et quelques stagiaires de master sont à prévoir au cours du quadriennal 2008-2012 pour ce projet.
Participants non ISTO au projet
C. Bessada (CRMHT, Orléans), F. Juillot (IMPMC, Paris), J. Perez (Synchrotron SOLEIL)
DROUIN S., BOUSSAFIR M., ROBERT J.-L., ALBERIC P., Durand A., (2005a). Sorption of Organic Matter on clay minerals in aquatic system
and influence on sedimentary organic preservation. An example of lacustrine environment (Lac Pavin, France), IMOG 2005
Seville
DROUIN S., BOUSSAFIR M., ROBERT J.-L., ALBERIC P., (2005b) Rôle des interactions argilo-organiques dans la préservation de la Matière
Organique en environnement sédimentaire : Exemple d'un environnement lacustre (le lac Pavin, France), ASF 2005 Presqu’île de
Giens
DROUIN S., BOUSSAFIR M., ROBERT J. L., ALBÉRIC P., DURAND A. (2006)
In vitro experiments of carboxylic acids sorption on synthetic clays in natural marine water. Implication on organic clayey rich
sedimentation
En préparation pour Geochimica Cosmochimica Acta
GAUTIER M., MULLER F., ALBÉRIC P., LE FORESTIER L., BÉNY J.-M., BAILLIF P. (2006) Behaviour of carboxylic acids on NH4-smectites :
pollution prediction in waste landfill. Communication, 3rd Mid-European Clay Conference (MECC06), Opatija, Croatia.
JOZJA N., BAILLIF P., TOURAY J.C., MULLER F., CLINARD C. (2006) Incidence of lead uptake on the microstructure of a (Mg, Ca)-bearing
bentonite (Prrenjas, Albania). European Journal of Mineralogy, 18, 361-368.
JULLIEN A., PROUST C., LE FORESTIER L., BAILLIF P. (2002) Hydro-chemio-mechanical coupling effects on permeability and swelling
behaviour of a Ca smectite soaked by Cu solutions. Applied Clay Science, 21, 143-153.
12
II-2
Grand Programme :
Transferts continentaux Forçages anthropique, climatique et géodynamique
Responsable : Christian DI GIOVANNI
Problématique
Ce grand programme s’intéresse à l’impact et la discrimination des forçages géodynamique, climatique et
anthropique sur l’évolution des surfaces continentales. Il vise plus précisément une modélisation réaliste de
l’évolution des flux terrigènes au cours du temps intégrant ces différents forçages.
Inscrit dans une démarche résolument temporelle, il s’appuie sur les études intégrées des transferts de
matières dans les géosystèmes continentaux depuis les émetteurs (bassins versants) jusqu’aux récepteurs
(remplissages sédimentaires).
Cette approche couplée nécessite :
- des études sur les remplissages sédimentaires requiérant d’une part des âges bien contraints et
d’autre part une approche pluridisciplinaire (investigations géophysiques, sédimentologiques,
pétrographiques, géochimiques, isotopiques) afin d’obtenir une quantification et une caractérisation
des matériaux accumulés,
- des cartographies des bassins versants, de telle façon à fixer le cadre géographique des inversions
temporelles effectuées à partir des données sédimentaires.
Trois points font l’originalité de ce programme : (i) pluridisciplinarité des investigations envisagées ; (ii) effort
de quantification et modélisation des flux sédimentaires passés; (iii) calibrations à partir de systèmes
référents" actuels" bien documentés.
Deux projets sont envisagés.
Le premier projet s’intitule " Interactions Homme – Climat – Erosion sur les environnements alpins durant
l’Holocène ". II vise à discriminer l’action du Climat et de l’Homme sur l’évolution de l’environnement, en
termes de biomasse et d’érosion. La démarche suivie consiste en l’étude de la matière organique de dépôts
sédimentaires ou tourbeux récents, afin de reconstituer à haute résolution l’évolution des environnements au
1
cours des derniers millénaires . Les résultats confrontés à d’autres marqueurs sédimentaires,
archéologiques et historiques, permettront d’obtenir une chronologie des changements environnementaux et
de déterminer si ceux-ci sont plutôt à mettre en relation avec les fluctuations naturelles du climat (forçages
orbital, solaire ou NAO) ou avec celles de l’activité humaine.
Le deuxième projet, intitulé " Interactions Orogenèse – Climat – Erosion en Asie centrale durant le
Cénozoïque ", vise à déchiffrer les relations liant tectonique, climat et érosion. L’exemple est pris sur la
chaîne du Tianshan résultant de la collision Inde - Eurasie au Cénozoïque. Ses reliefs sont marqués par le
fort contraste entre de hauts sommets (>7000 m), qui traduisent l'activité tectonique de la chaîne, et des
piedmonts nord et sud où sont piégés les produits d'érosion. Les études pluridisciplinaires menées
présentent donc un intérêt scientifique particulier pour l’étude des interactions et des diverses boucles de
contrôles susceptibles d’intervenir lors d’une orogenèse mais aussi pour la connaissance de l'évolution du
climat en Asie centrale.
1
Depuis plus de 10 ans, de telles études, initiées et développées à Orléans, ont largement démontré leur intérêt dans la
reconstitution de l’évolution des environnements en relation avec le climat, l’érosion ou l’anthropisation
13
L’étude fine de la matière organique, présente dans les roches et sols des bassins versants, et retrouvée
dans les sédiments, constitue un préliminaire indispensable pour l’accomplissement des projets mentionnés.
Aussi, les demandes d’équipements et souhaits de recrutements formulés dans le cadre de ce Grand
Programme s’alignent pour partie directement sur ceux formulés par les acteurs du Grand Programme
" Processus Organo-Minéraux dans les Milieux Naturels ". (Resp.: J-R. Disnar). Il s’agit notamment de :
- la jouvence du Pyrolyseur Rock-Eval ;
- l’acquisition d’un Chromatographe en phase gazeuse avec interface de couplage à un spectromètre de
masse pour les isotopes stables (irMS déjà existant) et spectromètre de masse pour l’identification
moléculaire couplé avec une chromatographie liquide ;
- l’achat d’un microscope confocal équipé d’un microspectrofluorimètre à balayage laser et imagerie
spectrale confocale associée (ce dernier équipement est demandé dans le cadre de la fédération STUC).
La datation des sédiments constitue également un impératif majeur pour la conduite des études proposées.
Une méthode éprouvée par nos activités antérieures et celles en cours est la magnétostratigraphie qui
repose sur la détermination de la polarité magnétique des minéraux ferromagnésiens contenus dans les
sédiments comparée à une échelle magnétique de référence. Outre l’acquisition d’un âge pseudo absolu,
cette méthode autorise l’établissement de taux de sédimentation précis. La détermination de la polarité
magnétique nécessite celle de la rémanence magnétique acquise par un magnétomètre.
Le remplacement de l’appareil actuellement disponible à l’ISTO (JR5A) est souhaité pour deux raisons
essentielles :
- acquis en 1997 lors de la mise en place du Laboratoire du Magnétisme de Roche d'Orléans (Université
d'Orléans - BRGM), cet appareil aujourd’hui vieillissant a été usé par les nombreuses analyses effectuées
lors de thèses soutenues à l’ISTO (cf. grand programme II-3), et le sera également dans le cadre du Grand
Programme "Géodynamique des zones de convergence, marqueurs et modélisation" (Resp.: D. Cluzel).
- La mesure de la rémanence magnétique des sédiments cénozoïques étudiés dans le cadre du projet
" Interactions Orogenèse – Climat – Erosion en Asie centrale " n’est pas aisée car bon nombre d’entre eux
ne sont que peu consolidés et donc peu appropriés pour une analyse magnétique avec le JR5A. La double
vitesse de rotation (lente et normale) du magnétomètre JR6A dont l’acquisition est souhaitée permet de
contourner cette difficulté.
Conformément à ce qui a été écrit précédemment les demandes de recrutement appuient pour partie celles
formulées par les acteurs du Grand Programme " Processus Organo-Minéraux dans les Milieux Naturels ".
(Resp.: J-R. Disnar). Sont ainsi souhaités les recrutements d’un d'IR en (bio-)chimie organique statutaire
spécialisé en HPLC-irMS et d'un chercheur en biogéochimie organique moléculaire.
Une première demande spécifique à ce grand programme concerne le recrutement d’un chercheur
spécialisé en magnétisme environnemental. Trois raisons sont évoquées :
- Pédogenèse et diagenèse contrôlent, largement, les fluctuations des paramètres magnétiques mesurés le
long d’un dépôt sédimentaire. Le signal magnétique peut donc rendre compte de processus d’altération,
d’érosion, de dissolution, de production et de déplacement de minéraux. S’enrichir des compétences d’un
chercheur spécialiste de ce domaine permettrait d’ajouter à notre connaissance des flux
sédimentaires passés.
- Le chercheur utiliserait entre autres un magnétomètre (rémanence magnétique). Cette demande est donc
en cohérence avec notre politique de projet d’équipement.
- Le chercheur serait le lien nécessaire (paléomagnétisme – problématiques environnementales) entre les
deux groupes de collègues d'origine et de traditions différentes (ex-équipes géodynamique et matière
organique de l’ISTO) aujourd’hui membres du Grand Programme.
Une seconde demande spécifique concerne le recrutement d’un chercheur spécialisé en modélisation de
l’érosion des surfaces continentales (processus érosifs, sols, bassins versants). Cette demande est
nécessaire à la réalisation de plusieurs projets de recherche du prochain quadriennal. S’appuyant sur les
études " cartographiques " menées sur les bassins versants, et sur les résultats obtenus sur les
remplissages sédimentaires, l’activité de chercheur permettra de modéliser rigoureusement les
transferts sédimentaires en intégrant les variables climatiques, anthropiques et géodynamiques.
14
II-2.1 Interactions Homme- Climat- Erosion
sur les environnements alpins durant l’Holocène
Responsable : Emmanuel CHAPRON
1. Problématique
A l’échelle globale, notre période interglaciaire actuelle (l’Holocène) se caractérise depuis 11500 ans par une
remarquable stabilité des températures. Il apparaît cependant de plus en plus clair que cette période a été
marquée par des régimes hydrologiques beaucoup plus variables, en particulier dans les zones de
montagnes Européennes (Magny, 2004). Ces changements climatiques ont notamment affecté les niveaux
lacustres, mais aussi la taille des glaciers alpins et l’altitude de la limite supérieur de la foret dans les Alpes
(Holzhauser et al., 2005). Ces changements climatiques ont donc eu un impact significatif sur l’érosion des
bassins versants alpins. L’étude de la sédimentation terrigène dans les lacs péri-alpins des grandes vallées
alpines partiellement englacées (telle que celles du Rhin et du Rhône par exemple) constitue ainsi un
marqueur continu, simple et précis des changements hydrologiques dans cette partie de l’Europe (Wessels,
1998 ; Arnaud et al., 2005 ; Chapron et al., 2005). Cependant, dès le début de la sédentarisation des
populations alpines initié dans les vallées (à proximité des lacs) au cours du Néolithique puis développé
durant l’Age du Bronze, le signal terrigène en milieu lacustre illustre également la complexité et l’importance
grandissante des interactions entre les activités humaines et les changements climatiques (Noël et al.,
2001 ; Magny, 2004). En particulier la transition Age du Bronze-Age du Fer il y a environ 2800 ans cal BP se
traduit dans les grands lacs de vallée tel que le Lac du Bourget (Fig. 1) par une transgression lacustre et une
augmentation significative des apports terrigènes
Figure 1 : Les lacs proglaciaires des Alpes Nord Occidentales enregistrant les fluctuations climatiques et les activités humaines : Le Lac du Bourget
(241 m) et les lacs Blanc Huez et de Bramant (2500 m).
Cette augmentation des flux terrigène ne semble pas uniquement liée au déboisement des bassins versants,
mais paraît également résulter d’une importante augmentation de la taille des glaciers alpins (Holzhauser et
al., 2005 ; Guyard et al, soumis ; Debret et al., en préparation). Ainsi depuis l’Age du Fer et jusqu’à la fin du
Petit Age de Glace (PAG), les activités humaines dans les Alpes (déboisement, agriculture, exploitations
minières) semblent plutôt s’être adaptées aux changements climatiques et environnementaux (Chapron et
al., 2002 ; Chapron et al., soumis).
2. Objectifs
Afin de préciser la contribution des activités humaines au cours de l’Holocène dans les vallées alpines et
dans les massifs exploités pour leurs minerais, il est nécessaire de coupler une approche multidisciplinaire
de la sédimentation terrigène et organique dans les lacs drainant des glaciers avec des études
archéologiques en milieu lacustre, fluvial et d’altitude. En altitude il s’agira notamment de développer une
chronologie détaillée des activités minières dans les Alpes basée sur la reconnaissance de pollutions
atmosphériques en métaux dans les sédiments. Dans les lacs et tourbières sélectionnés sur la base de leurs
proximité de sites archéologiques l’analyse de la sédimentation devra préciser l’évolution des sources
15
(substrat rocheux, sols, végétaux supérieurs, charbons, production alguaires etc..) et des processus
sédimentaires (apports de crues, formation de varves glaciaires ou géochimiques, remaniements
gravitiaires, etc...).
3. Mise en œuvre
Afin de préciser la contribution des activités humaines au cours de l’Holocène dans les vallées alpines et
dans les massifs exploités pour leurs minerais, il est nécessaire de coupler une approche multidisciplinaire
de la sédimentation terrigène et organique dans les lacs drainant des glaciers avec des études
archéologiques en milieu lacustre, fluvial et d’altitude. En altitude il s’agira notamment de développer une
chronologie détaillée des activités minières dans les Alpes basée sur la reconnaissance de pollutions
atmosphériques en métaux dans les sédiments. Dans les lacs et tourbières sélectionnés sur la base de leurs
proximité de sites archéologiques l’analyse de la sédimentation devra préciser l’évolution des sources
(substrat rocheux, sols, végétaux supérieurs, charbons, production alguaires etc..) et des processus
sédimentaires (apports de crues, formation de varves glaciaires ou géochimiques, remaniements
gravitiaires, etc...).
Permanents : E. Chapron (60 %) ; Ch. Di-Giovanni (30 %) ; E. Verges (30 %) ; J.R. Disnar (20 %), A. Bruand (20 %) ; F. Laggoun
Défarge (20%) ;
ITA-IATOS : D. Kéravis
Participants non ISTO au projet
M. Magny (Chrono-Ecologie Besançon) ; F. Arnaud (EDYTEM, Chambéry) ; M. Desmet & T. Winiarski (ENTPE Lyon) ; M. Debret & O.
Magand (LGGE, Grenoble) ; L. Charlet (LGIT, Grenoble) ; A. Marguet & Y. Billaud (DRASSM, Annecy) ; M.C. Bailly-Maître (Archéologie
Médiévale Méditerranéennes, Aix en Provence) ; J. Poulnard (Université de Savoie-INRA Thonon) ; C. Chauvet (LGCA, Grenoble) ; G.
St Onge (ISMER, Rimouski, Québec) ; D. Ariztegui (Université de Genève) ; F. Anselmetti (ETH Zurich).
5. Programmes
Eclipse " Aphrodyte II " 2005-06 : " Archives intégrées de la paléohydrologie rhodanienne holocène : dynamique sédimentaire dans le
lac du Bourget et la tourbière de Chautagne "
CLIMALP : Archives passées Climat/Environnement dans les alpes Nord Occidentales. Institut de la Montagne, Chambéry.
GDR Juralp
Programme Collectif de Recherche : " L’exploitation du cuivre à l’Age du Bronze dans le massif des Rousses : exploitation et occupation
de la montagne aux Temps anciens "
Arnaud, F., Revel, M., Chapron, E., Desmet, M. Tribovillard, N., 2005. 7200 years of Rhône river flooding activity in Lake Le Bourget,
France: a high resolution sediment record of NW Alps hydrology. The Holocene, 15,3, 420-428.
Chapron, E., Desmet, M., De Putter, T., Loutre, M. F., Beck, C. & Deconinck, J.F., 2002. Climatic variability in the northwestern Alps,
France, as evidenced by 600 years of terrigenous sedimentation in Lake Le Bourget. The Holocene, 12, 2, 177-185.
Chapron, E., Arnaud, F., Noël, H., revel, M., Desmet, M., Perdereau, L., 2005. Rhone River flood deposits in Lake Le Bourget: a proxy
for Holocene environmental changes in the NW Alps, France. Boreas, 34, 1-13.
Chapron, E., Faïn, X., Magand, O., Charlet, L., Debret, M., Mélières, M.A.. Reconstructing recetn environmental changes from
proglacial lake sediments in the Western Alps (Lake Blanc Huez, 2543 m a.s.l., Grandes Rousses Massif, France). Paleo3,
soumis.
Debret, M., Arnaud, F., Chapron, E., Desmet, M., Rolland-Revel, M., Magand, O., Trentesaux, A., Bout-Roumazeille, V., en préparation.
North Western Alps Holocene paleohydrology and Mont-Blanc glacier fluctuations recorded by flooding activity in proglacial lake
Le Bourget, France. Quaternary Science Reviews.
Guyard, H., Chapron, E., St Onge, G., Anselmetti, F., Arnaud, F., Magand, O., Francus, P., Mélières, M.A., soumis. High altitude varve
records of abrupt environmental changes and mining activity since the Bronze Age in the Western French Alps (Lake Bramant,
Grandes Rousses Massif). Quaternary Science Reviews, soumis.
Holzhauzer, H., Magny, M., Zumbühl, H. J., 2005. Glacier and lake level variations in west-central Europe over the last 3500 years. The
Holocene, 15,6, 789-801.
Magny, M., 2004. Holocene climate variability as reflected by mid-European lake-level fluctuations and its probable impact on prehistoric
human settlements. Quaternary Internationnal, 113, 65-79.
Noël, H., Garbolino, E., Brauer, A., Lallier-Vergès, E., de Beaulieu J. L. & Disnar, J. R., 2001. Human impact and soil erosion during the
last 5000 yrs as recorded in lacustrine sedimentary organic matter at Lac d’Annecy, the French Alps. Journal of Paleolimnology,
25, 229-244.
Sebag, D., Copard, Y., . Di Giovanni,,Ch, Durand, A., Laignel, B., Ogier, S.& Lallier-Vergès, E. Palynofacies as an usefull tool to study
origins and transfers of particulate organic matter in recent terrestrial environments: synopsis and prospect. Earth Science
Review. In press.
Sebag, D., Di Giovanni,C., Ogier, S., Mesnage, V., Laggoun-Défarge, F. & Durand, A. ,2006. Inventory of sedimentary organic matter
in modern wetland (Marais Vernier, Normandy, France) as source-indicative tools to study Holocene alluvial deposits (Lower
Seine Valley, France). International Journal of Coal Geology . 67, 1-2, p. 1-16.
Wessels, M., 1998. Natural environmental changes inidcated by Late Glacial and Holocene sediments from Lake Constance, Germany,
Paleo3, 140, 421-432.
16
II-2.2 Interactions Orogenèse – Climat –
Erosion en Asie centrale durant le Cénozoïque
Responsable : Yan CHEN
1. Problématique
A grande échelle, l’évolution climatique à long terme est clairement influencée par les processus tectoniques
tels que la dérive des continents et la formation des chaînes de montagnes. Le climat semble en retour
contrôler, dans une certaine mesure du moins, la déformation crustale par son influence sur l’érosion des
reliefs et donc sur la répartition des masses et des contraintes dans l’espace et dans le temps (e.g. Flohn,
1968 ; Ruddiman et Kutzbach, 1989 ; Fluteau, 2003). La compréhension des mécanismes en jeu dans cette
interaction apparaît de plus en plus comme une nécessité pour la connaissance des évolutions tectonique et
climatique passées et à venir. La chaîne du Tianshan résultant de la collision Inde - Eurasie au Cénozoïque
présente, à cet égard, un intérêt scientifique particulier pour la compréhension de l'évolution du climat en
Asie centrale et, de façon plus générale, pour l’étude des interactions et des diverses boucles de contrôles
susceptibles d’intervenir lors d’une orogenèse. La chaîne du Tian Shan sépare deux grands bassins
désertiques en Asie centrale, le Tarim et le Junggar, et s’étend de la Mongolie à l’est jusqu’au Kazakhstan à
l’ouest sur une longueur de 3000 km (Fig. 1). Ses reliefs sont marqués par le fort contraste entre de hauts
sommets (>7000 m), qui traduisent l'activité tectonique de la chaîne, et des piedmonts nord et sud où sont
piégés les produits d'érosion de la chaîne. Cette topographie forme une barrière naturelle pour la circulation
atmosphérique et a donc eu un impact significatif sur l'évolution du climat de ce continent au cours des
derniers millions et centaines de milliers d'années. Ces caractéristiques uniques font de la chaîne du
Tianshan un objet naturel exceptionnel qui peut servir de référence pour l'étude pluridisciplinaire des
interactions Orogénèse – Climat - Erosion.
Figure 1. Le modèle numérique de terrain de l’Asie centrale.
L' étude sur des coupes représentatives de la géochronologie, sédimentologie, paléoclimatologie,
géochimie, néotectonique, géomorphologie et géophysique sont susceptibles apporter des réponses
pertinentes. Cependant, peu de données sont disponibles sur cette région, et surtout, elles soufrent d'un
cloisonnement disciplinaire. Par exemple, le calendrier exact des événements tectoniques reste un sujet
débattu. Les datations magnéto-stratigraphiques obtenues dans le cadre de la thèse de Julien Charreau
montrent l'existence de deux phases significatives d'accélération de la sédimentation à ~10 et 15 Ma dans
les bassins d'avant-pays situés au nord et au sud de la chaîne du Tianshan (Charreau et al., 2005, 2006).
Cependant, l'âge du début de la surrection de la chaîne reste mal connu; en effet, si les études antérieures
attestent de l’existence d’une phase plus ancienne, c'est avec une grande incertitude sur son âge. De plus,
l'évolution du taux d'érosion de la chaîne, la chronologie des phases de déformation et le bilan de la
sédimentation des bassins d'avant-pays restent à mieux définir (Fig. 2). Les résultats de l’étude des
marqueurs climatiques restent très préliminaires et encore insuffisants pour la connaissance de l’évolution
paléoclimatique de la période correspondante. Afin de contraindre, à différentes échelles de temps,
l’évolution de l’érosion liée à la fois au soulèvement de la chaîne et au climat, notre objectif est, d’une part,
17
d’analyser des coupes continues du Paléocène à l’Holocène sur les deux versants nord et sud de la chaîne,
et, d'autre part, d'évaluer les volumes érodés par des études géophysiques menées sur les bassins de
piedmont. En résumé, nous souhaitons mener dans ce projet, des études géochronologiques (thermochronologie, magnétostratigraphie et isotopes cosmogéniques), sédimentologiques, paléoclimatiques, et
géophysiques (gravimétrie et analyse des données sismiques existantes). In fine, nous nous proposons
d'assurer l'intégration de ces données grâce à la modélisation numérique par les SIG.
Figure 2. Carte isopach l’estimation du volume sédimentaire (a)
et des profils schématiques traversant les deux bassins (D’après Charreau, 2005)
2. Objectifs du projet
Les principaux objectifs de ce projet sont :
1) L’établissement de la chronologie de l'érosion de la chaîne, de la cinétique de la sédimentation, des
variations des faciès sédimentaires, des variations climatiques ainsi que de la déformation dans les
bassins d'avant pays.
2) L’ interprétation des données sismiques (Fig. 3) et l’acquisition des données gravimétriques dans le
but de mieux contraindre la géométrie et le remplissage des bassins.
3) La compréhension des processus géodynamiques en œuvre.
4) La connaissance de l’évolution climatique et des changements de l’environnement.
5) La modélisation 3D et 4D des bassins d'avant-pays, de l'évolution tectonique de la chaîne au
Cénozoïque, et de l'interaction Tectonique – Erosion - Climat dans cette région.
Nous proposons d’appréhender leurs évolutions passées à la lumière d’un système référent " actuel " bien
documenté. En d’autres termes, s’agissant de l’interaction entre soulèvement, érosion et climat, seule
l’intégration des informations géochronologiques, géophysiques, sédimentologiques, géomorphologiques,
géochimiques et magnétiques dans des séries tertiaires à sub-actuelles, provenant des flancs d’une chaîne
active, peut alimenter une réflexion générale, point de départ d’une modélisation numérique 3D et 4D.
Plusieurs missions de terrain seront nécessaires sur les deux flancs du Tianshan pour réaliser ce projet et
les analyses du laboratoire seront menés dans différents laboratoires nationaux et internationaux. Ce
18
projet sera réalisé dans un cadre des collaborations nationale et internationale. L’équipe orléanaise
est particulière compétente dans les domaines géologie structurale, paléoclimat, magnétisme des roches,
sédimentologie et modélisation numérique. Les travaux géomorphologique, géochronologique, ainsi que la
modélisation analogique, seront menés par d’autres groupes à travers de trois thèses en cours. Une
demande de bourse de post-doctorat pour un collègue chinois a été soumise au Ministère de l’Education et
une demande de bourse de thèse en co-tutelle sera soumise à l’Ambassade de France à Beijing.
Figure 3. Un exemple d’une image sismique avec l’interprétation structurale au flanc du Sud de Tian Shan
4. Participants
Permanents
R. Augier (20 %), Y. Chen (50 %), E. Chapron, (20 %), D. Cluzel (20 %), Ch. Di-Giovanni (30 %), Ch. Gumiaux (20 %), E. Vergès
(20 %).
ITA / IATOS : D. Kéravis
Non permanents
J. Charreau (ATER), A. Gallaud (Doct), XXX (Doct), S. Wang (Post-Doc),
Personnels non-ISTO
J.- Ph. Avouac (Caltech, USA), S. Dominguez (Université Montpellier), S. Gilder (IPGP), M. Jolivet (Université de Montpellier), F.
Métivier (Université Paris VII, IPG), L. Barrier (Université Paris VII, IPG), D. Bourès (CEREGE), J. Dearing, (Dept of Geography,
Liverpool), Q. Wang (CAS), S. Wang (Université de Nanjing)
ANR (ANR-05-BLAN-0143-01) : Interaction Orogenèse – Climat – Erosion en Asie centrale durant le Cénozoïque ;
PRA (T05-02) : l’impact de la chaîne du Tianshan sur le climat dans les bassins de la Junggarie et du Tarim (Programme de Recherche
Avancée, MERT) ; ;
Projet national chinois : Uplift of Tianshan and its impact on the climate change in the Junggar and Tarim basins (Académie des
Sciences de Chine);
Projet national chinois : Growth strata records on the folding fault in the northern Tianshan piedmont and deformation velocity
(Université de Nanjing).
Charreau, J., Evolution tectonique du Tianshan au Cénozoïque liée à la collision Inde-Eurasie, Apports de la magnétostratigraphie et de
la géochronologie isotopique U-Th/He, Thèse de l’Unversité d’Orléans, 2005.,
Charreau J., Y. Chen, S. Gilder, S. Dominguez, J.-Ph. Avouac, S. Sen, D. Sun and Y. Li, Magnetostratigraphy and rock magnetism of
the Neogene Kuitun He Section (Northwest China): Implications for Late Cenozoic uplift of Tianshan mountains Earth Planet. Sci.
Lett, 230, 177-192, 2005.
Charreau, J., Gilder S., Chen Y., Dominguez S., Avouac J.-Ph., Sen S., Jolivet M., Li Y. and Wang W., Late Cenozoic erosion history of
the Tianshan Mountains as recorded in the Yaha section, Tarim Basin, China, Geology, 34, 181-184, 2006.
Flohn, H., Contributions to a meteorology of the Tibetan Highland. Atmos. Sci. Pap, 130, Colorado State University, Ft. Collins (pp. 122),
1968.
Fluteau, E., Earth dynamics and climate changes. C. R. Acad. Sci. Paris, 335: 157-174, 2003.
Ruddiman, W., Tectonic uplift and climate change. Plenum Press, New York: pp. 515, 1997.
19
II-3
Grand Programme :
Géodynamique des zones de convergence,
marqueurs et modélisation
Responsable : Dominique CLUZEL
Problématique
Ce programme regroupe trois projets mettant en oeuvre le savoir-faire de l'ISTO en matière de dynamique
lithosphérique : l'expertise de terrain, l'usage des outils de la géochronologie, de la thermo-barométrie, de la
géochimie, du magnétisme des roches et la modélisation numérique. La convergence lithosphérique y est
abordée sous ses divers aspects tectonique, sédimentaire, métamorphique, magmatique et métallogénique.
L'intégration des données géologiques et géophysiques pour la modélisation numérique 3D et 4D par les
SIG constitue l'un des axes prioritaires de développement.
Le projet "Géodynamique et minéralisations : de l’arc à la collision" s'inscrit dans le cadre de l'accord de
coopération récemment signé entre les universités de Nanjing et Orléans dont il constitue un des aspects
essentiels. La cible se situe au Tianshan (Chine du NW) dans une région à fort potentiel de développement
où notre groupe possède une expérience de plus de dix ans. L'objectif est double: répondre à la demande
chinoise et assurer la veille technologique en matière de concentrations minérales d'une part; et, d'autre
part, mettre en perspective les processus de concentration et de mobilisation à divers stades d'avancement
d'une chaîne de collision en les envisageant comme des marqueurs de l'évolution lithosphérique. La mise en
œuvre d'une démarche expérimentale pourra venir compléter cette démarche notamment par utilisation de
la presse Paterson récemment acquise.
Le projet "Marqueurs cinématiques, thermo-chronologiques et gîtologiques du désépaississement crustal"
explore un aspect encore assez mal compris de la dynamique lithosphérique, celui du timing et des
modalités de l'amincissement crustal dans les chaînes de collision. Entre le modèle syn-convergence de
Platt et celui du "collapse post-orogénique", la place est libre pour un grand nombre de situations
intermédiaires que ne peuvent explorer que les méthodes les plus récentes et les plus fines de la
thermochronologie, particulièrement in situ, et de la thermo-barométrie. Là encore, les concentrations
minérales seront prises en compte comme marqueurs des processus crustaux.
Le projet "Cinématique de l'extension continentale diffuse en Asie orientale ; modélisation intégrée 4D de la
déformation" procède d'une démarche innovante intégrant les données "classiques" de la géologie de terrain
(analyse cinématique, thermochronologie Ar-Ar, …) et la modélisation numérique des données
géophysiques (sismique réflexion, tomographie). Ce projet s'inscrit à la fois dans le cadre d'une collaboration
avec le BRGM (modélisation numérique 3D et 4D) et dans celui d'une coopération de longue date entre
l'Academia Sinica et l'ISTO. D'un point de vue plus général, on s'intéresse là à un phénomène d'importance
globale puisque ce processus concerne l'ensemble de la marge ouest du Pacifique depuis plus de 100 Ma.
20
Le renfort d’un chercheur dans un domaine innovant instaurerait une dynamique supplémentaire. Le
développement de la modélisation numérique, orientation prioritaire du groupe, ne doit pas faire oublier
l'approche complémentaire qui est celle de la modélisation analogique. Le recrutement au sein de l'ISTO
d'un chercheur pouvant soutenir le développement du laboratoire de modélisation analogique créé par Y.
Branquet donnerait à cet outil l'assise qui lui convient en y adjoignant l'approche thermique ou
thermodynamique et numérique qui actuellement lui fait défaut.
De plus, le développement des techniques de modélisation numérique en prise directe avec les
problématiques géologiques avec la mise en place souhaitée d'un laboratoire de calcul nécessitera le
recrutement d'un ingénieur de recherche géologue-modélisateur numéricien.
Jouvence du Magnétomètre
Le magnétomètre destiné à la mesure de la rémanence magnétique qui fonctionne actuellement à l'ISTO
(JR5A) a été acquis en 1997 lors de la création du Laboratoire du Magnétisme des Roches (Université
d'Orléans - BRGM). Pendant près de 10 ans, il a fonctionné à un rythme relativement élevé avec la
réalisation de plusieurs thèses (S. Nomade, J.-Y. Talbot, J. Charreau, E. Be Mezemé, B. Wang, S. Zhan, A.
Joly), ainsi que l'HDR de Y. Chen, et de nombreux stages de master (I et II) et d'élèves ingénieurs, sans
compter les mesures effectuées par des chercheurs du BRGM, de l'IPGP et l'Ecole des Mines. La plupart
des résultats de ces mesures sont publiés dans des revues internationales. Cependant, depuis quelque
temps, de nombreuses pannes coûteuses en temps et en argent sont intervenues en raison de la vétusté de
l'appareil. Pour des raisons d'efficacité, et pour tenir compte de l'utilisation croissante des propriétés
magnétiques des roches dans la plupart des recherches en cours, il est nécessaire d'envisager le
remplacement de l'appareil existant par un appareil plus récent et performant.
MEB + cathodoluminescence
L'implication croissante des méthodes de datation et particulièrement de la radiochronologie U-Pb sur
zircons et monazites dans tous les projets de ce programme nécessite un accès aisé à l'outil de base qu'est
le MEB équipé de la cathodoluminescence X. L'existence d'un MEB sur le campus orléanais est appréciée
mais inopérante en ce qui concerne l'U-Pb, l'acquisition de ce complément d'équipement éviterait le recours
aux appareillages existant sur des campus éloignés.
Laboratoire de calcul
Pour soutenir ses ambitions en matière de modélisation et de calcul, il est nécessaire que l'ISTO s'équipe
d'un outil de calcul performant (peut-être sous UNIX), des moyens d'édition et de traitement de l'image
(scanner AO, imprimante) ainsi que d'un espace de stockage de données appropriés.
Microsonde
Lle vieillissement du parc des microsondes électroniques, outils d’analyse en co-gestion avec le BRGM, a
atteint un seuil alarmant. Ainsi l’acquisition du SX50 remonte à 1991. Il est indispensable de renouveler
rapidement cet équipement si l’on veut maintenir, mais surtout développer, les compétences de l’ISTO dans
le domaine
II.3.1 - Marqueurs cinématiques, thermo-chronologiques
et gîtologiques du désépaississement crustal
Responsable : Michel FAURE
1. Problématique
La collision continentale est responsable d’un épaississement crustal mais pas nécessairement
lithosphérique. De cet épaississement résulte une instabilité gravitaire qui va disparaître sous l’action de
l’érosion et de la tectonique en coulissement ou en extension. Du fait de la différence des vitesses des
21
processus, les phénomènes tectoniques sont de loin les plus efficaces. Ainsi, les roches déformées en
conditions ductiles et métamorphisées lors de la subduction seront déformées à nouveau et
rétromorphosées lors de leur exhumation. Simultanément, si les conditions thermiques et les circulations
fluides le permettent, l’anatexie interviendra localement, affectant particulièrement des termes les plus
alumineux, en donnant naissance à des migmatites et des granitoïdes. Depuis une dizaine d’années,
nombreuses sont les équipes qui, notamment au sein de l’ISTO, se sont intéressées aux modalités du
désépaississement et de la fusion crustale syn à tardi orogénique. Nonobstant des progrès significatifs,
plusieurs aspects demeurent encore largement controversés. Quelques grandes questions concernent : i)
les modalités de l’exhumation des roches de haute et d’ultra-haute pression, ii) le cadre structural de
l’anatexie crustale, iii) l’influence de l’héritage structural sur la localisation des failles normales, iv) les
modalités de formation, de circulation et de piégeage de fluides.
Ce projet s’attachera à apporter des éléments de réponse aux points mentionnés ci-dessus et plus
particulièrement :
i. aux aspects structuraux de l’exhumation des éclogites de UHP, à savoir exhumation syn-convergence vs
exhumation post-convergence;
ii. au contexte tectonique des dômes migmatitiques, anatexie dès la fin de l’épaississement ou à partir de
l’extension;
iii. aux structures susceptibles d’accommoder le désépaississement crustal ; sont-elles des
chevauchements réactivés ?
iv. au rôle des grandes failles décrochantes parallèles ou transverses à la chaîne
v. à l’utilisation des gisements métalliques comme marqueurs du contexte tectonique
3. Mise en oeuvre
Elle consiste à identifier sur le terrain les structures extensives, et à définir leurs caractéristiques
géométriques, cinématiques et dynamiques. On s’attachera également à contraindre l’évolution
thermobarométrique des unités lithostructurales ou des corps magmatiques associés (plutons granitiques,
dômes migmatitiques). La datation de ces objets revêt une importance majeure puisqu’elle permet d’accéder
aux aspects quantitatifs des processus : vitesses de refroidissement, de déformation, d’exhumation.
L’acquisition de données sur le terrain revêt une importance capitale.
Méthodologies
Analyse structurale géométrique, cinématique et dynamique sur le terrain et au laboratoire.
Pétrologie structurale des roches métamorphiques et magmatiques
Thermobarométrie (mise en oeuvre des logiciels Thermocalc, TWEQ)
Analyse des inclusions fluides
Géochronologie (U/Pb, Ar/Ar)
ASM et paléomagnétisme ;
Modélisation analogique
Analyse critique des données géophysiques disponibles : gravimétrie, magnétisme, sismologie
Acquisition de nouvelles données (p. ex. Gravimétriques) est également envisageable
Modélisation numérique structurale et cinématique (3D et 4D)
Moyens à acquérir : Microsonde électronique
Cible principale : Chaîne Varisque ouest-européenne, notamment virgation ibéro-armoricaine
Cibles secondaires : Chaîne Qinling-Qilian-Kunlun (Chine centrale), Chaîne Panafricaine de l’Afrique
Centrale (Cameroun) et notamment lambeaux paléprotérozoïques (région de Tcholliré-Poli)
Permanents
M. Faure, 60 %; R. Augier 30 %; N. Le Breton 80 %; Y. Branquet, 20 %; C. Gumiaux 20 % ; Y. Chen, 20%, M.Vidal, 60%, L. Barbanson,
20 %, J. Pons, 100 %, E. Marcoux, 20 %, J. Charvet, 100 %
ITA / IATOS : S. Janiec, J.G. Badin;
Non-permanents
22
Doctorants en cours : A. Joly (soutenance 2007), P. Trap (soutenance 2007), J. Melleton (soutenance 2008), K. El Dursi
(soutenance 2008).
En 2007 : deux sujets de stage de M2R sont proposés
2 autres doctorants sont envisagés sur la durée du projet.
Post-doctorants: K. de Jong (HdR en préparation), R. Tchameni (HdR en préparation),
Participants non-ISTO
P. Monié (CNRS Montpellier), A. Cocherie (BRGM), Ph. Rossi (BRGM), G. Martelet (BRGM), C. Truffert (BRGM), V. Bouchot (BRGM),
L. Guillou-Frottier (BRGM), A. Chemenda (UNSA); D. Boutelier (U. Toronto), W. Lin (Acad. Sinica), Q. Wang (Acad. Sinica), , F. Toteu
et J. Penaye (CRGM, Garoua, Cameroun)
Pour ce qui concerne les actions préparatoires immédiates (2007), des soutiens matériels sont assurés par le BRGM (programme de
cartographie national, projets géophysiques, programme Hercynides d’Europe).
Pour les actions qui débuteront en 2008, des projets seront déposés lors des différents appels d’offre (p. ex. 3F). Pour ce qui concerne
la cible Qinling-Qilian, le projet sera intégré au programme chinois " UHP in Central China " en cours d’élaboration.
Pour l’Afrique Centrale, le soutien matériel est assuré pour 2 ans jusqu’en 2007 par le projet PCSI06 financé par l’AUF (porteurs R.
Tchaméni et M.Vidal) qui, thématiquement, fait suite au PICG 470 (porteur F. Toteu).
23
II-3.2
Géodynamique et minéralisations : de l’arc à la collision
Responsable : Yannick BRANQUET
1 - Problématique
Au Phanérozoïque, la convergence intra-océanique ou de marge active qui précède les processus de
collision est à l’origine de transferts majeurs formant des concentrations minérales de taille économique
(Lips, 2002 ; Sillitoe, 1997). Dans ce contexte de subduction, l’extension lithosphérique, arrière- ou intra-arc,
contrôlée par le retrait du slab (roll back) dans les marges est à l’origine de mouvements asthénosphériques
responsables à la fois de l’activité magmatique (arcs) et de transferts thermiques, de fluides et de matière
(Neubauer, 2005).
D’un autre côté, l’histoire collisionnelle ss et tardive est également favorable à la mise en place de
minéralisations économiques (Černý et al, 2005 ; Groves et al, 2003) (e.g. " shear zone " aurifères
orogéniques, Sn-W associées aux granites syn- ou tardi-épaississement, cf. II-3.1).
Ainsi, il résulte couramment qu’au stade final de l’orogenèse ces différentes concentrations métalliques
donnent l’image d’un télescopage dans l’espace (déformation) et dans le temps (remobilisation totale ou
partielle des minéralisations pré-collisionnelles, e.g. Gu et al., 2006 ; Khin, Zaw et al., 1999). Intégrer les
gisements dans l’histoire tectono-métamorphique, magmatique et " hydrodynamique " d’une chaîne de
collision, suppose de déchiffrer ce télescopage. En se restreignant aux chaînes modernes nous proposons
de " mesurer " comment, à quel degré, et suivant quelles modalités structurales, minéralogiques et
chimiques, les concentrations pré-collisionnelles d’arc ou de bassin marginal sont remobilisées et intégrées
lors de la collision. Il est donc du plus grand intérêt de mettre en perspective des domaines orogéniques
ayant atteint des stades de maturité différents ; à savoir : 1) stade très avancé d’une chaîne d’hypercollision
type Hercynides, 2) stade médian d’une chaîne formée par collision modérée et collage de microcontinents
et d’arcs insulaires de type Tian-Shan et 3) un domaine représentatif d’un stade très précoce, encore non
déformé, de l’orogenèse (bassins marginaux actifs type Pacifique sud-Ouest).
Schéma géologique et métallogénique du Tianshan oriental
2 - Objectifs
Le projet s’attachera à préciser pour chaque étape de l’évolution d’une chaîne de collision les échelles des
phénomènes mis en jeu, c’est-à-dire :
- à l’échelle lithosphérique, rechercher des témoins notamment paléomagmatiques et métamorphiques,
susceptibles de préciser les implications du manteau, les interactions plaque plongeante - coin mantellique,
ainsi que leurs relations avec les concentrations minérales notamment primaires
- à l’échelle de la chaîne, rechercher les objets tectoniques contrôlant l’édification et les transferts de
matière ; déterminer les métallotectes d’ordre tectonique reflétant à la fois les aspects dynamique et
cinématique de la mise en place des concentrations primaires
- utiliser les corps minéralisés résultant des phénomènes précédents, comme marqueurs cinématiques de
l’évolution de chaque segment
- évaluer et quantifier la remobilisation sélective des concentrations minérales primaires à la faveur des
événements ultérieurs. L’interaction fluide-déformation fera l’objet d’expérimentation sous haute
pression (presse Paterson).
24
3 - Mise en œuvre
On s’attachera à intégrer à toutes les échelles les démarches structurales et métallogéniques. La cible phare
sera la chaîne du Tian-Shan formée par la réactivation depuis le Tertiaire d’une chaîne de collision
paléozoïque, ce qui donne accès à une information géologique de grande qualité. Cette chaîne fait l’objet
depuis plus de 10 ans d’un travail collectif de l’ISTO et de chercheurs chinois, principalement de l’université
de Nanjing. Le cadre géodynamique est désormais assez bien connu (Charvet et al., 2001 ; Shu et al, 2004 ;
Wang et al, 2005). Le secteur choisi est situé dans la partie est de la chaîne est une province minière
importante qui compte des minéralisations de types très variés pré-, syn- et post- collisionnels (zones de
cisaillement aurifères, amas sulfurés, complexes stratifiés basiques…) mises en place au Carbonifère –
Permien (Zhang et al., 2004 ; Mao et al., 2005). Une équipe franco-chinoise se propose de procéder à une
étude approfondie de cette région dans le double cadre du projet quadriennal de l’ISTO et de l’accord cadre
entre les universités d’Orléans et de Nanjing (en cours de signature).
A l’échelle du district minéralisé, l’environnement tectonique et pétrologique des concentrations minérales
permet un accès aux métallotectes qui contrôlent la formation des concentrations minérales. Dans les objets
minéralisés, il faudra caractériser les textures, les déformations subies par les minéraux et apprécier le
comportement et la rhéologie des sulfures face aux contraintes afin de les caractériser. Des expériences en
presse Paterson sous pression de fluides (équipement disponible sur la presse de l’ISTO) permettront de
quantifier les effets de la déformation sur les circulations de fluides à l’état magmatique (cas des gisements
primaires associés à des intrusions) et à l’état solide (cas des remobilisations des stocks primaires par des
zones de cisaillement ductile ou fragile).
Des points de comparaison seront établis avec des districts à gisements similaires dans le Sud-Ouest
Pacifique et les aires ouest-hercyniennes d’Ibérie et du Maghreb.
Méthodologies :
Analyse structurale géométrique et cinématique sur le terrain et au laboratoire
Pétrologie structurale des roches métamorphiques et magmatiques
Minéralogie et texturologie des concentrations minérales
Géochimie élémentaire et isotopique du magmatisme et des minéralisations
Thermo-barométrie des fluides piégés
Magnétisme des roches, notamment ASM, sur les corps de minerai massif riches en pyrrhotite
Goniométrie de texture sur minéralisations déformées
Expérimentation haute pression (presse Paterson ISTO)
Modélisation structurale analogique
4. Personnels
Permanents
Y. Branquet (60 %), D. Cluzel (60%), E. Marcoux (80 %), L. Barbanson (40 %), L. Arbaret (20 %), C. Ramboz (20 %), Y. Chen (20 %),
L. Arbaret (10 %)
ITA / IATOS
Remi Champallier (IE)
Personnels non ISTO
A. Belkabir (Université Marrakech), H. Gibson (Université Sudbury, Canada), Société Reminex (Casablanca), G. Ruffet (CNRS Rennes)
Shu L.S. Wang B., et al. (univ. De Nanjing)
Herzer R., Adams C., Black P. (GNS, coopération France -Nouvelle-Zélande)
Paquette J-L (Clermont-Ferrand), Maurizot P. (BRGM Nouvelle-Calédonie)
Micha Brytniski (Toulouse)
Intégration au programme chinois d’étude des ressources métallique de la province autonome du Xinjiang ; New Zealand-France
collaborative research programme in Geosciences
6. Références
Černý P, Blevin PL, Cuney M, London D (2005) Granite-Related Ore Deposits In: Hedenquist JW, Thompson JFH, Goldfarb RJ,
Richards JR (eds) Economic Geology - One Hundredth Anniversary Volume 1905-2005. Society of Economic Geologists, Inc.,
Littleton, CO, USA, pp 337-370.
Charvet, J., Laurent-Charvet, S., Shu, L. and Ma, R., 2001. Paleozoic Continental Accretions in Central Asia Around Junggar Block:
New Structural and Geochronological Data. Gondwana Research, 4(4): 590.
25
Groves DI, Goldfarb RJ, Robert F, Hart CJR (2003) Gold Deposits in Metamorphic Belts: Overview of Current Understanding,
Outstanding Problems, Future Research, and Exploration Significance. Economic Geology 98: 1-29.
Gu, L. et al. (2006), Copper, gold and silver enrichment in ore mylonites within massive sulphide orebodies at Hongtoushan VHMS
deposit, N.E. China. Ore Geology Reviews, In Press, Corrected Proof.
Khin Zaw, Huston, D.L., Large, R.R., 1999. A chemical model for remobilisation of ore constituents during Devonian replacement
process within Cambrian VHMS Rosebery deposit, western Tasmania. Economic Geology 94, 529– 546.
Jingwen Mao, Richard J. Goldfarb, Yitian Wang, Craig J. Hart, Zhiliang Wang,and Jianmin Yang 2005. Late Paleozoic base and
precious metal deposits,East Tianshan, Xinjiang, China: Characteristics and geodynamic setting. Episodes, Vol. 28 No.1:23-36.
Lips, A.L.W., 2002. Correlating magmatic–hydrothermal ore deposit formation over time with geodynamic processes in Southeast
Europe. In: Blundell, D.J., Neubauer, F., von Quadt, A. (Eds.), The Timing and Location of Major Ore Deposits in an Evolving
Orogen, Geological Society, London, Special Publications, no. 204, pp. 69–79.
Neubauer, F., Lips, A., Kouzmanov, K., Lexa, J. and Ivascanu, P., 2005. 1: Subduction, slab detachment and mineralization: The
Neogene in the Apuseni Mountains and Carpathians. Ore Geology Reviews, 27(1-4): 13.
Shu, L. et al., 2004. Geological, geochronological and geochemical features of granulites in the Eastern Tianshan, NW China. Journal of
Asian Earth Sciences, 24(1): 25.
Sillitoe, R.H., 1997. Chracteristics and controls of the largest porphyry copper–gold and epithermal gold deposits in the circum-Pacific
region. Australian Journal of Earth Sciences 44, 373– 388.
Wang B., Faure M., Cluzel D., Shu L.S., Charvet J., and Meffre S., 2006. Late Paleozoic tectonic evolution of the north part of Western
Tianshan, NW China. J. of Asian Earth Sci. sous presse
Zhang, L.-C., Xiao, W.-J., Qin, K.-Z., Ji, J.-s. and Yang, X.-k., 2004. Types, geological features and geodynamic significances of goldcopper deposits in the Kanggurtag metallogenic belt, eastern Tianshan, NW China. International Journal of Earth Sciences, 93(2):
224-240
26
II-3.3 Modélisation intégrée 4D de la déformation crustale ;
cinématique de l'extension continentale diffuse en Asie orientale.
Responsable : Charles GUMIAUX
1. Problématique scientifique
Depuis plusieurs années, notre compréhension des processus de déformation de la croûte et de la
lithosphère continentale a largement bénéficié des simulations mécaniques, à la fois numériques et
analogiques. A partir de lois de comportement théoriques des matériaux rapportées, via d’éventuelles lois
d’échelles, aux conditions physiques résidant dans la croûte terrestre, ces modèles directs tendent à
reproduire les structures observées sur le terrain. Parallèlement, des avancées importantes ont été réalisées
à travers les études des zones déformées de la croûte et l’acquisition de données de plus en plus
nombreuses et de natures très diverses, en surface comme en profondeur. A travers l’étude d’une zone
présentant un mode de déformation assez singulier de la croûte continentale, ce projet s’inscrit dans une
ambition plus large de développement de méthodes d’inversion des mesures de la déformation afin de
pouvoir les comparer au mieux aux résultats obtenus en laboratoires à travers les simulations mécaniques
directes.
La zone d’étude choisie, dans la partie Est de la Chine, présente un domaine affecté par une extension
continentale "diffuse" appartenant à une large bande dont la déformation a débuté au crétacé et qui s’étend
de l’Antarctique à la Sibérie, le long de la marge active occidentale du Pacifique. Le développement de
structures de type core complex, associant roches métamorphiques et plutoniques, ainsi que des bassins
extensifs associés, a été décrit tout au long de cette bande (p. ex. en Chine, ou bien en Nouvelle Zélande).
Ce type de structures est classiquement présenté comme typique du mode d’extension faisant suite à un
épaississement de la croûte continentale tel qu'il a pu être décrit, par exemple, en Mer Egée ou dans la
région du Basin and Range, aux Etats-Unis. Cependant, le long de la bande "extensive" considérée pour
cette étude, aucun épaississement préalable n’a pu être identifié. Il semble donc que d’autres mécanismes
puissent être en jeu et que cette région soit un site unique permettant d’appréhender les modalités de
l’extension et du comportement mécanique de la croûte continentale dans son ensemble.
Le premier objectif de ce projet consiste donc à étudier les processus de l’extension à grande échelle
(diffuse ou pénétrative) dans la croûte continentale pour répondre à une question cruciale en
géodynamique : quel(s) modèle(s) théorique de comportement mécanique peut-on réellement valider à partir
de l'inversion des données disponibles sur la déformation finie et sur son évolution temporelle ? La zone
d'étude, qui présente un mode d'extension diffuse assez singulier pour un tel contexte géodynamique,
constituera une cible de choix pour avancer dans notre compréhension des comportements mécaniques de
la croûte au cours des processus de déformation de grande échelle.
Un deuxième objectif d'ordre méthodologique est également visé ici. De façon à pallier le caractère
forcément limité des avances réalisées dans les différents champs disciplinaires, ce projet se propose de
procéder à l’intégration des données de nature et d’échelle variées afin d’obtenir une vision globale du
processus de déformation. L’intégration des paramètres géologiques (structuraux), géophysiques,
radiochronologiques ou encore des marqueurs métallogéniques mènera à la construction d’un modèle
cinématique 3 à 4D à l’échelle crustale.
3. Mise en œuvre
Comme exposé ci-dessus, ce projet de recherche vise à intégrer les diverses données permettant d’aboutir
à une modélisation d’abord structurale puis cinématique de la déformation finie dans la zone d’étude
considérée. La démarche d'étude adoptée s’articulera autour de différents volets, comme suit :
i. une étude structurale de surface permettant d’appréhender la structure mais également la cinématique
des déformations. Ce volet comprendra la compilation des données cartographiques disponibles pour la
région mais également l’acquisition de nouvelles données sur le terrain à travers la réalisation de
transects d’échelle régionale, d’une part, et l’étude plus détaillée de structures comme les zones de
cisaillement, d’autre part. Finalement, une analyse quantitative des champs de déformation sera
produite par l’utilisation de méthodes statistiques d’interpolation et d’analyse spatiale des mesures
ponctuelles,
ii. le calcul d’un modèle géométrique 3D des structures majeures réalisé à partir de l'intégration des
données cartographiques et des données géophysiques disponibles. Cette image des unités en
27
profondeur permettra de tester l’extension verticale du modèle cinématique obtenu en surface et, donc,
de caractériser le degré de cohérence entre les différents niveaux constituant la croûte, au cours de la
déformation.
iii. l’obtention de contraintes d’âges sur les différentes étapes de déformation à partir de datations Ar/Ar et
de l’étude du remplissage syntectonique des bassins sédimentaires. Parallèlement à l’étude détaillée
des principales structures extensives, un échantillonnage systématique peut être réalisé depuis le cœur
des dômes de roches métamorphiques et plutoniques jusqu’à la zone de cisaillement, contact avec les
roches sédimentaires de la croûte superficielle. Des techniques de datation in-situ permettront alors de
pouvoir détailler l’histoire de mise en place de ces dômes majeurs en parallèle avec l’évolution du
remplissage des bassins extensifs les jouxtant,
iv. l'étude des stades de minéralisation potentiels. Intégrés dans leurs contextes structuraux, les
minéralisations aurifères peuvent constituer de précieux marqueurs des changements de comportement
ductile à fragile des unités métamorphiques ainsi que l’évolution thermique des roches au cours de leur
déformation,
v. les résultats de ces différents volets seront intégrés sur le support du modèle structural 3D afin de
pouvoir calculer, étape après étape, la restauration de la déformation finie de ce système extensif, à
l’échelle de la croûte continentale. A partir de l’ensemble des données disponibles, cette modélisation
permettra de fournir des contraintes importantes sur, parmi d’autres facteurs : la quantité et la vitesse de
déformation accumulée dans la portion de croûte considérée, l’évolution des conditions thermiques au
cours de l’histoire tectonique, etc.
vi. finalement, les paramètres fixés à partir de l’inversion des données pourront être exploités dans le cadre
de tests mécaniques par simulation numérique de la déformation. En parallèle, cet ultime volet du projet
bénéficiera de l’acquisition récente d’une presse Paterson au sein de l’ISTO ; les expériences de
déformation, à pression et température contrôlées, sur des échantillons prélevés dans la zone d’étude
apporteront des contraintes fortes sur leur comportement rhéologique réel.
Dans le cas de la Chine de l’Est, le modèle cinématique ainsi obtenu apportera des contraintes essentielles
à la compréhension des causes géodynamiques de l’extension continentale au Crétacé. Au-delà de cette
application, les développements effectués dans ce projet de recherche fourniront un outil fondamental pour
tester les modèles géodynamiques conceptuels issus d’études plus classiques en Sciences de la Terre.
D’un point de vue méthodologique, ce projet implique de développer et d’adapter des méthodes spécifiques
de traitement spatial des données à travers l’utilisation de logiciels SIG (Systèmes d’Information
Géographique) et de modélisateurs 3D. A ce titre, cette partie du projet de recherche bénéficiera nettement
d’une collaboration déjà bien établie avec certains ingénieurs/chercheurs du BRGM pour leurs compétences
en géomatique s.l. Concernant le volet d’étude structurale sur le terrain, les personnels impliqués dans ce
projet obtiendront un soutient scientifique important de la part de collaborateurs Chinois de l’Academia
Sinica (Beijing) ainsi qu’un soutient logistique indispensable pour ce type de mission.
4. Personnels
Permanents
Charles Gumiaux (80 %), Romain Augier (50%), Michel Faure (40%), Max Vidal (40%), Yan Chen (10 %), Dominique Cluzel (20%).
Non-permanents
Un doctorant XXX (2008-2010)
Personnels non ISTO
Lin Wei (Academia Sinica), Patrick Monié (Univ. Montpellier II), Guillaume Martelet, Gabriel Courrioux, Catherine Truffert (BRGM).
5. Programmes de recherche nationaux et internationaux
- Soumission d'un projet ANR Jeune Chercheur courant 2007.
- Financement d’un projet de recherche de nos collaborateurs Chinois : " Mécanismes d’amincissement lithosphérique en Chine du
Nord, au Mésozoïque. " (Lin Wei, Academia Sinica, Financement National).
28
II-4
Grand Programme :
Structures, Propriétés de Transport et de Stockage
des Géomatériaux
Coordinateur : Jean-Louis ROUET
Problématique et organisation
La problématique générale de ce thème de recherche concerne la compréhension des transferts liquides et
gazeux au sein des géomatériaux. Elle est abordée par trois fiches projet. Les travaux regroupés autour de
la fiche " Structure de géomatériaux poreux et propriétés de transfert " (Fiche 1) s’attachent à relier la
structure du réseau poreux à des propriétés macroscopiques, tandis que les études menées dans le projet
" paléo-circulation " (Fiche 2) concernent les conséquences de la circulation d’un fluide au sein d’un milieu
naturel. Enfin, la fiche " Interactions fluides-solides : séquestration du C02 et comportement de l’eau
métastable " (Fiche 3) s’intéresse aux mécanismes géochimiques de confinement des gaz dans les
géomatériaux.
Approches et Méthodes
Les projets mettent en jeu des techniques d’analyse d’image obtenues par microscopie électronique à
balayage (2D) et par microtomographie X (3D) ainsi que des aspects de modélisation et de simulation
numériques des transferts.
Ces fiches explorent cependant des domaines de recherche différents : pour la Fiche 1, c’est la relation
entre la structure des géomatériaux (principalement des sols et des pierres mises en œuvre) et les
propriétés de transfert qui sont recherchées. Pour le projet paléo-circulation, les mécanismes de dépôt de
masse au cours du transfert sont étudiés afin de caractériser l’hydrodynamique des circulations anciennes.
La Fiche 3 concernant les interactions fluides-solides, soit dans des matrices poreuses, soit dans des
réservoirs géologiques, est une fiche qui présente aussi des aspects géochimiques et de thermodynamique
des fluides.
On peut noter que les travaux réalisés sur les processus de dépôt par des solutés présents dans le fluide
pourront à terme être utilisé pour tenir compte des processus de précipitation et dissolution aussi présents
dans les sols et les pierres mises en oeuvre.
29
Moyens nécessaires à sa mise en oeuvre
Ces axes nécessitent des compétences communes, à savoir la maîtrise de techniques liées à la
microtomographie X, la cathodoluminescence, la microthermométrie,la microscopie électronique à balayage
et la microsonde électronique, l’Anisotropie de Susceptibilité Magnétique (ASM) et la goniométrie de texture
(méthodes déjà largement utilisées à l’ISTO). Les travaux utiliseront aussi les moyens offerts par les lignes
du synchrotron SOLEIL (microdiffraction, IR, fluorescence X).
Il s’y ajoute des connaissances liées à la résolution numérique des équations de la mécanique des fluides,
soit dans des milieux poreux, mais à conditions aux limites fixes, soit pour des milieux pour lesquels le dépôt
implique des conditions aux limites variables. Ces compétences sont présentes à l’ISTO mais nécessitent
d’être renforcées.
Il nous apparaît important que ce projet puisse compter sur les compétences d’un ingénieur de recherche
orienté calcul scientifique pour mener à bien la partie numérique de ce projet. En ce qui concerne les
moyens expérimentaux, un microtomographe X de haute résolution (taille de pixel d’un micron) permettra
d’obtenir des informations locales précieuses soit sur la géométrie des pores, soit sur la texture du dépôt. La
jouvence de moyens plus classique d’investigation comme l’ASM et le goniomètre de texture doit être
envisagé ainsi que le remplacement de l’ingénieur d’étude responsable du goniomètre de texture–départ à la
retraite en 2008. Enfin, Le renouvellement de la microsonde nous apparaît comme étant nécessaire au
bon déroulement des projets qui composent ce programme.
Les expériences menées sur synchrotron (ESRF, SLS) et les outils d’analyse d’image 3D développés au
laboratoire ont démontré toute la pertinence de la microtomographie X sur l’étude des milieux poreux
(pierres, sols…). Toutefois, la fréquence des expériences sur synchrotron est extrêmement faible. Nous
avons donc besoin d’un microtomographe de laboratoire et de son environnement informatique afin (i)
d’imager les échantillons avec des résolutions moyennes (supérieures au micron) et de réserver ainsi le
temps de faisceau synchrotron aux échantillons nécessitant les plus hautes résolution et (ii) continuer de
développer des outils d’analyses sur de nouvelles images et objets. Cet instrument fait partie de la fiche
CPER élaborée par la Fédération Sciences de la Terre et de l’Univers en Région Centre (STUC). La
demande de son financement a aussi été introduite dans la cadre de la demande de moyens CNRS pour
2007 et fait l’objet d’une demande d’équipement à l’INSU pour 2007 et 2008. Une demande a aussi été
introduite auprès du Conseil Régional de la Région Centre au titre des demandes de soutien en équipement
pour 2007.
Par ailleurs, à partir des images issues de ces analyses il est prévu de simuler le transfert de fluides à
l’échelle du pore (quelques microns) et ainsi de calculer des propriétés macroscopiques telle que la
perméabilité. Cependant, afin d’être pertinente, une telle analyse doit être confrontée à des mesures
expérimentales (perméabilité, imbibition, rétention d’eau…). Il est nécessaire pour cela de pouvoir contrôler
les paramètres physiques de l'expérience. Cela ne sera possible que grâce à une plate-forme réunissant les
moyens expérimentaux et analytiques adéquats.
Ce projet fait une part importante à l’analyse d’image, la modélisation et la simulation numérique. Des
résultats préliminaires sont d’ores et déjà obtenus sur des images de tuffeau, issues de tomographie X. Pour
être menée à bien, cette partie nécessite le support des compétences d’un ingénieur de recherche orienté
calcul scientifique permettant d’aider au développement de codes sur machines parallèles relevant (i) de la
caractérisation des milieux poreux par analyse d’images 2D et 3D (ii) du transfert de fluides dans les milieux
poreux (iii) de la mécanique des fluides. Une telle demande de moyens humains a été introduite au titre de la
demande de moyens CNRS 2007. Il conviendra aussi de compléter le parc de machines de calculs afin de
pouvoir monter ses performances à un ensemble permettant d’intégrer les images issues de tomographie
soit 1024^3. Il est aussi envisagé de mettre en commun avec d’autres laboratoires du campus d’Orléans des
moyens de calculs. Cela a été d’ores et déjà concrétisé par la demande portée par le PPF ‘’Calcul
Scientifique sur Orléans et Tours’’ auprès de la Région Centre et qui permet d’initier ce parc de machines.
Les études texturales envisagées dans le projet " Paléo-circulations " s’appuient sur les mesures des
fabriques magnétiques et la goniométrie de texture. Les laboratoires responsables des appareils de mesures
auront besoin d’un soutien conséquent pour leur jouvence. La période 2008-2011 verra aussi le
30
départ à la retraite de l’ingénieur d’étude responsable du goniomètre de texture. Il sera par
conséquent nécessaire de réexaminer les besoins par rapport à ce type de fonction ainsi que par rapport
aux besoins au sein de l’ensemble des laboratoires mais en tout état de cause, il faudra procéder au
remplacement de ce poste.
31
II-4.1 Géomatériaux poreux : de la caractérisation microscopique aux
propriétés de transfert. Application aux sols et aux pierres du patrimoine bâti
Responsable : Olivier ROZENBAUM
1. Problématique scientifique
Les propriétés macroscopiques des géomatériaux poreux, plus particulièrement leurs propriétés de transfert
de fluides, sont régies par la nature des phases solides qui les constituent, leur arrangement spatial et la
géométrie des pores qui en résulte. La problématique est par conséquent celle, très générale, de
l’établissement de relations entre les caractéristiques de constitution des géomatériaux et leurs propriétés.
Dans le cadre de ce projet, les études concerneront plus particulièrement les sols et les pierres calcaires du
patrimoine bâti. Pour les sols, la problématique est celle du rôle de l’assemblage élémentaire (mode
d’assemblage argile-squelette) dans les propriétés de transferts. Pour les pierres du patrimoine bâti, il s’agit
d’étudier les mécanismes de transferts de fluides afin de mieux cerner les mécanismes de leurs altérations.
L’objectif des recherches est de relier les propriétés de transfert de fluide de géomatériaux poreux à leurs
caractéristiques microstructurales. Les études s’appuient sur la connaissance à l’échelle du pore de la
géométrie 3D de ces géomatériaux. Le but est de relier ces caractéristiques microscopiques à des
grandeurs macroscopiques par le biais, soit de l’intégration numérique des équations de la mécanique des
fluides, soit par des mesures macroscopiques. Concernant les retombées finalisées, nous avons pour
objectif de contribuer à une meilleure compréhension des processus d’altération des pierres calcaires du
patrimoine bâti et la mise au point de procédés de traitement reposant sur des bases scientifiques.
Concernant les sols, les travaux visent à améliorer les outils de prédictions statistiques (fonctions de
pédotransfert) qui sont utilisés pour les propriétés de rétention en eau et les propriétés de transfert.
3. Mise en œuvre
Ce projet de recherche repose sur des développements méthodologiques ayant eu lieu à l’ISTO au cours du
quadriennal 2004-2007. Ces développements méthodologiques se poursuivent dans plusieurs directions. La
mise en œuvre du projet reposera sur des moyens analytiques classiques et d’autres étroitement liés aux
possibilités offertes par la microtomographie X. De façon schématique, on peut identifier les étapes
suivantes :
(i)
Analyse des constituants minéraux et de leur assemblage à l’aide moyens analytiques classiques :
diffraction des RX et spectrométrie infrarouge, microscopie optique et microscopie électronique,
analyse porosimétrique au mercure ou par désorption de gaz ;
(ii)
Acquisition d’images par microtomographie X. Pour les pierres du patrimoine bâti, hormis la nécessité
de consolider par inclusion dans de la résine la plupart des échantillons du fait de leur fragilité, il n’y a
pas de difficulté particulière si ce n’est la qualité de l’inclusion elle-même en raison de la petite taille
des pores. Pour les sols, en revanche, la connaissance de la géométrie 3D n’est encore accessible
par microtomographie X que pour des sols déshydratés, avec les mêmes difficultés que pour les
pierres du patrimoine bâti. Or la géométrie 3D des sols est étroitement dépendante de leur état
d’hydratation. Nous aurons par conséquent à poursuivre les développements pour que la géométrie
3D de sols à différents états hydriques puisse être obtenue. Une alternative à court terme pourra
consister en la déformation théorique de la structure 3D sur la base d’hypothèses sur le gonflement de
la phase argileuse.
(iii)
Les images acquises en tomographie X donnent accès à la connaissance de la structure 3D des
géomatériaux, donnée essentielle pour obtenir une image topologique du réseau de pores et discuter
de ses propriétés de transfert. L’analyse d’images 3D obtenues en microtomographie X (ligne ID19 de
l’ESRF Grenoble ; SLS de Villingen, Suisse ; microtomographe en cours d’acquisition), en particulier
leur segmentation, est en soi une opération extrêmement délicate. Il est par conséquent nécessaire
de la maîtriser dans les meilleures conditions. C’est en effet de la pertinence de la segmentation dont
dépend par la suite toute la qualité de l’information morphologique, structurale et topologique sur le
réseau de pores (nombre d’Euler Poincaré, distributions de cordes, etc.) et in fine de la simulation des
transferts. Une attention particulière sera par conséquent attachée à cette phase de traitement des
images 3D obtenues en microtomographie X.
-
32
(iv)
La résolution numérique des équations de transfert de la mécanique des fluides (Navier Stokes) dans
les milieux 3D ainsi obtenus, ou encore dans des milieux modèles, à des fins d’ordre méthodologique,
sera mise en œuvre à l’aide de méthodes relevant des éléments finis, des volumes finis ou encore de
gaz sur réseau (Lattice Boltzmann Equation). La simulation à une résolution inférieure au micromètre
des milieux réels (reconstructions numériques d’échantillons en 3D) donnera des grandeurs
microscopiques qui, moyennées sur un volume d’échantillon suffisamment important (Volume
Elémentaire Représentatif), permettront d’accéder aux grandeurs macroscopiques (changement
d’échelle). Les résultats obtenus seront alors comparés avec des mesures expérimentales telles que
par exemple des mesures de perméabilité ou de cinétique d’imbibition. Cette démarche permettra
notamment de valider les simulations numériques.
500 µm
Figure 1 : coupe 2D issue d’une reconstruction tomographique (a) pour un sol reconstitué et (b) pour un tuffeau.
b
10 um
a
5
um
10 um
Figure 2 : Reconstruction 3D d’un sol (phase solide en gris) et d’un tuffeau.
4. Participants
Permanents
J.L. Rouet (80 %), A. Bruand (80 %), O. Rozenbaum (80 %), S. Sizaret (20 %), Motelica (50 %).
ITA et IATOS ISTO : J.G. Badin, S. Janiec, P. Penhoud, O. Rouer, Ph. Penhoud.
Non permanents
E. Le Trong (Post-doc, 100 %), S. Anne (doctorante, 70 %). H. Al Majou (doctorant, 100 %), A. Reatto Braga (doctorant, 100 %)
Participant non ISTO :
CRMD (A. Delville, P. Porion, J. Puibasset); MAPMO (M. Bergounioux, S. Cordier, L. Guillot, E. Leguirriec,), INRA (S. Cornu, I. Cousin),
LRMH (F. Bousta, G. Orial).
Participation d’entreprises : ETS Lucet, Calcite bio concept, Arvalis.
33
Bentz D.P., Quenard D.A., Kunzel H.M., Baruchel J., Peyrrin F., Martys N.S., Garboczi E.J., Microstructure and transport properties of
porous building materials. II. Three dimensional X-ray tomography studies, Material and Structures, 33 (2000), 147-153.
Lindquist W.B. Quantitative analysis of three-dimensional x-ray tomographic images, Proc. SPIE Vol. 4503, p. 103-115, Developments
in X-Ray Tomography III, Ulrich Bonse; Ed 2002.
Cnudde V., Jacobs P.J.S., Monitoring of weathering and conservation of building materials through non-destructive X-ray computed
microtomography, Environmental Geology, 46, (2004) 477-485.
Pierret A., Capowiez Y., Belzunces L., Moran C.J., 3D reconstruction and quantification of macropores using X-ray computed
tomography and image analysis, Geoderma 106 (2002) 247–271.
Vogel H.J., To¨ lke J., Schulz V.P., Krafczyk M., Roth K., Comparison of a lattice-Boltzmann model, a full-morphology model, and a pore
network model for determining capillary pressure–saturation relationships, Vadose Zone J 4:380-388 (2005).
Wolf-Gladrow D.A., Lattice-Gas Cellular Automata and Lattice Boltzmann Models, An Introduction, Lecture Notes in Mathematics ,
Vol. 1725, 2000, IX, 308 p., Softcover.
34
II-4.2 Interaction fluides – solides : sequestration du CO2 et comportement de
l’eau métastable
Responsable : Claire RAMBOZ
1. Problématique
Avec la nécessité de maîtriser les flux de gaz produits dans l’environnement par l’activité anthropique, et
alors que l’eau reste le fluide caloporteur privilégié à l’échelle industrielle, la compréhension et la maîtrise
des processus physico-chimiques impliqués dans les interactions des gaz et de l’eau avec les phases
solides apparaissent comme des enjeux essentiels. Environ 43% du CO2 émis dans le monde en 2030
proviendra des centrales thermiques (IAE, 2002). La technologie pour capturer ce CO2 étant disponible, sa
mise en œuvre permettrait de satisfaire à court terme à l’exigence de diminution des gaz à effet de serre. Le
moyen le plus couramment envisagé pour confiner ce CO2 est le stockage géologique. L’injection de CO2
dans des aquifères profonds est une des voies explorées (cf. le champ Sleipner en Mer du Nord).
Cependant, d’autres méthodes valorisent les capacités de certaines roches à stocker les gaz. Deux types de
formations sont considérées : les roches réservoirs et les charbons. Plus de 60 projets de recherche et
développement ont été entrepris en Europe et dans le monde sur la séquestration de CO2, dont deux projets
pilotes concernant les gisements de charbon (Haute Silésie (Pologne), Projet européen RECOPOL ;
Alberta ; Canada).
Dans les réservoirs, les gaz s’accumulent en tant que phase libre dans l’important réseau poreux de la
roche, des pièges structuraux ou lithologiques assurant leur confinement. Inversement, dans les charbons,
la forte adsorption du CO2 offre des capacités de rétention 5 à 10 fois supérieure à celles d’une roche
réservoir de même volume, avec en plus, une fixation quasi définitive.
La physique de l’eau liquide métastable ainsi que les interactions qu’elle exerce sur le solide qui la contient,
constituent un champ de recherches qui mérite d’être exploré. Un premier défi à relever est de vérifier que la
structure de l’eau métastable est bien de type glace, conformément aux prédictions des modèles
thermodynamiques, et que le solide au contact de l’eau métastable est en état de traction (Fig. 1B). Un autre
enjeu est de comparer les propriétés de l’eau métastable avec celles de l’eau critique, notamment du point
de vue de leurs capacités accrues de transport de la chaleur.
2. Objectifs du projet.
1°) Stockage du CO2. Il s’agir d’acquérir des connaissances sur les processus mis en jeu dans le stockage
géologique du CO2, pour en optimiser la réalisation et la sécurisation à long terme.
• Dans les gisements houillers, les conditions optimales de stockage dépendent de la perméabilité initiale
des formations intéressées (charbon, intercalaires rocheux, épontes, Fig. 1A), de leur comportement au
cours de l’injection du CO2, mais aussi de la quantité de méthane susceptible d’être déplacée par le CO2,
puis récupérée. Les objectifs sont d’identifier les paramètres régissant le processus d’adsorption du CO2 sur
les charbons, en tenant compte de la complexité chimique et structurale de ces matériaux. Il s’agit aussi
d’anticiper l’évolution des propriétés des gisements houillers au contact du CO2, notamment la diminution de
leur perméabilité liée au gonflement du charbon. La finalité du projet est d’intégrer ces paramètres dans un
modèle, lequel sera testé dans un projet pilote.
• Dans les réservoirs géologiques, le point clef qu’il faut maîtriser s’agissant d’une phase libre susceptible
de migrer, est l’intégrité du réservoir. Ensuite, il s’agit de s’assurer que les risques pour l’homme et son
environnement demeurent acceptables en cas de fuites. La faisabilité d’un stockage à long terme repose
essentiellement sur les prédictions de modèles, aucun des projets pilotes réalisés à ce jour n’ayant duré plus
de 10 ans. Afin de maîtriser la sécurisation du stockage à long terme, nous nous proposons d’étudier des
accumulations naturelles de CO2 qui seules peuvent nous éclairer sur (i) le comportement du CO2 profond
sur des durées géologiques, (ii) les réactions minéralogiques qu’il induit dans le réservoir, (iii) l’efficacité de
l’écran imperméable, (iv) la nature des fuites.
35
2°) Eau métastable. Nous proposons de préciser comment varie l’extension P-T du domaine métastable de
l’eau liquide selon la nature des solutés qu’elle contient (sels, gaz) et de décrire, pour chaque système
étudié, le caractère homogène ou hétérogène de la nucléation de vapeur. Tirant parti de la brillance et de la
résolution du faisceau délivré par un synchrotron, on sondera des micro-systèmes d’eau métastable avec
son contenant, afin de préciser la structure de ce fluide et la déformation qu’il exerce sur le cristal
environnant. La finalité est de construire des équations d’état qui reproduisent au mieux les propriétés de
l’état métastable, y compris les Cp, et d’appliquer l’ensemble de ces connaissances physiques et thermodynamiques à l’interprétation de fluides naturels : mesure indirecte de la température d’homogénéisation des
inclusions formées en-dessous de 50°C, ré-évaluatio n du bilan du geyser sous marin métastable de la fosse
d’Atlantis II.
3. Mise en œuvre
1°) Stockage du CO 2. Les recherches concernent l’étude de cibles géologiques sur le territoire national, en
partenariat avec le BRGM et la compagnie Total, acteurs reconnus de nombreux projets internationaux dans
ce domaine (participation du BRGM aux projets européens Nascent et RECOPOL ; implication de Total
dans le projet Sleipner en Mer du Nord).
• Gisements houillers. L’équipe « matière organique » de l’ISTO est partie prenante de l’ANR CHARCO
pour réaliser un échantillonnage représentatif des charbons des principaux gisements français et
caractériser leurs propriétés physiques, chimiques et pétrographiques par différentes analyses (dosage
élémentaire C-O-H-N-S de la fraction carbonée ; identification des macéraux, analyse de leur structure et
leur composition chimique et isotopique ; évaluation de la taille des pores ; teneur initiale en gaz …). Ces
données serviront à l’interprétation d’un ensemble de mesures physiques et mécaniques effectuées en aval
par le BRGM, les laboratoires LCA/Université de Metz, LAEGO (Nancy) et INERIS.
• Stockage de CO2 dans des réservoirs géologiques. La Province carbo-gazeuse autour du Massif Central
français, regroupe de nombreuses accumulations de CO2 dont certaines remontent en surface. Montmiral est
le seul réservoir de la Province dont le gaz est exploité industriellement, et c’est le seul site au monde qui a
été foré sur 2500 m et carotté de façon discontinue, du socle au réservoir et à sa couverture. Suite aux
études préliminaires menées dans le cadre du projet Nascent, nous avons procédé à un nouvel
échantillonnage plus serré du forage, inventorié les fentes et établi leur style structural et leur chronologie
relative. Plusieurs techniques de µ-caractérisation seront mises en œuvre sur les matrices et les fluides
associés (CL, sonde ionique, sondes nucléaires, Raman et IR, XRF sous µ-faisceau) pour caractériser la
géochimie des diverses circulations et leur source, discriminer les phases d’alimentation du réservoir et les
épisodes de fuites. On procèdera à l’analyse microtectonique de fentes de style équivalent connues à
l'affleurement, afin de caler les circulations carboniques du site de Montmiral dans l’évolution du bassin. Par
ses propriétés géochimiques, le CO2 libre ou captif du forage sera comparé aux circulations carboniques
répertoriées régionalement : celles postérieures aux minéralisations Pb-Zn de la Bordure Cévenole, celles
liées au volcanisme tertiaire et aux phases diapiriques.
36
2°) Eau métastable
L’implication de l’ISTO dans le projet ANR SURCHAUF consiste en la description du comportement
métastable de solutions de référence piégées en inclusions fluides synthétiques (chlorures, carbonates,
sulfates avec des cations de taille variable ; gaz dissous). En effet, l’état métastable est facilement
3
observable sous microscope dans des microcavités remplies de quelques dizaines de µm de liquide chauffé
puis refroidi rapidement (Fig. 1B). Les processus de nucléation seront caractérisés sur images tirées de
séquences vidéo rapides. Des inclusions représentatives des différents comportements observés dans le
domaine métastable feront l’objet de mesures physiques in situ (spectroscopies Brillouin, IR, Raman ; µdiffraction X), afin de construire des modèles structuraux de l’état métastable pour les systèmes eausolutés, et ainsi choisir des équations d’état les mieux adaptées pour en reproduire les propriétés.
4. Participants
ISTO permanents
C. Ramboz (60 %), F. Laggoun-Défarge (20 %), J.-R. Disnar ( 20 %), J.M. Bény (20 %), F. Muller (20 %)
ITA / IATOS
D.Kéravis, O. Rouer, D. Bellenoux, L. Perdereau, L. Peilleron, M. Hatton , P. Penhoud.
Non permanents :
Y. Rubbert (doctorante, co-direction ISTO et BRGM, 2005-2008, Bourse Région)
M. El Mekki (doctorante, co-direction ISTO et Université d’Orsay, 2006-2009, Bourse Région)
1 doctorant (co-direction ISTO et BRGM, 2006-2009, financement par TOTAL dans le cadre de l’ANR « CHARCO »
-
1 à 2 stages de recherche par an en Master 2
Non ISTO
Y.M. Le Nindre, C. Lerouge & E. Gaucher (BRGM)
L. Mercury (Univ. Orsay), P. Goudeau (Univ. Poitiers), P. Dumas (Univ. Orsay), A. Polian (Univ. Paris VI) ; R. Thiéry (Univ. ClermondFerrand).
Les partenaires des projets ANR.
5. Programmes :
–
–
ANR « CHARCO » 2006-2009 Expérimentation et modélisation de l’échange de gaz dans les charbons en vue d’un stockage
du CO2
ANR «SURCHAUF » 2006-2008 Physico-chimie expérimentale des solutions naturelles surchauffées pour l’interprétation
quantitative des systèmes métastables.
- Ramboz C., Oudin E. et Thisse Y. (1988) Geyser-type discharge in Atlantis II Deep, Red Sea: Evidence of boiling from fluid inclusions
in epigenetic anhydrite. Canadian Mineralogist 26, 765-786.
- Ramboz C., Charef A. (1988) Temperature, pressure, burial history and paleohydrology of the Malines Pb-Zn deposit : reconstruction
from aqueous inclusions in barite. Econ. Geol. 83, 784-800.
- Ramboz C., Danis M. (1990) Superheating in the Red Sea? The heat-mass balance of the Atlantis II Deep revisited. Earth Planet. Sci.
Letters 97, 190-210
- Edon M., Ramboz C., Guilhaumou N. (1994) Three-stage decompression-related halokinesis in the Subalpine Range: fluid-inclusion
evidence in rock salt. Eur. J. Mineral. 6, 855-871.
- Edon M., Ramboz C., Volfinger M., Choi C.G., Isabelle D. (1996) Apport de métaux par des fluides profonds de source évaporitique
dans l'oxfordien du bassin S-E (France). Contribution de la microanalyse PIXE. - C. R. Acad. Sci. Paris, 322 série IIa, 633-640.
- Volfinger, M. Ramboz C., Choï C.G., Aïssa M. and Edon M. (1997) Tracing fossil and present day fluids in rocks : application of the
nuclear microprobe. NIM B 130, p.692-699.
- Jimenez A., Iglesias M. J., Laggoun-Défarge F. & Suarez-Ruiz I. (1999). Effect of the increase in temperature on the evolution of the
physical and chemical structure of vitrinite. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,.Vol. 50, pp. 117-148.
- Mercury L., Vieillard P. et Tardy Y. (2001) Thermodynamics of ice polymorphs and “ice-like” water in hydrates and hydroxides. Appl.
Geochem, 16, 2, 161-181
- Gama S., Volfinger M., Ramboz C., Rouer O. (2001) Accuracy of PIXE analyses using a funny filter. Nuclear Instruments and Methods
in Physics Research B, 181, 150-156.
- Iglesias M. J., del Rio J. C., Laggoun-Défarge F., Cuesta M J. & Suárez-Ruiz I. (2002). Control of the chemical structure of perhydrous
coals; FTIR and Py-GC/MS investigation. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Vol. 62, pp. 1-34.
- Kouzmanov K., Bailly L ., Ramboz C., Rouer O., Bény J.M. (2002) Morphology, origin and IR-light microthermometry of fluid inclusions
in pyrite from the Radka copper deposit, Bulgaria. Mineral. Deposita, 37, 599-613.
- Le Nindre Y.M., Bachu S., and Heck T. (2002) - Regional baseline hydrogeology prior to CO2 sequestration at the Weyburn oilfield
(Canada). European Association of Geoscientists and Engineers. EAGE 64th Conference and Exhibition, Florence, Italy, 27-30 May
2002. H009, CO2 Sequestrationand gas storage. CD of Extended Abstracts, ISBN 90-73781-21-3 © EAGE 2002.
- Laggoun-Défarge F., Rouzaud J.-N., Iglesias M. J. Suarez-Ruiz I., Buillit N. & Disnar J. R. (2003). Coking properties of perhydrous
low-rank vitrains. Influence of pyrolysis conditions. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 67: 263-276.
- Mercury L., Azaroual M., Zeyen H. et Tardy Y. (2003) Thermodynamic properties of solutions in metastable systems under negative or
positive pressures. Geochim. Cosmochim. Acta 67, 10, 1769-1785.
- Copard Y., Disnar J. R., Becq-Giraudon J. F. & Laggoun-Défarge F. (2004) Erroneous coal maturity assessment caused by low
temperature oxidation. Int. J. Coal. Geol. 58: 171-180.
- Nzoussi-Mbassani P., Copard Y. & Disnar J. R. (2005) Vitrinite recycling: diagnostic criteria and reflectance changes during
weathering and reburial. Int. J. Coal. Geol., 61: 223-239.
37
II.4.3
Paramètres physiques des paléo-circulations de fluides :
modélisation, développements méthodologiques et applications.
Responsable : Stanislas SIZARET
1. Problématique
Les circulations des fluides dans la croûte terrestre et proches de la surface ont une influence significative
sur les transferts géochimiques et les processus de fracturation. La majorité des études antérieures se sont
focalisées sur des modèles décrivant la migration des huiles dans les bassins (e.g. Roure et al., 2005),
l’hydrothermalisme océanique et la sismicité assistée par les fluides (e.g. Sibson 2000). Ces travaux se
basent a priori sur des circulations de quatre types : les écoulements gravitaires, la compaction des
sédiments, les convections et le pompage sismique. Des modèles d’écoulement ont été réalisés par des
approches indirectes en ayant recours à des modélisations numériques à une échelle mégascopiques (Km).
Dans ces modèles les conditions limites sont fixées par les données thermo barométriques et les résultats
sont assez peu contraints. En effet, l’absence de données directes sur les vitesses et les directions
d’écoulements ne permettent pas de contrôler a posteriori ces calculs.
Figure 1. Précipitations de carbonates dans une conduite prélevée. (a) conduite en pvc permettant de définir avec certitude la
direction d’écoulement ; (c) sections dans le plan (0001) de carbonates montrant un allongement parallèle à l’axe de la
conduite ; (b) fabrique magnétique définie par la magnétite avec une linéation moyenne parallèle à l’écoulement.
A l’échelle du minéral, les effets de la vitesse du fluide minéralisateur sur la croissance cristalline sont
largement évoqués dans la littérature (e.g. Carlson 1958 ; Lebedev 1967; Gilmer et al. 1971 ; Kessler et al.
1972; Garside et al. 1975; Prieto et al. 1996 ; Hilgers & Urai 2002; Chernov 2004). Des études récentes,
montrent que les minéraux acquièrent un allongement parallèle aux directions d’écoulement, cet
allongement peut être mesuré optiquement par analyse d’image et par des mesures d’Anisotropie de
Susceptibilité Magnétique (Fig. 1 ; Sizaret et al. 2003, Sizaret et al. 2006). En outre, une équation mettant en
relation la vitesse de croissance cristalline et la vitesse des fluides a été proposée pour les écoulements à
grands nombres de Reynolds (Fig. 2 ; Sizaret et al. soumis). Ce modèle a permis de montrer que
l’allongement des cristaux observé est directement lié à la variation de l’épaisseur de la couche limite le long
des faces cristallines.
38
Figure 2 : Modélisation de la croissance cristalline pour les grands nombre de Reynolds. (a) modélisation de la couche limite permettant
de définir une épaisseur de diffusion local (x) ; (b) Loi de croissance cristalline locale montrant une diminution du taux de croissance
de l’amont vers l’aval.
Ce projet propose d’apporter les fondements d’une nouvelle méthode d’analyse des textures pour améliorer
les connaissances sur les paléo-circulations. A partir de ces études texturales on propose de reconstruire les
directions et les vitesses de circulation. Enfin ces travaux permettront de préciser les paramètres de contrôle
lors de la migration des fluides et de préciser leurs relations avec la déformation.
2. Objectifs
Ce projet se décompose en trois parties. La première est une approche théorique dans laquelle il s’agit de
développer un modèle de croissance cristalline dans les fluides en écoulement pour des nombres de
Reynolds proche de 1. La seconde est méthodologique, elle concernera le développement d’outils
permettant de tracer les paléo-circulations sur le terrain (sens et vitesses). Enfin ces outils seront appliqués
à des cibles fossiles plus ou moins complexes. Les résultats obtenus seront comparés aux prédictions des
modélisations numériques réalisées à plus grande échelle.
39
3. Mise en oeuvre
Le volet fondamental concerne la modélisation de la croissance cristalline dans un fluide en mouvement. Un
nouveau modèle sera développé pour des nombres de Reynolds proche de 1 et se basera sur la résolution
des équations de Navier Stokes par éléments finis en utilisant les codes Fluent v6.2 ou Femlab 3.1. Les
résultats seront comparés à des expériences réalisées sur la croissance de la jarosite pour des vitesses
d’écoulement variables (Coll. Prieto, Université d’Oviedo). Le choix de ce minéral a été guidé par la
possibilité de faire des expériences à température ambiante avec une cinétique rapide (Dryscol & Leinz
2005). En outre la jarosite est un minéral qui cristallise dans le système rhomboédrique ce qui permettra
d’analyser les anisotropies de forme dans le plan isotrope (0001). Les taux de croissance seront mesurés
grâce à des images 3D prises à intervalle de temps régulier (projet d’acquisition d’un microtomographe à
l’ISTO et Coll. Université de Louvain, IPROS (Université d’Orléans) et demande ANR). Enfin ces analyses
seront complétées par des mesures d’ASM (Laboratoire ISTO).
Les résultats fondamentaux seront exploités pour proposer une méthodologie permettant de reconstruire les
paléo-circulations. Sur chacune des cibles il est nécessaire d’avoir une connaissance fine de la déformation
régionale. Pour cela certaines des cibles proposées dans la fiche projet "Marqueurs cinématiques,
thermochronologiques et gitologiques du désépaissement crustal" seront reprises ici. Par ailleurs les études
de la minéralogie et des inclusions fluides seront nécessaires pour déterminer des conditions de dépôts des
minéraux (P, T), la nature de la phase fluide et ses propriétés thermodynamiques (Coefficient de diffusion,
activités des différentes espèces). A partir de ces données la mesure des variations des épaisseurs des
bandes de croissance sur des faces cristallines équivalentes permettra de déterminer des sens et des
vitesses de circulations (Cathodoluminescence, MEB). Les orientations cristallographiques seront
déterminées par goniométrie de texture (ISTO) ou par la méthode EBSD (Coll. Université de Montpellier).
Ces analyses étant relativement longues, les modèles établis sur une série d’échantillons représentatifs
seront couplés à une étude de l’Anisotropie de Susceptibilité Magnétique, technique qui permettra de
caractériser les sites étudiés sur la base d’un échantillonnage exhaustif.
Deux cibles particulières ont été sélectionnées. Tout d’abord un contexte géologique simple : une série
sédimentaire crétacée affectée par une dolomitisation secondaire (Santander, Espagne). Les résultats des
études texturales seront confrontés aux données physico-chimiques des études antérieures. En effet, sur ce
site, la variation spatiale de la composition de la matière organique suggère un sens de circulation des
fluides responsables de la dolomitisation (géo-chromatographie naturelle Hu et al., 1998). L’autre site
(Djebel Aouam, moyen Atlas marocain), permettra d’aborder la reconstitution des paléo-circulations de
fluides dans un environnement où elles sont complexes et encore mal connues. Pour cette application, les
migrations seront caractérisées par le biais de la nouvelle méthode. Puis une modélisation numérique du
système hydrothermal permettra de faire plusieurs tests hydrodynamiques pour reproduite les vitesses de
circulation. Les résultats seront alors confrontés aux sens et valeurs des vitesses déduites de l’analyse des
textures.
4. Participants
Permanents:
Stanislas Sizaret (80%), Luc Barbanson (40%), Yannick Branquet (20%), Claire Ramboz (15%), Yan Chen (10%), O. Rozembaum
(20%)
ITA et IATOS ISTO :
J.G. Badin, S. Janiec, D. Panis, O. Rouer
Non permanents :
Mourad Essalhi ; Khalifa El Dursi
Intervenants non ISTO :
Laurent Guillou-Frottier (BRGM), Ivan Fedioun (LCSR), Manuel Prieto (Université d’Oviedo).
5. Programmes Nationaux et Internationaux
EGIDE, ANR Jeunes chercheurs.
Carlson, A., 1958. The fluid mechanics of crystal growth from solution, in Growth and perfection of crystals, pp. 421--426, ed. R.H.
Doremus, B.W. Roberts, and D. Turnbull , Wiley and sons, New York.
40
Driscoll R.L. & Leinz R.W., 2005 Methods for synthesis of some jarosites. U.S. Geological survey techniques and Methods
5D1, 5p.
Garside, J., Janssen-van Rosmalen, R. & Bennema, P., 1975. Verification of crystal growth rate equations, J. of Crystal Growth, 29,
353-366.
Gilmer, G.H., Chez, R. & Cabrera N., 1971. An analysis of combined surface and volume diffusion processes in crystal growth. J.
Crystal growth, 8 79--93.
Hilgers, C. & Urai, J.L., 2002. Experimental study of syntaxial vein growth during lateral fluid flow in transmitted light: first results, J. Str.
Geol., 24, 1029-1043.
Hu, M.A., Disnar, J.R., Barbanson, L., Suarez-Ruiz, I., 1998. Processus d’altération thermique, physico-chimique et biologique de
constituants organiques et genèse d’une minéralisation sulfurée : le gîte Zn-Pb de La Florida (Cantabria, Espagne).
Kessler, S.E., Stoiber, R.E. & Billings, G.K., 1972.Direction of flow mineralizing solutions at Pine Point, N. W. T., Econ. Geol., 67, 19-24.
Prieto, M., Pananiagua, A. & Marcos, C., 1996; Formation of primary fluid inclusions under influence of the hydrodynamic environment,
European Journal of Mineralogy, 987-996.
Roure, F., Swennen, R., Schneider, F., J.L., Faure, H. Ferket, N., Guilhaumou, K., Osadetz, P., Robion, 2005. Incidence and importance
of tectonics and natural migration on reservoir evolution in foreland fold-and-thrust belts. Oil & gas Science and technology, Rv.
IFP, 60, 67-106.
Sibson R.H., 2000. Fluid involvement in normal faulting. Journal of Geodynamics,29, 469-499.
Sizaret, S., Chen, Y., Chauvet, A., Marcoux, E. & Touray, J.C., 2003. AMS fabrics and fluid flow directions in hydrothermal systems, A
case study in the Chaillac Ba-F-Fe deposits, Earth Planet. Sci. Lett., 206, 555-570.
Sizaret S., Chen Y., Barbanson L., Marcoux E., 2006.Crystallisation in flow Part I: paleo-circulation track by texture analysis and
magnetic fabrics; sous presse Geophysical Journal International.
Sizaret S., Fedioun I., Barbanson L., Chen Y., Soumis. Crystallisation in flow Part II: Modelling crystal growth kinetics controlled by
boundary layer thickness, Geophysical Journal International.
41
II-5
Grand programme :
Propriétés physico-chimiques
et dynamiques des magmas
Responsable : Jean-Louis BOURDIER
Problématique
Ce grand programme fédère les recherches menées au sein de l’ISTO sur les magmas. Développées
d’abord avec une approche essentiellement chimique et basée sur la pétrologie expérimentale, ces
recherches se sont progressivement enrichies et diversifiées, notamment en incluant une approche
volcanologique de terrain et en donnant une part plus importante aux propriétés physiques des magmas.
Les différents projets proposés dans ce programme poursuivent cette évolution et mettent en avant les
forces vives du groupe de recherche constitué autour de la thématique magmas, que sont les jeunes
chercheurs les plus récemment recrutés.
Le projet «Déformation expérimentale et rhéologie des magmas» conduit par L. Arbaret est construit autour
de l’utilisation de la presse Paterson récemment acquise. Cette presse sera en 2007 complétée d’une cellule
de mesure de haute sensibilité qui lui permettra de couvrir un large domaine des viscosités magmatiques, en
faisant un appareillage aux spécifications uniques. Les années prochaines seront donc consacrées à
acquérir des données systématiques sur la rhéologie des magmas dans des systèmes mono- ou pluriphasés
(liquide + bulles, liquide + cristaux) et à relier les structures observés dans les objets magmatiques aux
conditions de déformation.
Le projet «Mesures expérimentales des propriétés électriques et sismiques des magmas et de leur zone
source», porté par F. Gaillard (recruté CR en 2004), vise à fournir une base de données expérimentales,
actuellement absente, sur les propriétés sismiques et acoustiques des magmas dans des conditions
contrôlées de composition (liquide de différentes compositions, liquide + bulles, liquide + cristaux),
température et pression. Ces données peuvent être directement utiles à la communauté géophysique en
apportant un calibrage pour les mesures de terrain de magnétotellurique et de sismique, notamment dans le
cadre de la surveillance volcanique.
Le projet «Dynamique des systèmes magmatiques» conduit par A. Burgisser (recruté CR en 2006), s‘appuie
fortement sur des axes de recherche au sein de l’ISTO ayant atteint leur pleine maturité dans le domaine
des magmas, que ce soit la détermination expérimentale des équilibres de phases (donc des conditions de
stockage, et en même temps pré-éruptives, des magmas), la détermination expérimentale des solubilités
des principaux constituants volatils (H2O, CO2, S), ou encore la reconstitution expérimentale des processus
de dégazage par décompression syn-éruptive. Sur ces axes de recherche, l ‘approche du groupe va évoluer
en incluant la modélisation numérique, ce qui permettra des confrontations qu’on espère fécondes entre
analyses des objets naturels, données expérimentales, et modèles numériques. Ce projet constitue un projet
particulièrement important en terme de volume d’activité du groupe orléanais, mais aussi pour son
implication directe dans des problématiques relevant de la dynamique des magmas et en particulier
de l’évaluation du risque volcanique.
42
Le développement des travaux portant sur les propriétés physiques des magmas (notamment leur rhéologie)
ou sur les processus d’ascension et d’éruption (incluant nucléation et croissance de bulles, cristallisation de
microlites) fait ressortir la complexité physique des magmas vus comme un assemblage liquide + cristaux +
bulles aux propriétés continûment variables dans le temps dès lors qu’on les regarde comme des milieux
dynamiques. La caractérisation texturale des produits magmatiques expérimentaux comme naturels doit
pouvoir s’effectuer à un niveau suffisamment fin pour rendre compte de cette complexité. La réflexion autour
de cette question a conduit à considérer comme nécessaire le recours à la tomographie X comme voie de
caractérisation texturale 3D. L’acquisition d’un microtomographe de haute résolution (1 micron) permettrait
de couvrir une gamme de tailles d’objets pertinente pour les matériaux magmatiques (bulles et cristaux de
3
10 µm ) et intermédiaire entre celles accessibles par d'autres moyens disponibles (tomographe 10 microns
du CHR d’Orléans) ou en développement (projet SOLEIL). Ce projet d’équipement est en outre fédérateur
au sein de l’ISTO et est envisagé transversalement à plusieurs grands programmes.
L’activité d’experimentation demande également une caractérisation fine de la composition et de la structure
des phases produites. Dans ce domaine, le vieillissement du parc des microsondes électroniques, outils
d’analyse en co-gestion avec le BRGM, a atteint un seuil alarmant. Ainsi l’acquisition du SX50 remonte à
1991. Il est indispensable de renouveler rapidement cet équipement si l’on veut maintenir, mais surtout
développer, les compétences de l’ISTO dans le domaine de l’experimentation appliquée aux Sciences de la
Terre, mais également pour tout ce qui concerne la caractérisation des matériaux naturels. De même, les
thématiques de recherche dans lesquelles la détermination des concentrations en espèces volatiles
dissoutes est nécessaire (ex: dégazage magmatique), reposent sur l’utilisation en routine de la
microspectrométrie Raman et Infra-Rouge, appareils également acquis au début des années 1990. Une
jouvence de ce parc analytique est à prévoir au cours du prochain quadriennal.
Dans l’immédiat, le principal besoin sur le plan des personnels concerne les compétences d’un ingénieur de
recherche orienté calcul scientifique, pour venir renforcer nos développements en modélisation numérique.
Il s’agit là encore d’une compétence transversale dont d’autres grands programmes au sein de l’ISTO
expriment le besoin.
A moyen terme, le recrutement d’un chercheur spécialisé dans le domaine de l’étude spectroscopique des
matériaux des sciences de la terre serait utile. Le recrutement d’un spectroscopiste permettrait à la fois de
pallier le départ à la retraite de Jean Michel Bény, chercheur qui a la charge du Raman et de l’IR, mais
également de profiter pleinement de l’accès à l’installation SOLEIL. L’utilisation du rayonnement synchroton
nouvelle génération est indispensable si l’on veut comprendre dans le détail la structure des matériaux
amorphes, tels les verres silicatés et, par voie de conséquence, modéliser plus rigoureusement leurs
propriétés thermodynamiques .
Enfin, bien que la presse Paterson ait été acquise dans le cadre de projets à forte connotation magmatique,
cet outil expérimental a vocation à devenir une des plateformes expérimentales principales de l’ISTO. Son
utilisation dans d’autres grands programmes du futur quadriennal, en particulier ceux impliquant la
géodynamique, témoigne du potentiel de développement de la presse Paterson. Ainsi, on peut prévoir que
l’utilisation de l’outil expérimental dans des thématiques autres que celles magmatiques, peut faire
rapidement émerger des besoins de compétences nouvelles, en particulier en ce qui concerne la mécanique
de la croûte/lithosphère dans les zones de convergences. De ce point de vue, le recrutement d’un
spécialiste de la physique de la déformation des mileux solides est souhaitable.
43
II.5.1
Déformation expérimentale et rhéologie des magmas
Responsable : Laurent ARBARET
1. Problématique
Le comportement dynamique des liquides silicatés tels que l’écoulement, la déformation, la décompression
et le dégazage, sont susceptibles d’influencer la cristallisation des magmas naturels (Dingwell et al., 1993).
Or, l’influence de la déformation, notamment sur les mécanismes de cristallisation des liquides silicatés reste
un domaine largement inexploré (Petford, 2003). Par ailleurs, Les propriétés rhéologiques d'un magma
contenant des volatils dissout, des cristaux et des bulles, sont relativement complexes mais d'un intérêt
primordial pour la compréhension du volcanisme explosif. Les différents axes de recherche en cours ou en
projet pour la période 2007-2010 abordent essentiellement les aspects rhéologiques et le comportement à la
déformation des magmas par une approche expérimentale basée sur l’utilisation d’une presse Paterson
spécifiquement configurée pour la mesure des basses viscosités.
2. Objectifs scientifiques
La thématique scientifique principale en cours est l’étude des structures et de la rhéologie des suspensions
magmatiques sur l’ensemble du domaine de cristallisation (L. Arbaret, R. Champallier & M. Bystricky) avec
une attention particulière sur la structure et la rhéologie des magmas felsiques à intermédiaires à moyenne
et haute cristallinités (gamma>0.5 ; fig. 1 ; Picard et al., 2006), sujet de la thèse de David Picard (MNERTACI JJ depuis octobre 2005).
Figure 1 : Les structures dans les suspensions naturelles à forte cristallinité : des bandes de cisaillement “C” recoupant la foliation
minérale “S” dans un trachyte (Smith, 2002). B – Les structures obtenues expérimentalement : Bande de cisaillement dextre recoupant
la foliation minérale développée dans une suspension magmatique synthétique contenant 60% de plagioclases et déformée à 750°C, 3
Kbars et ~3 (cisaillement simple dextre horizontal ; Picard et al., 2006).
Les domaines d’application sont vastes allant de la structuration des domes volcaniques jusqu’à
l’interprétation des fabriques minérales préservées dans les plutons, et leur implications en termes de
mécanique des fluides des réservoirs magmatiques. De ce point vue les nombreuses études de terrain
réalisées par l’équipe Géodynamique au cours du précédent quadriennal concernant la fabrique des plutons
granitiques offrent un cadre d’application naturel des données de laboratoire.
En ce qui concerne les thématiques envisagées sur le moyen/long terme, la déformation expérimentale
coaxiale et en torsion des bulles et leur influence sur la rhéologie des magmas (C. Martel) ainsi que la
quantification de la fracturation intra-cristalline aux taux de déformation élevés en conditions tardimagmatiques et subsolidus (L. Arbaret, B. Scaillet, A. Burgisser et M. Bystricky) ont débutées.
Sur les quatre prochaines années, plusieurs objectifs vont être développés : la dispersion des cristaux par
ségrégation gravitaire sous champ de contrainte afin de contrôler expérimentalement les lois d’échelle
théoriques (A. Burgisser ; Burgisser et al., 2005) ; l’étude de la cristallisation orientée sous contrainte
44
(R. Champallier & B. Scaillet) et les mesures électriques et sismiques in situ en déformation (F.
Gaillard, A. Pommier). Enfin, le comportement rhéologique des zones sources des magmas va être abordé
au travers de l’étude de fusion partielle des systèmes métapélitiques avec application à la croûte moyenne
himalayenne (B. Scaillet, L. Arbaret) et de la rhéologie des systèmes biphasés olivine+phlogopite (F. Gaillard
& R. Champallier).
Moyens expérimentaux
La presse Paterson d’Orléans permet de déformer des cylindres qui peuvent être naturels ou synthétiques,
et couvrir une très large gamme de compositions (figure 2). La déformation peut être coaxiale ou en torsion,
-2
-7 -1
selon les modules utilisés, à des taux de déformation de 10 à 10 s . Ce type d'appareillage couvre des
gammes de température (T<1400°) et de pression (P<5 kbars) représentatives des systèmes magmatiques.
Figure 2 : Vue frontale de la presse Paterson nouvellement installée à l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans. Encadré :
échantillon cylindrique déformé en torsion dextre (il est encore recouvert par sa chemise de protection en cuivre) ; en fond : échelle
millimétrique.
En s’appuyant sur les investissements récents autour de la volcanologie expérimentale à Orléans et
l’expérience du laboratoire dans le domaine des hautes pressions gazeuses, elle permet pour la première
fois d'étudier de façon couplée la rhéologie des magmas sous pression, la cristallisation des phases
minérales et la structuration du magma sous des régimes de déformation contrôlés. Par ailleurs, l’acquisition
en 2006 de deux cellules de mesure de la contrainte appliquée de très haute sensibilité permettra de
mesurer la viscosité des laves basiques et intermédiaires et d’en déterminer le comportement rhéologique.
Moyens analytiques
45
Outre les moyens analytiques habituellement utilisés en pétrologie expérimentale (microsonde, MEB,
titration Karl fisher, FTIR...), de nouveaux outils vont être mis en œuvre au travers de ce projet pour l’analyse
texturale et des propriétés de forme et directionnelles des phases minérales et des vésicules:
-
-
Fabriques et textures 3D : microtomographie X 1m (projet d’équipement de l’ISTO pour 2006-2008
porté par l’équipe magma, porteurs : L. Arbaret & A. Burgisser).
Fabriques, textures et CSD: adaptation et évolution du programme d’analyse d’image 2D/3D SPO2003
pour son application aux charges expérimentales étudiées (collaboration avec P. Launeau, Université de
Nantes, concepteur).
Fabriques cristallographiques par EBSD (collaboration Montpellier, Zurich et/ou Bayreuth en cours
d’étude).
4. Participants
Permanents
L. Arbaret (80%), A. Burgisser (20%), F. Gaillard (20%), C. Martel (20%), M. Pichavant (20%), B. Scaillet (20%), J.-L. Bourdier (20%)
ITA-IATOS : R. Champallier, D. Bellenoue, P. Teulat, L. Peilleron, L. Perdereau, O. Rouer
Non permanents
D. Picard ; thèse MNERT-ACI JC depuis octobre 2005 (100%)
A. Pommier ; thèse MNERT en demande pour 2006 (25%)
M. Bystricky (expérimentation HP-HT) et M. Rabinowicz (modélisation numérique), UMR 5562 Toulouse; P. Launeau (analyse
d’images), UMR 6112 Nantes ; J.L.Vigneresse (modélisation), UMR 7566 Nancy ; E. Kaminski (expérimentation HP-HT), UMR 7519
Paris 7.
5. Programmes nationaux et internationaux de rattachement (période 2005-2008)
ACI Jeunes Chercheurs " suspensions magmatiques " 2005-2007. Coordinateurs : L. Arbaret & C. Martel ; ANR EXPLANT 2006-2008.
Coordinateur : C. Martel ; ANR ELECVOLC Jeunes Chercheurs 2006-2008. Coordinateur : F. Gaillard.
Burgisser, A., Bergantz, G.W. and Breidenthal, R. (2005) Addressing complexity in laboratory experiments: the scaling of dilute
multiphase flows in magmatic systems, Journal of Volcanology and Geothermal Research, v. 141, p. 245-265.
Dingwell, D.B., Bagdassarov, N.S., Bussod, G.Y. and Webb, S.L. 1993. Magma rheology. Mineral. Association Canada, Short course
handbook on experiments at high pressure and applications to the Earth’s Mantle 21, Luth, R.W. editor, 131-196.
Petford, N. 2003. Rheology of granitic magmas during ascent and emplacement. Annual Reviews of Earth and Planetary Sciences 31,
399-427.
Picard, D., Arbaret, L., Pichavant, M. and Champallier, R. 2006. Structures and rheology of crystal-rich silicic magmas deformed in
torsion at high pressure: Experimental constraints. EMPG XI, Bristol.
Smith, J.V. 2002. Structural analysis of flow-related textures in lavas. Earth-Science reviews 57, 279-297.
46
II.5.2 Dynamique des systèmes magmatiques
Responsable: Alain BURGISSER
1. Problématique
Les magmas sont des agents essentiels de la dynamique de la Terre et des planètes du système solaire. Ils
sont impliqués dans une large gamme de processus, comme la fusion mantellique et le volcanisme, la
construction et la maturation de la croûte continentale, la constitution chimique de l’atmosphère. En retour,
les magmas jouent le rôle de sonde des mécanismes d’évolution de la Terre et des planètes aux différentes
échelles.
La dynamique des systèmes magmatiques, de la constitution d’un stockage crustal à son éruption en
surface, implique des processus chimiques et physiques extrêmement variés. L’approche expérimentale de
ces processus, maintenant utilisée de manière classique, est puissante car elle permet de travailler dans les
conditions naturelles de pression, température et composition chimique. Cette remarquable proximité du
phénomène étudié a, cependant, une limitation majeure. Les informations, en général géochimiques,
obtenues par cette approche ne tiennent pas compte des paramètres physiques de l’environnement naturel
(taille et localisation des objets, bilans cinétiques et énergétiques). La pétrologie expérimentale donne ainsi
une idée exagérée et souvent statique des états possibles d’un système magmatique donné. Ce trop grand
nombre de degrés de liberté empêche le criblage expérimental systématique des paramètres physicochimiques covariant durant une éruption volcanique. La modélisation physique (théorique et numérique),
initiée plus récemment, est la réponse naturelle à cette limitation. Cette approche, basée sur la mécanique
des fluides, opère une réduction des degrés de liberté de l’espace géochimique en imposant des contraintes
spatiales, dynamiques et énergétiques. La modélisation physique permet ainsi de projeter les résultats
expérimentaux sur des conditions naturelles en simulant les interdépendances des paramètres régissant le
système magmatique. Cette projection permet un retour sans précédent sur des mesures classiques des
produits éruptifs naturels (solides ou gazeux). De plus, la modélisation physique aide à définir de nouveaux
paramètres expérimentaux, comme par exemple la vitesse de déformation d’un magma. Le domaine
traditionnel de la pétrologie expérimentale est la géochimie. Clairement, un des principaux enjeux à l’heure
actuelle est l’extension de ce domaine à la magmatologie physique.
Les activités d’expérimentation de type équilibres de phases existent au sein de l’équipe depuis sa création.
Elles sont pour une large part héritières de la vocation expérimentale qui a été celle du CRSCM. Plusieurs
arguments, développés ci-dessous, motivent la poursuite de ce type d’activités, et son redéploiement dans
de nouvelles directions. Dans la période du plan quadriennal en cours, ces activités expérimentales ont subi
une évolution sensible avec notamment le développement de projets axés sur les propriétés physiques des
magmas (rhéologie et déformation des magmas, expériences de décompression, mesure de propriétés
électriques, projet Paterson). L’arrivée d’A. Burgisser puis son recrutement au CNRS (2006) accompagne et
permet d’amplifier cette évolution en intégrant des aspects physiques et numériques qui ont été jusqu’à
présent ignorés au sein de l’équipe. L’objectif est de faire se rejoindre les approches expérimentales (à la
fois de mesure de paramètres chimiques et physiques) d’une part, physiques et numériques, d’autre part,
sur deux types de chantiers prioritaires: (1) les réservoirs magmatiques et le stockage pré-éruptif des
magmas (2) les conduits et dômes de lave andésitiques et la dynamique éruptive.
2. Objectifs scientifiques
(1) les réservoirs magmatiques
En complément aux expérimentations présentées à part dans les projets II.5.1 (Déformation expérimentale
et rhéologie des magmas) et II.5.3 (Electroaccoustic), les approches expérimentales sur ce thème porteront
essentiellement sur les équilibres de phases de compositions basaltiques en présence d’H2O et d’autres
volatils (CO2). Les données d’équilibres de phases servent d’une part à paramétrer précisément les
conditions des processus (cristallisation, dégazage, différenciation, assimilation, mélange) intervenant au
niveau des réservoirs magmatiques. Ce sont les principales sources d’information pour la calibration des
modèles thermodynamiques de silicates fondus (MELTS et modèles équivalents actuellement en
développement). Enfin, les équilibres de phases apportent des contraintes qui sont complémentaires des
mesures de solubilité et des études structurales sur les verres et les liquides silicatés, notamment pour
préciser les mécanismes d’incorporation des constituants volatils. Nos études à venir porteront
essentiellement sur les systèmes magmatiques actuels (volcanisme actif). Elles ont pour but d’une part de
fournir des données précises (température, profondeur du réservoir magmatique, concentrations en volatils
dissous) permettant de mieux appréhender la structure interne et le fonctionnement d’ensemble du volcan,
préalable à une meilleure gestion des risques en cas de crise éruptive. D’autre part, il existe un besoin
important de données expérimentales de type équilibres de phases pour les compositions basaltiques en
47
présence de constituants volatils, surtout pour la calibration des modèles thermodynamiques de silicates
fondus. Traditionnellement, les expérimentations sur les liquides basaltiques sont réalisées soit en
conditions anhydres, soit à haute pression (> 10 kbar). Cependant, les magmas basaltiques, en particulier
en contexte d’arc, se caractérisent par des concentrations en volatils (H2O, CO2, S, Cl) qui sont maintenant
reconnues comme importantes. C’est un des enjeux scientifiques majeurs pour l’expérimentation chimique
au niveau international.
Les considérations précédentes aboutissent à considérer comme prioritaires les études sur les volcans en
contexte d’arc. Dans le détail, deux régions cibles sont retenues : (1) le volcanisme du centre-sud de l’Italie
(Etna, Vésuve, Stromboli, Colli Albani) qui comporte plusieurs systèmes ayant valeur de référence au niveau
mondial pour les éruptions basaltiques riches en volatils (Scaillet & Pichavant, 2005) et (2) le volcanisme
récent à actuel de l’arc des Petites Antilles. Ces études participent aux programmes de recherche menés
par la communauté italienne pour une meilleure évaluation des risques associés (contrats ISTO-INGV). Elles
ont également des implications globales, comme par exemple sur le cycle des constituants volatils (CO2, S)
et sur les mécanismes de dégazage, soit localisé au niveau des appareils volcaniques, soit diffus. En ce qui
concerne l’arc des Petites Antilles, les études s’inscrivent dans le programme national d’étude sur la
pétrologie et géochimie du magmatisme antillais soutenu par DYETI et l’ANR-UMAG. A côté de cet axe
prioritaire, les autres projets poursuivis par l’équipe sur ce thème comprennent notamment : (1) l’étude des
séries continentales intraplaques sur l’exemple de la Chaîne des Puys (détermination des conditions de
stockage pré-éruptif des magmas trachytiques, C. Martel), (2) la fusion crustale et la genèse des rhyolites
avec un volet expérimental et un volet théorique qui porte sur l’évaluation critique des différents modèles
thermodynamiques actuellement développés au niveau international (M. Pichavant, A. Burgisser) et (3)
définir expérimentalement la composition des volatils coexistant avec les magmas martiens depuis leur
genèse jusqu’à leur libération dans l’atmosphère (relations de phases dans les météorites SNC, F. Gaillard,
B. Scaillet).
L’extension de l’échelle expérimentale à la dimension des systèmes magmatiques se fait par une approche
de modélisation théorique et numérique. Le cœur de cette approche est un modèle numérique biphasé
(fluide-cristaux) capable de simuler les mouvements convectifs d’un réservoir magmatique (Fig. 1). Ce volet
précisera les volumes d’équilibres applicables dans les expériences d’équilibre de phases (A. Burgisser, M.
Pichavant). Une collaboration internationale assure l’extension temporelle de ce type de modélisation à
l’estimation du bilan thermique du système Peléen sur 13’000 ans (DYETI et ANR-UMAG). Un autre volet de
modélisation se concentrera sur les aspects physiques des mélanges magmatiques.
Figure 1 : Modélisation numérique de convection dans un sill magmatique de 7.5 m de haut. Si la convection est lente, seules les zones
de température uniforme peuvent être considérées à l'équilibre chimique. De telles simulations sont donc essentielles pour définir
l'applicabilité des expériences d'équilibre de phase (insert).
(2) la dynamique éruptive
Des points fondamentaux de la dynamique des magmas en décompression restent encore mal
compris, ce qui entraîne des limitations sérieuses pour l’évaluation des risques lors des éruptions
volcaniques. La difficulté majeure est liée à la complexité des changements physico-chimiques induits par la
décompression lors de l’ascension. Cette décompression introduit des variations continues (cristallisation,
vésiculation, teneur en volatils dissous, viscosité, vitesse d’ascension), avec une interdépendance complexe
entre les différents paramètres impliqués. Afin d’intégrer ces interdépendances dans des modèles
numériques simulant la remontée du magma, deux jeux de données expérimentales sur la décompression
magmatique doivent être acquis :
(i) Les changements physiques induit par la décompression seront explorés grâce à des
expériences de décompression des magmas dans des conditions réalistes, c.-à-d. sur des
48
compositions naturelles et dans des conditions P, T, /dt idoines (Burgisser & Gardner, 2005 ;
Martel & Schmidt, 2003). Seront étudiés la vésiculation (nucléation, croissance et coalescence des bulles,
acquisition de la perméabilité des magmas et du dégazage en système ouvert, transition effusif-explosif (A.
Burgisser, C. Martel). Ces phénomènes seront de plus caractérisés avec un autoclave sous pression à paroi
transparente permettant une observation directe (coll. H. Bureau, thèse en cours Ch. Gondé). Des données
sur les conditions de cristallisation des microlites lors de décompression expérimentale permettront de
comparer la cristallisation par dégazage et par T (C. Martel ; Martel et al., 2006).
(ii) Toute approche quantitative des processus de dégazage demande une bonne connaissance des
lois de solubilités des constituants volatils d’une part, et, d’autre part, la détermination des conditions P-T-X
d’évolution des magmas. Cependant, ces lois ne sont correctement connues que pour un nombre restreint
d’espèces volatiles (H2O-CO2) et calibrées sur une gamme de composition limitée (essentiellement basalte et
rhyolite); Un effort important reste à faire pour les espèces dites mineures, ainsi que pour nombre de
compositions de magmas naturels d’intérêt pétrogénétique ou autres (ex. volcans alcalins en Italie et risques
associés, soufre dans les basaltes martiens, solubilité H-O-C-S à très basse pression compatible avec les
conditions de la nébuleuse solaire primordiale, etc.). L’objectif sera en priorité d’obtenir des données
expérimentales portant sur la solubilité des espèces mineures en particulier le soufre (Clemente et al., 2004),
les halogènes (F, Cl), certains gaz rares (Ar, Ne) et l’hydrogène (B. Scaillet, thèse en cours P. Lesne,). Par
ailleurs, la définition des solubilités de l’H2O et du CO2 dans des compositions alcalines apparaît être une
nécessité au regard de l’importance du magmatisme alcalin dans les processus de dégazage globaux mais
également du fait de la présence de volcans alcalins dans des zones densément peuplées (ex. Italie).
Figure 2 : Comprendre le dégazage magmatique lors d'une éruption (d’après Burgisser et Scaillet, in press). Des expériences de
décompression permettront de déterminer la perméabilité magmatique (droite). Le dégazage en système ouvert et la transition effusifexplosif seront abordés avec un modèle numérique d’ascension magmatique (centre). Des lois de solubilité des volatils déterminées
expérimentalement serviront de base pour la modélisation thermodynamique du dégazage du système S-O-H-C (gauche). L'ensemble
des données permettra de simuler les variations de la composition et du débit des gaz dans les panaches volcaniques.
Ces données expérimentales permettent entre autres l’implémentation de modèles numériques de dégazage
(A. Burgisser, Fig. 2). Les volets expérimentaux (i) et (ii) donnent chacun lieu à une modélisation particulière.
Les produits expérimentaux (i) sont analysés par microtomographie X puis par modélisation numérique afin
de suivre l’évolution de la perméabilité. Les données sur la décompression servent de base à un modèle
numérique 2D multiphasé d’ascension magmatique et d’éruption. Les données sur les volatils (ii) sont
intégrées dans un modèle thermodynamique de dégazage du système S-O-H-C dont le but est de simuler les
variations chimiques du dégazage magmatique. Ces variations de la composition et du débit des gaz seront
comparées à des données mesurées dans les panaches volcaniques. En retour, les données sur les
panaches pourront être décodées en termes de dynamique éruptive.
Les approches expérimentale et numérique sont combinées sur des cibles à volcanisme andésitique, aux
Petites Antilles en particulier (avec des développements nouveaux sur Montserrat à travers l’ANR-
49
EXPLANT). L’équipe dispose également des compétences nécessaires à l’approche de terrain en
volcanologie et sur l’étude analytiques des produits naturels. Les données expérimentales pourront ainsi être
confrontées aux caractères texturaux des produits volcaniques naturels, qui reflètent l’état final de l’histoire
éruptive. Ce retour d’expérience est essentiel pour la compréhension d’éruptions de référence dans le
volcanisme andésitique, comme la Montagne Pelée, le Merapi et Soufriere Hills (L. Arbaret, J.L. Bourdier, A.
Burgisser, C. Martel, M. Pichavant, S. Poussineau, B. Scaillet). A côté de cet axe prioritaire, les données de
terrain collectées permettront également l’étude de la mobilité des écoulements pyroclastiques, notamment
l’influence de la fraction granulométrique fine sur la fluidisation des coulées (A. Burgisser, J.L. Bourdier).
3. Mise en oeuvre du projet
La réalisation du projet nécessite la mise en œuvre de l’ensemble du parc expérimental actuellement en
service à l’ISTO (chauffage interne+membrane à H2, autoclave à décompression automatisée, fours à
atmosphère contrôlée, piston cylindre, presse Paterson équipée d’un module pore-fluid pressure), avec un
soutien permanent de l’atelier de mécanique. Des moyens de calcul numérique supplémentaires seront
également nécessaires (projet ANR, porteur projet A. Burgisser). Sur le plan analytique, outre l’équipement
conventionnel (microsonde électronique, titration Karl Fischer, microspectrométries Raman et IR, polissage
et lames minces) l’acquisition d’un microtomographe X (porteurs projet L. Arbaret, A. Burgisser) est
indispensable pour mener à bien la caractérisation texturale des échantillons naturels et de laboratoire,
4. Participants
Permanents
L. Arbaret (20%), J.-L. Bourdier (80%), A. Burgisser (60%), F. Gaillard (20%), N. Le Breton (10%), C. Martel (60%), M. Pichavant (60%),
B. Scaillet (60%)
ITA-IATOS :
R. Champallier, L. Peilleron, P. Teulat, D. Bellenoue, O. Rouer, P. Benoist
Non-permanents
P. Lesne (MRT, 100%), S. Poussineau (postdoc ANR, 100%), C. Gondé (CEA, 100%)
A. Aiuppa, I. Di Carlo, G. Iaccono-Marziano, A. Paonita, S. Rotolo (INGV+Université Palermo), R. Cioni, M. Pompilio (Pisa), R. Moretti (INGV
Naples), L. Wulput, R. Maury (Brest), G. Prouteau (Paris 6), H. Bureau, (Saclay), T. Druitt, O. Roche (LMV Clermont), VSI (Indonésie), C.
Annen, O. Bachmann (Univ. Genève).
5. Programmes nationaux et internationaux de rattachement
PNP, INGV-Vésuve/Etna/Pantelleria/Colli Albani 2005-08, DYETI 2005-06, ANR-UMAG 2006-08 (M. Pichavant), ANR-EXPLANT 2006-08 (C.
Martel), FNS Kos (O. Bachmann)
Burgisser, A., Gardner, J.E. (2005) Experimental constraints on degassing and permeability in volcanic conduit flow, Bull. Volcanol., v.
67, 42-56.
Burgisser, A. and Scaillet, B. (in press). Redox evolution of a degassing magma rising to the surface, Nature.
Martel, C., and Schmidt, B.C. (2003) Decompression experiments as an insight into ascent rates of silicic magmas, Contributions to
Mineralogy and Petrology, v.144, p. 397-415.
Martel C., Radadi Ali A., Poussineau S., Gourgaud A., Pichavant M. (2006) Basalt-inherited microlites in silicic magmas: evidence from
Mt. Pelée (Martinique, F.W.I.). Geology, in Press
Clemente B., Scaillet B., Pichavant M. (2004) The solubility of sulphur in hydrous rhyolitic melts. Journal of Petrology, 45, 11, 21712196.
Scaillet B., Pichavant M. (2005) A model of sulphur solubility for hydrous mafic melts: application to the determination of magmatic fluid
compositions of Italian volcanoes Annals of Geophysics 48 (4-5), 671-698
50
II.5.3
Mesures expérimentales des propriétés électriques
et sismiques des magmas et de leur zone source
Responsable : Fabrice GAILLARD
1. Problématique
Avec une résolution en constant progrès, les mesures géophysiques de types magnétotelluriques (Chen et
al., 1996 ; Jones, 1999) et sismiques révèlent respectivement la valeur de résistivité électrique et de vitesse
des ondes sismiques (Patanè et al., 2006) et possiblement leur anisotropie dans l’intérieur de la terre.
L’interprétation quantitative de ces mesures requiert l’élaboration d’une base de donnée expérimentale
définissant les conductivités électriques et les vitesses d’ondes acoustiques dans les matériaux géologiques
en pression et température (Gaillard et Marziano, 2005). Avec une priorité donnée aux mesures électriques,
ce sont là les deux objectifs motivant ce projet. L’objet géologique ciblé sera le magma depuis les zones
sources jusque dans les stades les plus différenciés.
La caractérisation en laboratoire des effets de teneur en volatiles, en cristaux et du développement
d’anisotropie (déformation) sur les propriétés électriques et sismiques des magmas et de leur zone source
permettra d’interpréter les messages géophysiques en zone magmatique en terme de nature physicochimique des matériaux en profondeurs (degré de fusion/cristallisation, température, teneur en fluides,
fabrique minérale ou magmatique).
2. Objectifs
L’objectif concret du projet sera de définir la réponse géophysique des magmas et de leurs zones sources
dans les conditions P, T, volatiles définies par la pétrologie expérimentale.
1- Zones sources
Excepté la présence quelques affleurements, la nature du manteau supérieur terrestre n’est accessible que
par les méthodes géophysiques classiques (MT et sismique). La mesure en laboratoire des propriétés
électriques du manteau formera un des axes forts de ce projet. L’effort sera en particulier porté sur la
caractérisation du manteau et des fluides qui le percole. L’effet de l’eau, dissoute dans les phases
canoniques d’une péridotite (olivine, pyroxène), mais également présente dans les phases accessoires tel
que la phlogopite est probablement à l’origine d’anomalies géophysiques du manteau (Huang et al., 2005).
La caractérisation en laboratoire des propriétés électriques de ces matériaux permettra d’interpeller une
communauté géophysique large et d’apporter des réponses pratiques à des problèmes scientifiques de
premiers plans qui vont au delà de la volcanologie.
2- Les magmas
L’équipe magma, ISTO, est spécialisée dans le domaine de la définition des conditions pré éruptives et des
différents stades de maturité magmatique précédent l’éruption. Les propriétés électriques et sismiques de
magmas dans leurs différents stades seront alors mesurées permettant de transformer un profil
sismique/électrique en un profile de maturité des réservoirs magmatiques. Ce concept a été appliqué au cas
du plutonisme Himalayen par l’ISTO (Gaillard et al., 2004). Il est actuellement appliqué aux systèmes
volcaniques Italiens (Vésuve) dans le cadre de la thèse de Anne Pommier (Fig.1, 2). L’évaluation du risque
volcanique est la première retombée pratique de ce type de travail. Le Vésuve est en effet caractérisé par
des séquences dont les dynamiques éruptives sont très contrastées, depuis l’effusive jusque la Plinienne.
Ce contraste de dynamique éruptive est associé à des contrastes des conditions P-T-X de stockage pré
éruptif, lesquelles sont traduites en valeurs de résistivité électrique dans la figure 1. La comparaison des
valeurs de résistivités électriques prédites à partir des mesures en laboratoire et la valeur de résistivité
identifiée par une campagne électromagnétique réalisée en 1998 (Di Maio et al., 1998) donne des
indications de première importance sur la nature du magma actuellement stocké sous le Vésuve.
51
crystals
Di Maio et al.
T
Pollena(472AD)
3%H2O
Pompei 79AD
6%H2O
Avellino
Mercato
?
VIII century (and recent ?)
3%H2O
Fig. 1 : Exemple d’application des mesures de conductivité au cas du Vésuve (Pommier et al., 2006). Les rectangles représentent les
domaines de conductivités correspondants aux éruptions explosives majeures (de type plinien à subplinien en vert, violet et tiretés) des
derniers 10000 ans, ainsi que celui correspondant à l’activité effusive à strombolienne récente (bleu). La position de chaque rectangle
est déterminée à partir des valeures pré-éruptives T-H2O déduites des contraintes d’équilibre de phases. La zone orangée correspond à
la zone de faible conductivité, déduite de l’inversion des données electromagnétiques (Di Maio et al., 1998), située à 6-7 km de
profondeur à l’aplomb du volcan. Les flêches indiquent l’effet sur la conductivité du à l’augmentation de la température (T) ou de la
charge cristalline
Phonolite de Pompei (AD79)
1 atm, CO2 pure
Tg
Figure 2 : Conductivité électrique de la phonolite de Pompéi (Vésuve) en fonction de la température. Le point d’inflexion marque la
température de transition vitreuse (stage M2, Anne Pommier). Le trait en noir positionne pour comparaison la conductivité d’un basalte
de type MORB.
De même, la mesure électrique offre une sonde sensible des propriétés de transports dans les phases
silicatés (Pfeiffer, 1998). Comme le montre la Figure 2, l’identification in situ de la température de transition
vitreuse de phases complexes telles que les liquides silicatés est l’une des nombreuses informations
accessibles de façon originale par la mesure électrique. Cet aspect sera développé plus en détail est visera
à définir de façon fine, les effets de l’eau et de la pression sur la température de transition vitreuse. Enfin,
une étude portant sur la caractérisation in situ du changement de résistivité électrique associée à la
croissance de bulles dans un magma est envisagée. Cette étude formera le point de rencontre avec la
thématique bulle dans les magmas et formation de dôme qui est pilotée par Caroline Martel dans le cadre
d’une ANR thématique (EXPLANT) (cf. projet II.5.1). L’objectif de ces mesures sera d’identifier in situ (en
pression et température) les changements de conductivité électrique associés à des seuils critiques lors de
la croissance de bulles telles que la coalescence et la fragmentation.
52
Les systèmes d’autoclaves à chauffage interne et les fours à atmosphère contrôlée seront utilisés pour les
expériences. La mesure électrique sous pression et dans les fours à 1 bar est actuellement effectuée à
l’ISTO à l’aide d’un spectromètre d’impédance (1260 Solartron), récemment acquis par financement MiLourd INSU, 2005. L’acquisition d’un nouvel autoclave à chauffage interne dédié spécifiquement à la mesure
géophysique est en cours. Des mesures en piston cylindre et en presse Paterson (ISTO) seront envisagées
d’ici les deux prochaines années. La mesure acoustique sera développée pendant les 3 prochaines années.
Un partenariat avec l’équipe " acoustique " de Polytech est en réflexion. Des collaborations avec la
communauté géophysique Italienne sont en cours pour définir les cibles volcaniques (objets et phénomènes)
à étudier en priorité.
4. Personnels
Permanents
F. Gaillard (60%) M. Pichavant (20%), B. Scaillet (20%), C. Martel (20%), A. Burgisser (20%)
ITA-IATOS :
IR. Champallier, D. Bellenoue, L. Perdereau, L. Pailleron, P. Teulat.
Non-permanent :
A. Pommier, 80%
Participants non-ISTO
M. Malki (CRMHT, Orléans), J. Ingrin (LMTG Toulouse), A. Siniscalchi (Université de Bari)
5. Programmes
ANR Blanche JC (F. Gaillard) ; ANR Catastrophe (C. Martel) ; Programmes INGV 2005-2006 (Italie)
Chen L., Booker J., Jones A.G., Wu N., Unsworth M.J., Wei W., and Tan H. (1996) Electrically conductive crust in southern Tibet from
INDEPTH magnetotelluric surveying: Science, 274, 1694–1696.
Di Maio et al. (1998) Electric and electromagnetic outline of the Mount Somma–Vesuvius structural setting: Journal of Volcanology and
Geothermal Research, 82, 219-238.
Gaillard F., Scaillet B. and Pichavant M. (2004) Evidence for present-day leucogranite pluton growth in Tibet: Geology: 32, 801–804;
doi: 10.1130/G20577.1
Gaillard, F., and G. I. Marziano (2005), Electrical conductivity of magma in the course of crystallization controlled by their residual liquid
composition: J. Geophys. Res., 110, B06204, doi:10.1029/2004JB003282.
Huang X., Xu Y. and Karato S. Water content in the transition zone from electrical conductivity of wadsleyite and ringwoodite: Nature,
434, 2005, 746-749
Jones A.G. (1999) Imaging the continental upper mantle using electromagnetic methods: Lithos, 4857-80.
Patanè D. et al, 2006, Time-Resolved Seismic Tomography Detects Magma Intrusions at Mount Etna: Science, 313, 821-823; DOI:
10.1126/science.1127724.
Pfeiffer A., (1998) Viscosities and electrical conductivities of oxidic glass-forming melts: Solid State Ionics, 105 277-287.
53
DOCUMENT 4
Institut des Sciences de la Terre d'Orléans
2003 - 2006
2
ARTICLES DANS DES REVUES AVEC COMITE DE LECTURE (ACL)
Internationales
ccsd-00090929, Version 1
Thermal Evolution of Leucogranites in Extensional Faults : Implications for Miocene Denudation Rates in the
Himalayas.
Annen C., Scaillet B.
Geological Society Special Publication Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090929
Thermal constraints on the emplacement rate of e large intrusive complex : the Manaslu Leucogranite, Nepal
Himalaya.
Annen C., Scaillet B., Sparks R.S.J.
Journal of Petrology 47 (2006) 71-95 – http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022869
Soil moisture estimation using multi-incidence and multi-polarization ASAR data.
Baghdadi N., Holah N., Zribi M.
International Journal of Remote Sensing 27 (2006) 10, 1907-1920 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090051
Structural, AMS and geochronological study of a laccolith emplaced during Late Variscan orogenic extension: the
Rocles pluton (SE French Massif Central)
Be Mezeme E., Faure M., Chen Y., Cocherie A., Talbot J.-Y.
International Journal of Earth Sciences Article in Press (2006) 1-14 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00089183
Electron microprobe monazite geochronology : a tool for evaluating magmatic ages with examples from Variscan
Massif Central migmatites and granotoids, France.
Be Mezeme E., Cocherie A., Faure M., Lengendre O., Rossi P.
Lithos 87 (2006) 276-288 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022850
Formulation and characterization of an appropriate lime-based mortar for use with a porous limestone
Beck K., Al-Mukhtar M.
International Journal Building and Environment Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090469
Geochemical Aspects of Melts: Volatiles and Redox Behaviour.
Behrens H., Gaillard F.
Elements (2006) 2, 5, 275-280 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091694
Deep organic carbon sedimentation and space-time distribution since the Last Glacial Maximum in coastal upwelling
context : the Benguela current system example.
Blanke R., Baudin F., Lallier-Vergès E., Bertrand P.
Marine Geology Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090931
Phase Equilibria of the Lyngdal Granodiorite (Norway): Implications for the Origin of Metaluminous Ferroan
Granitoids.
Bogaerts M., Scaillet B., Vander Auwera J.
Journal of Petrology Article in Press (2006) 1-27 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00101447
Low Temperature Pyrocarbon : a review
Bourrat X., Langlais F., Chollon G., Vignoles G. L.
Journal of Brazilian Chemical Society Article in Press (2006) 1-20 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00092046
Using hydraulic equivalences to discriminate transport processes of volcanic flows.
Burgisser A., E. Gardner J.
Geology 34 (2006) 3, pp. 157–160. - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022571
Microbialites and microbial communities: Biological diversity, biogeochemical functioning, diagenetic processes,
tracers of environmental changes.
Camoin G., Gautret P.
Sedimentary Geology 185 (2006) 127-130 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091718
1
Magnetostratigraphy of the Yaha section, Tarim Basin (China) : 11 Ma acceleration in erosion and uplift of the Tian
Shan mountains.
Charreau J., Gilder S., Chen Y., Dominguez S., Avouac J.-P., Sen S., Jolivet M., Li Y., Wang W.
Geology 34 (2006) 3, 157-160 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022874
Internal vein texture and vein evolution of the epithermal Shila-Paula district, southern Peru.
Chauvet A., Bailly L., André A.-S., Monié P., Cassard D., Llosa Tajada F., Rosas Vargas J.,
Tuduri J.
Mineralium Deposita 41 (2006) 387-410 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00087435
New Early Permian paleomagnetic results from the Brive basin (French Massif Central) and their implications for Late
Variscan tectonics.
Chen Y., Henry B., Faure M., Becq-Giraudon J.-F., Talbot J.-Y., Daly L., Le Goff M.
International Journal of Earth Sciences 95 (2006) 2, 306-317 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022845
Earliest Eocene (53 Ma) convergence in the Southwest Pacific; evidence from pre-obduction dikes in the ophiolite of
New Caledonia.
Cluzel D., Meffre S., Maurizot P., Crawford A. J.
Terra Nova Article in Press (2006) 19p. - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00094796
Evolution of organic matter indicators in response to major environmental changes: the case of a formerly cutover
peatbog (Le Russey, Jura Mountains, France).
Comont L., Laggoun-Défarge F., Disnar J.-R.
Organic Geochemistry Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00079740
Using Rock-Eval 6 pyrolysis for tracking fossil organic carbon in modern environments: implications for the roles of
erosion and weathering.
Copard Y., Di Giovanni C., Martaud T., Albéric P., Olivier J.-E.
Earth Surface Processes and Landforms 31, N°2 (2006 ) 135 - 153 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022590
The transferability of Australian pedotransfer functions for predicting water retention characteristics of French soils.
Cresswell H.P., Coquet Y., Bruand A., Mackenzie N.J.
Soil Use and Management 22 (2006) 62-70 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00020213
hal-00109454, Version 1
Apparent partial loss age spectra of Neoarchean hornblende (Murmansk Terrane, Kola Peninsula, Russia): the role of
biotite inclusions revealed by 40Ar/39Ar laserprobe analysis.
De Jong K. , Jan R. Wijbrans
Terra Nova 18 (2006) 353-364 - http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00109454
Rapid magma ascent recorded by water diffusion profiles in mantle olivine.
Demouchy S., Jacobsen S. D., Gaillard F., Stern C. R.
Geology 34 (2006) 429-432 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091693
Facies architecture and depostional evolution of alluvial dan to fan-delta complexes in the tectonically active Miocene
Köprüçay Basin, Isparta Angle, Turkey.
Deynoux M., Ciner A., Monod O., Karabiykoglu M., Manatscha G.
Sedimentology Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091015
Experimental Crystallization of a High-K Arc Basalt: the Golden Pumice, Stromboli Volcano (Italy)
Di Carlo I., Pichavant M., Rotolo S. G., Scaillet B.
Journal of Petrology 47 (2006) (7) 1317-1343 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00081458
Quantification of water content and speciation in natural silicic glasses (phonolite, dacite, rhyolite) by confocal
microRaman spectrometry
Di Muro A., Villemant B., Montagnac G., Scaillet B., Reynard B.
Geochimica et Cosmochimica Acta 70 (2006) 2868-2884 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00074100
Influence of composition and thermal history of volcanic glasses on water content as determined by micro-Raman
spectrometry.
Di Muro A., Giordano D., Villemant B., Montagnac G., Scaillet B., Romano C.
Applied Geochemistry 21 (2006) 802-812 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022621
2
Far infrared study of the influence of the octahedral sheet composition on the K+-layer interactions in synthetic
phlogopites.
Diaz M., Robert J.-L., Prost R.
Clays and Clay Minerals Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090933
Experimental and model constraints on degzssing of magma during ascent and eruption.
E. Gardner J., Burgisser A. et al
Geological Society of America Bulletin Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091016
Experimental determination of coexisting iron–titanium oxides in the systems FeTiAlO, FeTiAlMgO, FeTiAlMnO, and
FeTiAlMgMnO at 800 and 900°C, 1–4 kbar, and relativ ely high oxygen fugacity.
Evans B. W., Scaillet B., Kuehner S. M.
Contributions to Mineralogy and Petrology 152 (2006) 2, 149-167 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00085484
Structural environements around molybdenum in silicate glasses and melts. II. Effects of temperature, pressure, H2O,
halogens and sulfur.
Farges F., Siewert R., Ponader C. W., Brown Jr G. E., Pichavant M., Behrens H.
The Canadian Mineralogist Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00081785
First evidence of Eemian and Early Weichselian chironomids (Insecta: Diptera) assemblages at “Echets”, France. A
new data set for reconstructing past environmental and climatic conditions of the last interglacial-glacial cycle.
Gandouin E., Ponel P., Andrieu-Ponel V., De Beaulieu J. L., Brulhet E., Franquet E., Cheddadi R., Von Grafenstein
U., Guiter F., Lallier-Vergès E. et al
Quaternary Science Reviews Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00092695
Are environmental conditions recorded by the organic matrices associated with precipitated calcium carbonate in
cyanobacterial microbialites?
Gautret P., De Wit R., Camoin G., Golubic S.
Geobiology 4 (2006) (2) 93 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00074240
ccsd-00104212 − version 1
Transpressional tectonics and Carboniferous magmatism in the Limousin, Massif Central, France:structural and
40Ar/39Ar investigations.
Gébelin A., Brunel M., Monié P., Faure M., Arnaud N.
Tectonics Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00104212
Structure of late Variscan Millevaches leucogranite massif in the French Massif Central: AMS and gravity modelling
results.
Gébelin A., Martelet G., Chen Y., Brunel M., Faure M.
Journal of Structural Geology 28 (2006) 148-169 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00104183
Palaeozoic oolitic ironstone of the French Armorican Massif: a chemical and structural trap for orogenic base metalAs-Sb-Au mineralization during Hercynian strike-slip deformation.
Gloaguen E., Branquet Y., Boulvais P., Moëlo Y., Chauvel J.J., Chiappero P.J., Marcoux E.
Mineralium Deposita (2006) Article in press - http://hal.archives-ouvertes.fr/ccsd-00107971
In situ study of magmatic processes: a new experimental approach
Gondé C., Massare D., Bureau H., Martel C., Clocchiatti R.
High Pressure Research 26 (2006) 243-250 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00081654
Anoxic sediments off Central Peru record interannual to multidecadal changes of climate and upwelling ecosystem
during the last two centuries.
Gutiérrez D., Sifeddine A., Reyss J.L., Vargas G., Velazco F., Salvatteci R., Ferreira V., Ortlieb L., Field D.,
Baumgartner T., Boussafir M. et al
Advances in Geosciences 6 (2006) 119-125 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00084924
Derivatives of triterpenes formed during diagenesis in tropical lacustrine recent sediments (Lake Caçó, Brazil).
Jacob J., Disnar J.-R., Boussafir M., Luiza Spadano Albuquerque A., Sifeddine A., Turcq B.
Organic Geochemistry Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022545
3
1D-NMR and 2D-NMR analysis of the thermal degradation products from vitrinites in relation to their natural hydrogen
enrichment.
José Iglesias M., José Cuesta M., Laggoun-Défarge F., Suarez-Ruiz I.
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 77 (2006) 83-93 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00084413
Incidence of lead uptake on the microstructure of a (Mg, Ca)-bearing bentonite (Prrenjas, Albania).
Jozja N., Baillif P., Touray J.-C., Muller F., Clinard C.
European Journal of Mineralogy 18, 3 (2006) 361-368 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00085189
Polyphase deformation in the Feidong-Zhangbaling Massif (eastern China) and its place in the collision between North
China and South China blocks.
Lin W., Faure M., Panis D., Monié P.
International Journal of Earth Sciences Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091018
Discovery of an eclogite xenolith in a mesozoic granite from the Central dabieshan Domain (eastern China) : new
petrological and geochronological insights on the exhumation of UHP rocks.
Lin W., Enami M., Faure M., Schärer U., Arnaud N.
International Journal of Earth Sciences Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00104224
Quantification and regulation of the organic and mineral sedimentation in the Taligny marsh (Parisian basin, France)
during the Upper Holocene : climatic and human impacts.
Macaire J.-J., Bernard J., Di Giovanni C., Hinschbergera F., Limondin-Lozouet N., Visset L.
The Holocene Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091549
The central Kenya peralkaline province: Insights into the evolution of peralkaline salic magmas.
Macdonald R., Scaillet B.
Lithos Article in Press (2006) 1-15 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00077416
Environmental and climatic changes in the Jura mountains (eastern France) during the Lateglacial–Holocene
transition: a multi-proxy record from Lake Lautrey.
Magny M., Aalbersberg G., Bégeot C., Benoit-Ruffaldia P., Bossuet G., Disnar J.-R., Heiri O., Laggoun-Défarge F.,
Mazier F., Millet L. et al
Quaternary Science Reviews 25 (2006) 5-6, 414-445 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022633
Distribution and Characteristics of Dissolved Organic Matter in Mangrove Sediment Pore Waters along the Coastline
of French Guiana.
Marchand C., Albéric P., Lallier-Vergès E., Baltzer F.
Biogeochemistry 78 (2006) 1-15 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00085044
Heavy metals distribution in mangrove sediments along the mobile coastline of French Guiana.
Marchand C., Lallier-Vergès E., Baltzer F., Albéric P., Cossa D., Baillif P.
Marine Chemistry 98(1) (2006) 1-17 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022511
Basalt-inherited microlites in silicic magmas: evidence from Mt. Pelée (Martinique, F.W.I.).
Martel C., Radadi Ali A., Poussineau S., Gourgaud A., Pichavant M.
Geology Article 34 (2006) 905-908 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00081453
Upper limit of the tetrahedral rotation angle and factors affecting octahedral ß attening in synthetic and natural 1M
polytype C2/m space group micas.
Mercier P., G. Rancourt D., J. Redhammer G., Lalonde A. E., Robert J.-L., Berman R. G., Kodama H. American
Mineralogist 91 (2006) 831-849 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00077353
Response of littoral chironomid community and organic matter to late glacial lake level and environmental changes at
Lago dell’Accesa (Tuscany, Italy).
Millet L., Vannière B., Magny M., De Beaulieu J. L., Disnar J.-R., Laggoun-Défarge F., Verneaux V., WalterSimonnet A.-V., Ortu E., Bossuet G.
Journal of Paleolimnology Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00085520
A miocene palaeovalley network in the Western Taurus (Turkey).
Monod O., Kuzucuoglu C., Okay A. I.
Turkish Journal of Earth Sciences 15 (2006) 1-23 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00081795
4
ccsd- 00103973, Version 1
Quantification of soil volumes in the Eg&Bt-horizon of an Albeluvisol using image analysis
Montagne D., Cousin I., Le Forestier L., Daroussin J., Cornu S.
Canadian Journal of Soil Science Article in Press (2006) 1-26 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00103973
hal-00109994, Version 1
U–Pb zircon dating of post-obduction volcanic-arc granitoids and a granulite-facies xenolith from New Caledonia.
Inference on Southwest Pacific geodynamic models.
Paquette J.-L., Cluzel D.
International Journal of Earth Sciences Article in Press (2006) 1-10 - http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00109994
Development of igneous layering during growth of pluton: The Tarçouate Laccolith (Morocco).
Pons J., Barbey P., Nachit H., Burg J.P.
Tectonophysics 413 (2006) 3-4, 271-286 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022878
Neoproterozoic crustal evolution in Southern Chad: Pan-African ocean basin closing, arc accretion and late- to postorogenic granitic intrusion.
Pouclet A., Vidal M., Doumnang J.C., Vicat J.P., Tchameni R.
Journal of African Earth Sciences 44 (2006) 543-560 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00073651
Upper limit of the tetrahedral rotation angle and factors affecting octahedral flattening in synthetic and natural 1M
polytype C2/m space group micas.
Rancourt D., H.J. Mercier P., J. Redhammer G., Lalonde A. E., Robert J.-L., Berman R. G., Kodama H. American
Mineralogist Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091019
hal-00109874 − version 1
Hydraulic properties of the diagnostic horizon of Latosols of a regional toposequence across the Brazilian Central
Plateau.
Reatto-Braga A., Bruand A., Silva E. M., De Souza Martins E., Brossard M.
Geoderma Article in Press (2006) 33p. - http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00109874
Hydratation of a synthetic clay with tetrahedral charges : a multidisciplinary experimental and numerical study.
Rinnert E., Carteret C., Humbert B., Fragneto-Cusani G., Ramsat J.D.F., Delville A., Robert J.-L., Bihannic I.,
Pelletier M., J. Michot L.
Journal of Physical Chemistry Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091020
2D-Image analysis: A complementary tool for characterizing quarry and weathered building limestones.
Rozenbaum O., Le Trong E., Rouet J.-L., Bruand A.
Journal of Cultural Heritage Article in Press (2006) 1-32 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00084530
Syndepositional cements associated with nannofossils in the Marmolada Massif: Evidences of microbially mediated
primary marine cements? (Middle Triassic, Dolomites, Italy)
Russo F., Gautret P., Mastandrea A., Perri E.
Influence of charge location on 29Si NMR chemical shift of 2:1 phyllosilicates
Sanz J., Robert J.-L., Diaz M., Sobrados I.
American Mineralogist 91 (2006) 544-550 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00077354
Mechanisms and time scales of granite magma segregation, ascent and emplacement in the Himalayas.
Scaillet B., Searle M.P.
Geological Society Special Publication Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091021
Experimental constraints on pre-eruption conditions of pantelleritic magmas: Evidence from the Eburru complex,
Kenya Rift
Scaillet B., Macdonald R.
Lithos Article in Press (2006) 1-25 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00078804
Experimental and Thermodynamic Constraints on the Sulphur Yield of Peralkaline and Metaluminous Silicic Flood
Eruptions.
Journal of Petrology 47, 7 (2006) 1413-1437 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022481
5
Palynofacies as useful tool to study origins and transfers of particulate organic matter in recent terrestrial
environments : synopsis and prospects.
Sebag D., Copard Y., Di Giovanni C., Durand A., Laignel B., Ogier S., Lallier-Vergès E.
Earth Science Reviews Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091022
Inventory of sedimentary organic matter in modern wetland (Marais Vernier, Normandy, France) as source-indicative
tools to study Holocene alluvial deposits (Lower Seine Valley, France).
Sebag D., Di Giovanni C., Ogier S., Mesnage V., Laggoun-Défarge F., Durand A.
International Journal of Coal Geology 67 (2006) 1-16 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022634
Monitoring organic matter dynamics in soil profiles by ‘Rock-Eval pyrolysis’ : bulk characterization and quantification of
degradation.
Sebag D., Disnar J.-R., Guillet B., Di Giovanni C., P. Verrecchia E., Durand A.
European Journal of Soil Science 57 (2006) 344 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022652
Crystallisation in flow Part II: Modelling crystal growth kinetics controlled by boundary layer thickness.
Sizaret S., Fedioun I., Barbanson L., Chen Y.
Geophysical Journal International Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090334
Crystallisation in flow Part I: paleo-circulation track by texture analysis and magnetic fabrics.
Sizaret S., Chen Y., Barbanson L., Henry B., Camps P.
Geophysical Journal International Article in Press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00081457
Petrography and geochemistry of the Ngaoundéré Pan-African granitoids in Central North Cameroon: Implications for
their sources and geological setting.
Tchameni R., Pouclet A., Penaye J., Ganwa A.A., Toteu S.F.
Pyrocarbon optical properties in reflected light.
Vallerot J.-M., Bourrat X.
Carbon 44 (2006) 1565-1571 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091978
Relations entre le sustratum géologique et l’occupation du sol au sud du Tchad (région du lac de Léré) : apport de
SPOT4.
Vidal M., Montanovanh M., Doumnang J.C., Pouclet A., Vicat J.-P.
Photointerprétation Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091024
Geochemical constraints on carboniferous volcanic rocks of Yili Block (Xinjiang, NW China) ; implication on tectonic
evolution of western Tianshan.
Wang B., Shu L. S., Cluzel D., Faure M., Charvet J.
Journal of Asian Earth sciences Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091027
Tectonic evolution of the northern part of Western Tianshan (Xinjiang, NW China).
Wang B., Shu L. S., Cluzel D., Faure M., Charvet J.
Geodinamica Acta Article 19 (2006) 237-224 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023317
Trace element geochemistry of the 1991 Mt. Pinatubo silicic melts, Philippines: Implications for ore-forming potential
of adakitic magmatism.
Yu Borisova A., Pichavant M., Polvé M., Wiedenbeck M., Freydier R., Candaudap F.
Geochimica et Cosmochimica Acta 70 (2006) 14, 3702-3716 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091013
Effect of the thermal gradient variation through geological time on basin modeling; a case study: The Paris basin.
Amir L., Martinez L., Disnar J.-R., Vigneresse J.L., Michels R., Guillocheau F., Robin C.
Tectonophysics 400 (2005) 227-240 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023318
7200 years of Rhône river flooding activity in Lake Le Bourget, France: a high-resolution sediment record of NW Alps
hydrology.
Arnaud F., Revel M., Chapron E., Desmet M., Tribovillard N.
The Holocene 15 (2005) 3, 420-428 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023343
6
Occurrence and Origin of Andalusite in Peraluminous Felsic Igneous Rocks.
Barrie Clarke D., Dorais M., Barbarin B., Barker D., Cesare B., Clarke G., El Baghdadi M., Erdmann S., FÖrster H.-J.,
Gaeta M., Pichavant M. et al Journal of Petrology 46 (2005) 3, 441-472 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023344
In situ chemical dating of tectonothermal events in the French Variscan Belt.
Be Mezeme E., Faure M., Cocherie A., Chen Y.
Terra Nova 17 (2005) 420-426 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023352
Multi-scale characterization of two French Limestones used in historic constructions.
Beck K., Al-Mukhtar M.
Restoration of Buildings and Monuments 11 (2005) 4, 219-226 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090467
Shear strain localization from the upper mantle to the middle crust of the Kohistan Arc (Pakistan).
Burg J.-P., Arbaret L., Chaudry N., Dawood H., Hussains S., Zeilinger G.
Geological Society Special Publication 245 (2005) 25-38 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090463
Addressing Complexity in Laboratory Experiments: The Scaling of Dilute Multiphase Flows in Magmatic Systems.
Burgisser A., W. Bergantz G., E. Breidenthal R.
Journal of Volcanology and Geothermal Research 141 (2005) N° 3-4, 245-265 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022567
High-temperature and pressure seismic properties of a lower crustal prograde shear zone from the Kohistan Arc,
Pakistan
Burlini L., Arbaret L., Zeilinger G., Burg J.-P.
Shear strain localisation from the upper mantle to the middle crust of the Kohistan arc (Pakistan).
Burlini L., Arbaret L., Zeilinger G., Burg J.P.
Short-range order in minerals: amphiboles.
C. Hawthorne F., Della Ventura G., Oberti R., Robert J.-L., Iezzi G.
The Canadian Mineralogist 43 (2005) 6, 1895-1920 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023419
Lead Isotopic Composition of Fly Ash and Flue Gas Residues from Municipal Solid Waste Combustors in France:
Implications for Atmospheric Lead Source Tracing.
Carignan J., Libourel G., Cloquet C., Le Forestier L.
Environmental Science and Technology 39 (2005) 7, 2018-2024 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023362
Magnetostratigraphy and rock magnetism of the Neogene Kuitun He section (northwest China): implications for Late
Cenozoic uplift of the Tianshan mountains.
Charreau J., Chen Y., Gilder S., Dominguez S., Avouac J.-P., Sen S., Sun D., Lif Y., Wang W.-M.
Earth and Planetary Science Letters 230 (2005) 1-2, 177-192 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023363
Late Oligocene post-obduction granitoids of New Caledonia: A case for reactivated subduction and slab break-off.
Cluzel D., Bosch D., Paquette J.-L., Lemennicier Y., Montjoie P., Ménot R.-P.
The Island Arc 14 (2005) 254-271 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023364
Electron-microprobe dating as a tool for determining the closure of Th-U-Pb systems in migmatitic monazites.
Cocherie A., Be Mezeme E., Legendre O., Fanning C. M., Faure M., Rossi P.
Trace element accumulation in Mn—Fe—oxide nodules of a planosolic horizon.
Cornu S., Deschatrettes V., Salvador-Blanes S., Clozel B., Hardy M., Branchut S., Le Forestier L.
Geoderma 125 (2005) 11-24 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023394
A Mössbauer and FTIR study of synthetic amphiboles along the magnesioriebeckite – ferri-clinoholmquistite join.
Della Ventura G., J. Redhammer G., Iezzi G., C. Hawthorne F., Papin A., Robert J.-L.
Physics and Chemistry of Minerals 32 (2005) 103-113 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023396
7
Synthesis and crystal-chemistry of alkali amphiboles in the system Na2O-MgO-FeO-Fe2O3-SiO2-H2O as a function
of fO2.
Della Ventura G., Iezzi G., J. Redhammer G., C. Hawthorne F., Scaillet B., Novembre D.
Melting kinetics of granitic powder aggregates at 1175°C, 1 atm.
Devineau K., Pichavant M., Villiéras F.
European Journal of Mineralogy 17 (2005) 387-398 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023398
Sequential fatty acid analysis of a peat core covering the last two millennia (Tritrivakely lake, Madagascar):
Diagenesis appraisal and consequences for palaeoenvironmental reconstruction.
Disnar J.-R., Stefanova M., Bourdon S., Laggoun-Défarge F.
Organic Geochemistry 36 (2005) 10, 1391-1404 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023405
New Insights on the Distribution of Interlayer Water in Bi-Hydrated Smectite from X-ray Diffraction Profile Modeling of
00l Reflections.
Ferrage E., Lanson B., Malikova N., Plançon A., A. Sakharov B., A. Drits V.
Chemistry of Materials 17 (2005) 13, 3499-3512 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023410
Electrical conductivity of magma in the course of crystallization controlled by their residual liquid composition.
Gaillard F., Iacono Marziano G.
Journal of Geophysical Research 110 (2005) B06204 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023414
Automicrites in modern cyanobacterial stromatolitic deposits of Rangiroa, Tuamotu Archipelago, French Polynesia:
Biochemical parameters underlaying their formation.
Gautret P., Trichet J.
Fundamental difference between synthetic powder and natural or synthetic single-crystal 1M micas: Geometric homooctahedral vs. geometric meso-octahedral sheets.
H.J. Mercier P., G. Rancourt D., Robert J.-L., Berman R. G., J. Redhammer G.
Potential of ASAR/ENVISAT for the characterization of soil surface parameters over bare agricultural fields
Holah N., Baghdadi N., Zribi M., Bruand A., King C.
Remote Sensing of Environment 96 (2005) (1) 78-86 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00077118
The (Mg,Fe2+) substitution in ferri-clinoholmquistite, squareLi2(Mg,Fe2+)3Fe3+2Si8O22(OH)2.
Iezzi G., Della Ventura G., C. Hawthorne F., Pedrazzi G., Robert J.-L., Novembre D.
Hydration and swelling of synthetic Na-saponites: Influence of layer charge.
J. Michot L., Bihannic I., Pelletier M., Rinnert E., Robert J.-L.
Pentacyclic triterpene methyl ethers in recent lacustrine sediments (Lagoa do Caçó, Brazil).
Jacob J., Disnar J.-R., Boussafir M., Luiza Spadano Albuquerque A., Sifeddine A., Turcq B.
Organic Geochemistry 36 (2005) 449-461 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022471
Geochemistry of Adakites from the Philippines: Constraints on Their Origins.
Jégo S., L C. Maury R., Polvé M., P. Yumul G., Bellon H., A. Tamayo R., Cotten
J. Resource Geology 55 (2005) 3, 167-187 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023424
Evolution morphologique des litières de hêtre (Fagus sylvatica L.) et transformation des biopolymères, lignine et
polysaccharides, dans un mull et un moder, sous climat tempéré (forêt de Fougères, Bretagne, France).
Karroum M., Guillet B., Disnar J.-R., Laggoun-Défarge F., Lottier N., Villemin G., Toutain F.
Canadian Journal of Soil Science 85 (2005) 405-416 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023430
8
Phytoplankton composition and organic matter organization of mucous aggregates by means of light and cryoscanning electron microscopy.
Kovac N., Mozetic P., Trichet J., Défarge C.
Marine Biology 147 (2005) 1, 261-271 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023437
Experimental study of smectite interaction with metal iron at low temperature: 1. Smectite destabilization.
Lantenois S., Lanson B., Muller F., Bauer A., Jullien M., Plançon A.
Clays and Clay Minerals 53 (2005) 597-612 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022201
Stratigraphy and age of the Cappadocia ignimbrites, Turkey: reconciling field constraints with paleontologic,
radiochronologic, geochemical and paleomagnetic data
Le Pennec J.L., Temel A., Froger J.L., Sen S., Gourgaud A., Bourdier J.-L.
Journal of Volcanology and Geothermal Research 141 (2005) 45-64 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090083
Discussion of the paper ‘High- to ultrahigh-pressure (UHP) ductile shear zones in the Sulu UHP metamorphic belt,
China: implications for continental subduction and exhumation’ by Zhao et al.
Lin W., Faure M., Monié P., Lebreton N.
Terra Nova 17 (2005) (1) 86 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00077128
Early diagenesis of carbohydrates and lignin in mangrove sediments subject to variable redox conditions (French
Guiana).
Marchand C., Disnar J.-R., Lallier-Vergès E., Lottier N.
Cenomanian–Turonian organic sedimentation in North-West Africa: A comparison between the Tarfaya (Morocco) and
Senegal Basins.
Nzoussi - Mbassani P., Khamli N., Disnar J.-R., Laggoun-Défarge F., Boussafir M.
Sedimentary Geology 177 (2005) 3-4, 271-295 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023487
Vitrinite recycling: diagnostic criteria and reflectance changes during weathering and reburial.
Nzoussi - Mbassani P., Copard Y., Disnar J.-R.
Reply to comment by C. A. Boulter on “A new geodynamic interpretation for the South Portuguese Zone (SW Iberia)
and the Iberian Pyrite Belt genesis”
Onézime J., Charvet J., Faure M., Bourdier J.-L., Chauvet A.
Tectonics 24 (2005) (1) TC1010 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00077137
Native Antimony float-ore from Precambrian of Rajasthan, India.
Ranawat P.S., Rouer O., Ramboz C., Lakshmi N.
Journal of the Geological Society of India 65 (2005) 353-356 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00078441
Multiscale structure of sheet nacre.
Rousseau M., Lopez E., Stempflé P., Brendlé M., Franke L., Guette A., Naslain R., Bourrat X.
Biomaterials 26 (2005) 31 6-626 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023492
Electrical resistivity survey in soil science: a review .
Samouëlian A., Cousin I., Tabbagh A., Bruand A., Richard G.
Soil and Tillage Research 83 (2005) 2, 173-193 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023493
A model of sulphur solubility for hydrous mafic melts: application to the determination of magmatic fluid compositions
of Italian volcanoes.
Scaillet B., Pichavant M.
Annals of Geophysics 48 (2005) (4-5), 671-698 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00079843
The post-collision intracontinental rifting and olistostrome on the southern slope of Bogda Mountains, Xinjiang. Shu L.
S., Zhu W., Wang B., Faure M., Charvet J., Cluzel D.
Acta Petrologica Sinica 21 (2005) 1, 25-36 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090487
9
Structure and Dynamics of Exopolymers in an Intertidal Diatom Biofilm.
Stal L. J., Défarge C.
Geomicrobiology Journal 22 (2005) 7-8, 341-352 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023494
Hydrological changes related to the variability of tropical South American climate from the Cabo Frio lagoonal system
(Brazil) during the last 5000 years.
Sylvestre F., Sifeddine A., Turcq B., Martins I., Luiza Spadano Albuquerque A., Lallier-Vergès E., Abrão J.
The Holocene 15 (2005) 4, 625-630 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023576
Pull-apart emplacement of the Margeride granitic complex (French Massif Central). Implications for the late evolution
of the Variscan orogen.
Talbot J.-Y., Faure M., Chen Y., Martelet G.
Journal of Structural Geology 27 (2005) 1610-1629 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023495
A magnetic fabric study of the Aigoual–Saint Guiral–Liron granite pluton (French Massif Central) and relationships
with its associated dikes.
Talbot J.-Y., Chen Y., Faure M.
Journal of Geophysical Research 110 (2005) B12, B12106 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023496
Paleoseismic inferences from a high-resolution marine sedimentary record in northern Chile (23°S) .
Vargas G., Ortlieb L., Chapron E., Valdes J., Marquardt C.
Tectonophysics 399 (2005) 1-4, 381-398 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023572
Mass Proportion of Microaggregates and Bulk Density in a Brazilian Clayey Oxisol.
Volland-Tuduri N., Bruand A., Brossard M., Balbino L. C., Inês Lopes De Oliveira M., De Souza Martins E.
Soil Science Society of America Journal 69 (2005) 1559-1564 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022692
Experimental temperature X(H2O) viscosity relationship for leucogranites and comparison with synthetic silicic liquids.
Whittingthon A.., Pascal R., Harald B., François H., Scaillet B.
Transactions of the Royal Society of Edinburgh : Earth Sciences 95 (2005) 59-71 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd00023573
Constraints on dacite magma degassing and regime of the June 15, 1991, climactic eruption of Mount Pinatubo
(Philippines): New data on melt and crystal inclusions in quartz.
Yu Borisova A., Pichavant M., Bény J.-M., Rouer O., Pronost J.
Journal of Volcanology and Geothermal Research 145 (2005) 35-67 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023361
Influence of the Outer Surface Layers of Crystals on the X-Ray Diffraction Intensity of Basal Reflections A.
Sakharov B., Plançon A., Lanson B.
Clays and Clay Minerals 52 (2004) 6, 680-692 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091045
River backflooding into a karst resurgence (Loiret, France).
Albéric P.
Journal of Hydrology 286 (2004) 1-4, 194-202 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023578
Change in the hydraulic properties of a Brazilian clay Ferralsol on clearing for pasture.
Balbino L. C., Bruand A., Cousin I., Brossard M., Quétin P., Grimaldi M.
Geoderma 120 (2004) 297-307 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023855
Composition, fabric, and porosity of an Arenic Haplustalf of Northeast Thailand: relation to penetration resistance.
Bruand A., Hartmann C., Ratana-Anupap S., Sindhusen P., Poss R., Hardy M.
Soil Science Society of America journal 68 (2004) 185-193 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023893
The Saint-Georges-sur-Loire olistostrome, a key zone to understand the Gondwana-Armorica boundary in the
Variscan belt (Southern Brittany, France).
Cartier C., Faure M.
International Journal of Earth Sciences 93 (2004) 6, 945-958 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068289
Development of an LC-MS-MS method for the quantification of taurine derivatives in marine invertebrates.
Chaimbault P., Albéric P., Elfakir C., Lafosse M.
Analytical Biochemistry 332 (2004) 215-225 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00067778
10
Syn- to late tectonic stockwork emplacement within the Spanish section of the Iberian Pyrite Belt : structural, textural
and mineralogical constraints from the Tharsis-La Zarza area.
Chauvet A., Onézime J., Charvet J., Barbanson L., Faure M.
Economic geology 99 (2004) 1781-1792 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068293
First mid-Neoproterozoic paleomagnetic results from the Tarim Basin (NW China) and their geodynamic implications.
Chen Y., Xu B., Zhan S., Li Y.
Precambrian Research 133 (2004) (3-4) 271-281 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069596
The solubility of sulphur in hydrous rhyolitic melts.
Clémente B., Scaillet B., Pichavant M.
Journal of Petrology 45 (2004) 11, 2171-2196 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023888
Erroneous coal maturity assessment caused by low temperature oxidation.
Copard Y., Disnar J.-R., Becq-Giraudon J.-F., Laggoun-Défarge F.
Petrological and experimental constraints on the pre-eruption conditions of holocene dacite from volcan San Pedro
(36°S, Chilean Andes)and the importance of sulphur in silicic subduction-related magmas.
Costa Rodriguez F., Scaillet B., Pichavant M.
Journal of Petrology 45 (2004) 4, 855-881 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068281
Granitoid emplacement during a thrusting event: structural analysis, microstructuel and quartz-c-axis patterns. An
example from hercynian plutons in the French Massif Central.
Duguet M., Faure M.
Journal of Structural Geology 26 (2004) 5, 927-945 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023846
Palaeoproterozoic arc magnatism and collision in Liaodong Peninsula (north-east China).
Faure M., Lin W., Monié P., Bruguier O.
Terra Nova 16 (2004) 75-80 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068285
Evidence for present-day leucogranite pluton growth in Tibet.
Gaillard F., Scaillet B., Pichavant M.
Geology 32 (2004) 9, 801-804 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023901
Structure of synthetic K-rich birnessites obtained by high-temperature decomposition of K Mn O4. III Phase and
structural heterogeneities.
Gaillot A.-C., Drits V., Plançon A., Lanson B.
Chemistry of materials 16 (2004) 10, 1890-1905 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023859
Biochemical control of calcium carbonate precipitation in modern lagoonal microbialites, Tikehau atoll, French
Polynesia.
Gautret P., Camoin G., Golubic S., Sprachta S.
Journal of sedimentary research 74 (2004) 4, 462-478 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00067865
Solid-state NMR study of intercalated species in poly(e-caprolactone)/clay.
Hrobarikova J., Robert J.-L., Calberg C., Jerome R., Grandjean J.
Langmuir 20(22) (2004) 9828 9833 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069159
Synthesis, crystal structure and crystal chemistry of ferri-clinoholmquistite, Li 2Mg 3Fe 3+ 2Si 8O 22(OH) 2.
Iezzi G., Camara F., Della Ventura G., Oberti R., Pedrazzi G., Robert J.-L.
Physics and Chemistry of Minerals 31 (2004) 6, 375-385 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091035
Major environmental changes recorded by lacustrine sedimentary organic matter since the Last Glacial Maximum
near the Equator (Lagoa do Caçó, NE Brazil).
Jacob J., Disnar J.-R., Boussafir M., Sifeddine A., Turcq B., Luiza Spadano Albuquerque A. Palaeogeography,
Palaeclimatology, Palaeoecology 205 (2004) 183-197 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022458
Onocerane testifies to dry climatic events during the Quaternary in the Tropics.
Jacob J., Disnar J.-R., Boussafir M., Ledru M.-P., Luiza Spadano Albuquerque A., Sifeddine A., Turcq B.
11
Importance et devenir des biopolymères (lignines et polysaccharides) dans les sols d’une chronoséquence de
hêtraies (Fagus Sylvatica), en forêt de Fougères (France).
Karroum M., Guillet B., Lottier N., Disnar J.-R.
Annals Forest Science 61 (2004) 221-233 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00067780
Genesis of high sulfidation vinciennite-bearing Cu-As-Sn (±Au) assemblage from the Radka epithermal copper
deposit, Bulgaria: Evidence from mineralogy and infrared microthermometry of enargite.
Kouzmanov K., Ramboz C., Bailly L., Bogdanov K.
The Canadian Mineralogist 42 (2004) 1501-1521 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068308
Pore-water chemistry in mangrove sediments: relationship with species composition and developmental stages.
(French Guiana).
Marchand C., Baltzer F., Lallier-Vergès E., Albéric P.
Marine Geology 208 (2004) 2-4, 361-381 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023890
The meillers Autunian hydrothermal chalcedony : first evidence of a similar to 295 Ma auriferous epithermal sinter in
the Frech Massif Central.
Marcoux E., Le Berre P., Cocherie A.
Ore Geology Reviews 25 (2004) 1-2 69-87 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068297
Application of time-series analyses to the study of the hydrological functioning of an Alpine karstic system: the case of
the Bange-L’Eau-Morte karstic system.
Mathevet T., Lepiller M., Mangin A.
Hydrology and Earth Sciences 8 (2004) 6, 1051-1064 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00067788
Pluridisciplinary approach of the evolution of the agro-pastural activities in the surroundings of the “ narse d’Espinasse
” (French Massif Central, Puy de Dôme).
Miras Y., Laggoun-Défarge F., Guenet P., Richard H.
Vegetation History and Archaeobotany 13 (2004) 2, 91-103 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068287
Characterization of model soil colloids by cryo-scanning electron microscopy.
Nègre M., Leone P., Trichet J., Défarge C., Boero V., Gennari M.
Geoderma 121 (2004) 1-2, 1-16 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069152
An excel utility for the rapid characterization of ‘funny filters” in PIXE analysis.
Nejedly Z., Campbell J. L., Gama S.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 219220 (2004) 136-139 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069172
Organic matter accumulation and preservation controls in a deep sea modern environment: an example from
Namibian slope sediments.
Pichevin L., Bertrand P., Boussafir M., Disnar J.-R.
Organic Geochemistry 35 (2004) 5, 543-559 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068277
Consistent modeling of the XRD patterns of mixed-layer phyllosilicates.
Plançon A.
Clays and clay minerals 52 (2004) 1, 47-54 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023852
Three-dimensional crack monitoring by electrical resistivity measurement.
Samouëlian A., Richard G., Cousin I., Guérin R., Bruand A., Tabbagh A.
European Journal of Soil Science 55 (2004) 4, 751-762 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023891
Role of f02 in fluid saturation of oceanic basalt.
Scaillet B., Pichavant M.
Nature 430 (2004) 6999 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023902
Fluorite stability in silicic magmas.
Contributions to mineralogy and petrology 147 (2004) 319-329 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023899
12
The STICS model to predict nitrate leaching following agricultural pratices.
Schnebelen N., Nicoullaud B., Bourennane H., Couturier A., Verbeque B., Revalier C., Bruand A., Ledoux E.
Agronomie 24 (2004) 6-7, 423-435 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023861
Geological, geochronological and geochemical features of granulites in the Eastern Tianshan, NW China
Shu L. S., Yu J., Charvet J., Laurent-Charvet S., Sang H., Zhang R.
Journal of Asian Earth Sciences 24 (2004) 25-41 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00089676
The Rossignol Fluorite Vein, Chaillac, France: Multiphase Hydrothermal Activity and Intravein Sedimentation.
Sizaret S., Marcoux E., Jébrak M., Touray J.-C.
Economic Geology 99 (2004) 1107-1122 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090337
Preserved lignin structures in Miocene-aged lignite lithotypes, Bulgaria.
Stefanova M., Maman O., Guillet B., Disnar J.-R.
Fuel 83 (2004) 123-128 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069184
Emplacement in an extensional setting of the Mont Lozère-Borne granitic complex (SE France) inferred from
comprehensive AMS, structural and gravity studies.
Talbot J.-Y., Martelet G., Courrioux G., Chen Y., Faure M.
Journal of Structural Geology 206 (2004) 3-4, 11-28 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023878
Petrographic and geochemical study of organic matter in surficial laminated sediments from an upwelling system
(Mejillones del Sur Bay, Northern Chile).
Valdes J., Sifeddine A., Lallier-Vergès E., Ortlieb L.
Petrographic and geochemical study of organic matter in surficial laminated sediments from an upwelling system
(Mejillones del sur Bay, Nothern Chile).
Valdes J., Sifeddine A., Lallier-Vergès E., Ortlieb L.
Complex flow in lowest crustal, anastomosing mylonites: Strain gradients in a Kohistan gabbro, northern Pakistan
Arbaret L., Burg J.P.
Journal of Geophysical Research 106, B10 (2003) 2467 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069335
Response to the comment by R. H. Byrne on ‘’Solubility of platinum in aqueous solutions at 25°c and pH s 4 to 10
under oxidizing conditions’’ (2001) Geochim. Cosmochim. Acta 65, 4453-4466
Azaroual M., Romand B., Freyssinet P., Disnar J.-R.
Geochimica et Cosmochimica Acta 67 (2003) 13, 2511-2513(3) - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090184
Characterization, water transfer properties and deterioration in tuffeau : building material in the Loire valley-France.
Beck K., Al-Mukhtar M., Rozenbaum O.
Building and Environment 38 (2003) 1151-1162 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069462
Organic-rich sediments in ventilated deep-sea environments: Relationship to climate, sea level, and trophic changes
Bertrand P., F. Pedersen T., Schneider R., Shimmield G., Lallier-Vergès E., Disnar J.-R., Massias D., Villanueva J.,
Tribovillard N., Huc A.-Y. et al
Journal of Geophysical Research 108 (2003) C2, 3045 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00089023
Petrology of the Lyngdal granodiorite (Southern Norway) and the role of fractional crystallization in the genesis of
Proterozoic rapakivi-like granites.
Bogaerts M., Scaillet B., Liégeois J.-P., Vander Auwera
J. Precambrian Research 124 (2003) 149-184 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069475
Infrared spectra of annite in the OH-stretching vibrational range.
Boukili B., Holtz F., Robert J.-L., Joriou M., Bény J.-M., Naji M.
Swiss Bulletin of Mineralogy and Petrology 83 (2003) 331-340 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090452
Infrared spectra of annite in the interlayer and lattice vibrational range
Boukili B., Holtz F., Bény J.-M., Abdelouafi A., Niazi S.
Swiss Bulletin of Mineralogy and Petrology 83 (2003) 33-46 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00090445
13
Use of class pedotransfer functions based on texture and bulk density of clods to generate water retention curves.
Bruand A., Perez-Fernandez P., Duval O.
Soil Use and Management 19 (2003) 232-242 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069364
HT-XRD study of synthetic ferrian magnesian spodumene: the effect of site dimension on the P21/c->C2/c phase
transition.
Camara F., Iezzi G., Oberti R.
Physics and Chemistry of Minerals 30 (2003) (1) 20 - 30 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069391
Exploitation of northern peatlands and biodiversity maintenance: a conflict between economy and ecology.
Chapman S., Buttler A., Francez A.-J., Laggoun-Défarge F., Vasander H., Schloter M., Combe J., Grosvernier P.,
Harms H., Epron D. et al
Frontiers in Ecology and the Environment 1(10) (2003) 525-532 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069337
Diffusion coupling between trace and major elements and a model for calculation of magma residence times using
plagioclase
Costa Rodriguez F., Chakraborty S., Dohmen R.
Massive atmospheric sulfur loading of the AD 1600 Huaynaputina eruption and implications for petrologic sulfur
estimates.
Costa Rodriguez F., Scaillet B., Gourgaud A.
Geophysical Research Letters 30 (2) (2003) 40-1 ; 40-4 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069336
A crystal-chemical study of natural and synthetic anionic clays.
De La Calle C., Pons C.-H., Roux J., Rives V.
Clays and Clay Minerals 51 (2003) (2) 121-132 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069466
23Na 2D 3QMAS NMR and 29Si, 27Al MAS NMR investigation of laponite and synthetic saponites of variable
interlayer charge.
Delevoye L., Robert J.-L., Grandjean J.
Clay Minerals 38 (2003) (1) 63-69 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069474
Synthesis and infrared spectroscopy of amphiboles along the tremolite-pargasite join.
Della Ventura G., C. Hawthorne F., Robert J.-L., Iezzi G.
Soil organic matter (SOM) characterization by Rock-Eval pyrolysis.
Disnar J.-R., Guillet B., Kéravis D., Di Giovanni C., Sebag D.
Organic Geochemistry 34 (2003) 327–343 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069394
Exhumation tectonics of the ultrahigh-pressure metamorphic rocks in the Qinling orogen in east China: New
petrological-structural-radiometric insights from the Shandong Peninsula
Faure M., Lin W., Monié P., Lebreton N., Poussineau S., Panis D., Deloule E.
Tectonics 22 (2003) 3, 1018 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00089179
Continental subduction and exhumation of UHP rocks. Structural and geochronological insights from the Dabieshan
(E. China).
Faure M., Lin W., Schärer U., Shu L. S., Sun Y., Arnaud N.
Lithos 70 (2003) 213-241 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069382
The middle neoproterozoic sidi flah group (Anti-Atlas, Morocco) : synrift deposition in a Pan-African continent-ocean
zone.
Fekkak A., Pouclet A., Benharref M.
Experimental determination of activities of FeO and Fe2O3 components in hydrous silicic melts under oxidizing
conditions.
Gaillard F., Pichavant M., Scaillet B.
14
Chemical transfer during redox exchanges between H-2 and Fe-bearing silicate melts.
Gaillard F., Pichavant M., Macwell S., Champallier R., Scaillet B., McCammon C.
American Mineralogist 88 (2003) (2-3) 308-315 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069454
Electron paramagnetic resonance study of iridium in forsterite.
Gaite J.-M., Rager H.
Physics and Chemistry of Minerals 30 (2003) (10 ) 628 630 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069478
Measurements of iron concentration in kaolinites considering disorder broadening of EPR lines.
Gaite J.-M., Muller F., Jemai S.
Physics and Chemistry of Minerals 30 (2003) (6) 366-372 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069459
Paleomagnetic of Upper Jurassic to Lower Cretecous volcanic and sedimentary rocks from the western Tarim abd
implications for inclination shallowing and absolute dating of the M0 (ISEA) chron.
Gilder S., Chen Y., Cogné J. P., Tan X., Courtillot V., Sun D., Li Y.
Earth and Planetary Science Letters 206 (2003) 587-600 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069402
Relations between Au / Sn-W mineralizations and late hercynian granite: Preliminary results from the Schistose
Domain of Galicia-Trás-os-Montes Zone, Spain.
Gloaguen E., Chauvet A., Branquet Y., Gerbeaud O., Ramboz C., Bouchot V., Lerouge C., Monié P., Cathelineau
M., Boiron M.C. et al
Mineral Exploration and Sustainable Development 1 (2003) 271-274 - http://hal.archives-ouvertes.fr/ccsd-00107922
A first palaeomagnetic study of Jurassic formations from the Qaidam basin, Northeastern Tibet, China-tectonic
implications.
Halim N., Chen Y., Cogné J.P.
Geophysical Journal International 153 (2003) 20-26 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069374
BNa–BLi solid-solution in A-site-vacant amphiboles: synthesis and cation
clinoferroholmquistite–riebeckite join.
Iezzi G., Della Ventura G., Camara F., Pedrazzi G., Robert J.-L.
ordering
along
the
ferri-
Synthesis and characterisation of ferri-ferroholmquistite, oLi2(Fe2+3Fe3+2)Si8O22(OH)2
Iezzi G., Della Ventura G., Pedrazzi G., Robert J.-L., Oberti R.
European journal of mineralogy 15 (2003) 321-327 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069408
Chemical-structural characterization of solvent and thermal extractable material from perhydrous vitrinites.
José Iglesiasa M., Carlos Del Río J., Laggoun-Défarge F., José Cuestad M., Suárez-Ruiz I.
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 68-69 (2003) 387-407 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069296
The melilite (Gh50) skarns of Oravita, Banat, Romania: transition to gehlenite (Gh85) and to vesuvianite.
Katona I., Pascal M.-L., Fonteilles M., Verkaeren J.
The Canadian mineralogist 41 (2003) 1255 1270 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069297
Coking properties of perhydrous low-rank vitrains. Influence of pyrolysis conditions.
Laggoun-Défarge F., Rouzaud J.-N., José Iglesias M., Suarez-Ruiz I., Buillit N., Disnar J.-R.
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 67 (2003) (2) 263-276 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069369
Late Paleozoic strike-slip shear zones in eastern central Asia (NW China): New structural and geochronological data.
Laurent-Charvet S., Charvet J., Monié P., Shu L. S.
Tectonics 22 (2003) 2, 1009 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091070
A late jurassic paleomagnetic study in southwestern border of Tarim Basin.
Li Y., Chen Y., Cogné J.P., Sun D.
Journal of Geology (Chinese) 2 (2003) 15-30 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091081
Tectonic evolution of the Diabeshan and exhumation of ultra-high pressure metamorphism.
Lin W., Wang Q., Faure M., Shu L. S., Shärer U.
Acta Geologica Sinica 77 (2003) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091131
15
Tectonic implications of new Late Cretaceous paleomagnetic constraints from Eastern Liaoning Peninsula, NE China.
Lin W., Chen Y., Faure M., Wang Q.
Journal of Geophysical Research 108 (2003) (B6) 2313 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069362
The composition of sedimentary organic matter in relation to the dynamic features of the mangrove-fringed coast in
French Guiana.
Marchand C., Lallier-Vergès E., Baltzer F.
Estuarine Coastal and Shelf Science 56 (2003) 119-130 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069448
Decompression experiments as an insight into ascent rates of silicic magmas.
Martel C., Schmidt B. C.
Contribution to Mineralogy and Petrology 144 (2003) 397-415 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069447
Late Ordovician glaciation in southern Turkey
Monod O., Kozlu H., Ghienne J.-F., T. Dean W., Günay Y., Le Hérissé A., Paris F., Robardet M.
Terra Nova 15 (2003) (4) 249-257 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069434
The Guyana and the West-African shield paleoproterozoic groupin : new paleomagnetic data from French Guyana
and the Ivory-Coast.
Nomade S., Chen Y., Pouclet A., Féraud G., Théveniaut H., Daouda B., Vidal M., Rigollet C.
Geophysical Journal International 154 (2003) (3) 677-694 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069356
Organic matter characteristics of Cenomanian-Turonian source rocks: Implications for petroleum and gas exploration
onshore Senegal.
Nzoussi - Mbassani P., Disnar J.-R., Laggoun-Défarge F.
Marine and petroleum geology 20 (2003) 411-427 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069477
A new geodynamic interpretation for the South Portuguese Zone (SW Iberia) and the Iberian Pyrite Belt genesis.
Onézime J., Charvet J., Faure M., Bourdier J.-L., Chauvet A.
Tectonics 22 (2003) (4) 1027 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069446
Modeling X-ray diffraction by malellar structures composed of electrically charged layers.
Plançon A.
Journal of Applied Crystallography 36 (2003) 146-153 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069442
Experimental Constraints on the Origin of the 1991 Pinatubo Dacite
Prouteau G., Scaillet B.
Origin of compositional differences in organic matter abundance and oil potential of cherty and clayey Cenomanian
black levels in the Umbria-Marche basin (Italy).
Salmon V., Derenne S., Lallier-Vergès E., Connan J., Kahn-Harari A., Largeau C.
Electrical resistivity imaging for detecting soil cracking at the centimetric scale.
Samouëlian A., Cousin I., Richard G., Tabbagh A., Bruand A.
Soil Science Society of America journal 67 (2003) 1319-1326 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069359
Distribution of Si and Al in Clintonites: A combined NMR and Monte Carlo Study.
Sanz J., Herrero C.P., Robert J.-L.
Journal of Physical Chemistry 107(33) (2003) 8337-8342 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069278
Petrological and volcanological constraints on volcanic sulfur emissions to the atmosphere
Scaillet B., Luhr J. F., Carroll M. R., Robock A., Oppenheimer C.
Geophysical Monograph 139 (2003) 11-40 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00089911
Experimental Constraints on the Relationships between Peralkaline Rhyolites of the Kenya Rift Valley.
16
Magnetic fabrics and fluid flow directions in hydrothermal systems. A case study in the Chaillac Ba-F-Fe deposit
(France).
Sizaret S., Chen Y., Chauvet A., Marcoux E., Touray J.-C.
Earth and Planetary Science Letters 203 (2003) (3-4) 555-570 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069414
Nationales
2006
La croissance des pyrocarbones.
Bourrat X., Vallerot J.-M., Langlais F., Vignoles G. L.
L’Actualité Chimique 295-296 (2006) 1-5 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00092033
Méthode de sondage géochimique des systèmes aquifères à l’aide des lanthanides naturels et de leurs complexes
EDTA : Cas de l’aquifère du Val d’Orléans.
Le Borgne F., Treuil M., Joron J.-L., Lepiller M.
Bulletin Société Géologique de France Article in press (2006) 1 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091017
Hydrogeochemical balance sheet of natural and anthropogenic impacts onto Orleans valley karstic network performed
with major elements : the “dynamic confinement” model quantification.
Le Borgne F., Treuil M., Joron J.-L., Lepiller M.
Bulletin Société Géologique de France 177 (2006) N°1, 37-50 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022644
Development of fractal geometry in a one-dimensional gravitational system Développement de la géométrie fractale
dans un système gravitationnel à une dimension.
Miller B. N., Rouet J.-L.
Comptes Rendus Physique 7 (2006) 383-390 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068907
Geodynamic setting of the Birimian volcanism in central Ivory Coast (western Africa) and its place in the
Palaeoproterozoic evolution of the Man Shield.
Pouclet A., Doumbia S., Vidal M.
Bulletin Société Géologique de France 2 (2006) 105-121 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023637
Modèle de formation du gisement d’argent d’Imiter (Anti-Atlas oriental, Maroc). Nouveaux apports de l’analyse
structurale et minéralogique. Model of formation of the Imiter silver deposit (eastern Anti-Atlas, Morocco). New
structural and mineralogical constraints .
Tuduri J., Chauvet A., Ennaciri A., Barbanson L.
Comptes rendus Geoscience 338 (2006) 4, 253-261 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023638
2005
Premiers Résultats de Validation des Classes de Pédotransfert établies à partir de la Base de Données SOLHYDRO
1.0 : Application à des sols de la Région Centre.
Al Majou H., Bruand A., Nicoullaud B., Duval O., Dupont J.
Etude et Gestion des Sols 12 (2005) 3, 221-228. - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068789
Constraints on the ore fluids in the Sando Alcalde Ausingle bondAg epithermal deposit, southwestern Peru: fluid
inclusions and stable isotope data Contraintes sur les fluides minéralisateurs du gisement Ausingle bondAg de Sando
Alcalde, Sud-Ouest du Pérou : données des inclusions fluides et des isotopes stables.
André-Mayer A.-S., Bailly L., Lerouge C., Chauvet A., Leroy J., Marcoux E.
Comptes Rendus Geoscience 337 (2005) 8, 745-753 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00096188
Les facteurs principaux de l’évolution des milieux riverains du Mouhoun près de Boromo (Burkina Faso) : changement
climatique ou dégradation anthropique ?
Aurouet A., Devineau J.L., Vidal M.
Science Planétaire - Sécheresse 16 (2005) 3, 199-207 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00092448
Toward conditions favourable to mobility of trace elements in soils.
Bruand A.
Comptes rendus Geoscience 337 (2005) 549-550 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023345
17
Relations between organic and terrigenous matter deposition in Holocene fluvial sediments: heterodox observations
and conclusions.
Macaire J.-J., Di Giovanni C., Hinschberger F.
Le gisement Agsingle bondHg de Zgounder (Jebel Siroua, Anti-Atlas, Maroc) : un épithermal néoprotérozoïque de
type Imiter The Agsingle bondHg Zgounder ore deposit (Jebel Siroua, Anti-Atlas, Morocco): a Neoproterozoic
epithermal mineralization of the Imiter type.
Marcoux E., Wadjinny A.
Comptes Rendus Geoscience 337 (2005) 16, 1439-1446 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00096204
Estimation of the maximum burial palaeotemperature for Toarcian and Callovo-Oxfordian samples in the central part
of the Paris Basin using organic markers.
Ménétrier C., Élie M., Martinez L., Le Solleuz A., Disnar J.-R., Robin C., Guillocheau F., Rigollet C.
Role of fluorine in the transfer of Be and the formation of beryl deposits: a thermodynamic model.
Ramboz C.
Comptes rendus Geoscience 337 (2005) 639-640 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023371
2004
Radiolarian Cretaceous age of Soulabest radiolarites in ophiolite suite of Eastern Iran.
Babazadeh S. A., De Wever P.
Bulletin Société Géologique de France 175 (2004) 2 121-129 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023877
Estimation des propriétés de rétention en eau des sols à partir de la base de données SOLHYDRO : Une première
proposition combianant le type d’horizon, sa texture et sa densité apparente.
Bruand A., Duval O., Cousin I.
Etude et Gestion des Sols 11 (2004) 3, 323-334 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00089032
Successive shearing tectonics during the Hercynian collisional evolution of the southwestern French Massif Central.
Duguet M., Faure M.
Bulletin de la Société géologique de France 175 (2004) 1, 49-59 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023898
Late Hercynian leucogranites modelling as deduced from new gravity data : the example of the Millevaches massif
(Massif Central, France).
Gébelin A., Martelet G., Faure M., Rossi P.
Bulletin de la Société géologique de France 175 (2004) 3, 239-248 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023850
Prédiction des propriétés de rétention en eau des sols d’un bassin versant à l’aide de fonctions de pédotransfert :
influence de la densité apparente et de la teneur en éléments grossiers
Morvan X., Bruand A., Cousin I., Roque J., Baran N., Mouvet C.
Etude et Gestion des Sols 11 (2004) 117-135 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00071074
Découverte d’un diatrème de kimberlite diamantifère à Séguéla en Côte-d’Ivoire.
Pouclet A., Allialy M., Daouda-Yao B., Esso B.
Comptes rendus de l’Académie des sciences. Série 2. Sciences de la terre et des planètes 336 (2004) 1, 9-17 http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00023894
Détermination indirecte des limites d’Atterberg par gravimétrie dynamique.
Proust C., Jullien A., Le Forestier L.
Comptes rendus Geoscience 336 (2004) 14 1233-1238 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068304
Contrôle structural du partage de Rb entre fluide et micas potassiques dans les pegmatites du Brésil. Quéméneur J.,
Volfinger M., Azevedo L.
Comptes rendus. Geoscience 336 (2004) 117-124 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00068290
Travail du sol, structure et fonctionnement hydrique du sol en régime d’évaporation.
Richard G., Sillon J.F., Cousin I., Bruand A.
18
Direct analysis of microaggregates shrinkage for drying: Application to microaggregates from a Brasilian clayey
Ferralsol.
Volland-Tuduri N., Brossard M., Bruand A., Garreau H.
Comptes rendus Geoscience 336 (2004) N°11, 1017-102 4 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00022694
2003
Les minéralisations Cu-(Ni-Bi-U-Au-Ag) d’Ifri (district du haut Seksaoua, Maroc) : apport de l’étude texturale au débat
syngenèse versus épigenèse. The Cu---(Ni---Bi---U---Au---Ag) mineralization of Ifri (‘Haut Seksaoua’ district,
Morocco): contribution of a textural study to the discussion syngenetic versus epigenetic.
Barbanson L., Chauvet A., Gaouzi A., Badra L., Mechiche M., Touray J.-C., Oukarou S.
Comptes Rendus Geoscience 335 (2003) 1021-1029 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069476
Impacts multi-échelles d’un échange (Mg, Ca)-Pb et ses conséquences sur l’augmentation de la perméabilité d’une
bentonite.
Jozja N., Baillif P., Touray J.-C., Pons C.-H., Muller F., Burgevin C.
Comptes Rendus Geoscience 335 (2003) 729-736 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00069451
Rôle des propriétés physiques des sols et de leur variabilité sur les flux d’eau.
King D., Bruand A., Cousin I., Hollis J.
Etude des phénomènes de transfert de métaux lourds dans une smectite.
Pothier C., Jullien A., Proust C., Lecomte P.
Revue Française de Géotechnique 103 (2003) 33-42 - http://hal.ccsd.cnrs.fr/ccsd-00091124
19
DOCUMENT 5
Station de Radioastronomie de Nançay
2007-2010
SOMMAIRE
1 -
Rapport scientifique concis et prospective pour les 4 prochaines années
1
Instruments du site
1
Radio-Télescope décimétrique (RT)
1
Radio-Héliographe (RH)
2
Réseau Décamétrique (RD)
3
Antenne TBF
3
R&D et projets internationaux
5
R&D « Traitement des interférences »
5
R&D « ASIC pour l’astronomie basse fréquence »
6
FASR
7
LOFAR
7
SKA et SKADS
8
2-
Positionnement de l’Unité en France et en Europe
3-
Déclaration de politique scientifique pour la période 2007-2010
9
10
1 - Rapport scientifique concis et prospective pour les 4 prochaines années
Pour les années à venir, l’activité de la Station se poursuivra, comme pendant les quatre années passées, dans le
cadre de deux missions essentielles :
-
une mission de station d’observation consistant en l’opération technique et en l’exploitation scientifique
des instruments du site de Nançay,
-
une mission de laboratoire instrumental, centrée sur des actions de recherche et de développement visant
à permettre la participation aux grands projets internationaux de « radiotélescopes du futur ».
Des moyens croissants ont été et devront dans le futur être consacrés à cette nouvelle mission de laboratoire
instrumental. Il faut cependant noter le caractère complémentaire de ces deux missions : outre leur contribution à la
recherche astrophysique, les instruments du site sont appelés à jouer un nouveau rôle essentiel, comme bancs de
test des matériels et logiciels développés dans la perspective des projets futurs.
Instruments du site
Les instruments du site de Nançay sont arrivés à leur maturité, grâce à une série d’opérations de jouvence et de
remise à jour. Chacun de ces instruments présente des spécificités souvent uniques sur le plan mondial, qui lui
confèrent aujourd’hui encore un intérêt scientifique certain reconnu par les communautés scientifiques française et
internationale concernées.
Radio-Télescope décimétrique (RT)
La rénovation du RT dans le cadre du projet FORT (Foyer Optimisé du Radio-Télescope décimétrique) date de la
fin de l’année 2000. L’instrument rénové a été ouvert aux programmes de recherche nationaux et internationaux début
2001. Ses performances ont été nettement améliorées en terme de sensibilité, de couverture en fréquence et de
mesure de la polarisation : elles en font un instrument idéal dans le domaine décimétrique pour des mesures
systématiques, à long terme et/ou sur de grands échantillons. Les spécificités et les performances du RT ont permis
d’attirer depuis 2001 un total de plus de 130 chercheurs, dont environ 50% de chercheurs étrangers. Dans de
nombreux programmes d’observation, le RT se révèle complémentaire d’autres instruments fonctionnant en radio ou à
d’autres longueurs d’onde.
Les efforts des équipes techniques de la Station ont permis d’atteindre un fonctionnement presque systématique,
avec un taux de fiabilité supérieur à 70%. Il faut souligner que ces résultats ont été obtenus alors que des départs en
retraite non remplacés ont réduit le nombre d’opérateurs de 7 à 5 équivalents temps plein, imposant le recours partiel
à des périodes de fonctionnement automatique.
Un nouveau récepteur spécifique à l’observation des pulsars a été mis en œuvre dans le cadre de la mesure 4 du
CIADT de 1998, et renforce ainsi le potentiel du RT pour l’observation de ces objets. Le RT est également connecté
au nouveau récepteur numérique « Reconquête du Domaine Hertzien » (RDH) : il joue ainsi un rôle essentiel dans le
test des performances de ce récepteur et dans l’élaboration des spécifications des algorithmes qui doivent y être
implantés. A terme, le RT fera partie des instruments connectés en routine au récepteur RDH..
Figure 1. Structure spatiale du vent HI de l’étoile EP Aqr, cartographiée avec le RT.
1
Les premières résultats utilisant des données obtenues avec le nouveau système ont été publiés dès la fin de
l’année 2001. Parmi les résultats récents les plus marquants figurent la découverte et l’étude des propriétés physiques
d’enveloppes gazeuses composées d’hydrogène atomique très froid autour des étoiles géantes de la branche
asymptotique (Figure 1), et la première détection d’un « glitch » autour d’un pulsar à très courte période.
L’équipe scientifique et technique du RT participe à plusieurs des « activités de réseau » du réseau
ème
d’infrastructures RadioNet, reconnu par l’Union Européenne dans le cadre du 6
PCRD. Ces activités permettent
aux différents observatoires radio-astronomiques européens de définir et de mettre en place des modes de travail
communs pour l’exploitation des instruments, l’accueil des utilisateurs et le traitement des données. Actuellement, le
RT n’est pas inclus dans le programme « d’Accès Transnational » de RadioNet dans le cadre du programme FP6,
malgré son ouverture remarquable vers les programmes d’observations proposés par les radioastronomes étrangers
et en particulier européens. Les nombreuses évolutions récentes devraient permettre de corriger ceci pour le futur
programme européen FP7.
Par ailleurs une prospective est en cours qui doit donner lieu à un livre blanc et à un colloque international au
printemps 2007, pour définir les programmes prioritaires pour les 4 années a venir.
Radio-Héliographe (RH)
La grande fiabilité du RH a permis son exploitation systématique et la mise à disposition de ces données à
l’ensemble de la communauté solaire via la base de données BASS2000. Le RH reste le seul instrument à fournir de
manière systématique et à haute cadence des images de la couronne solaire dans le domaine métrique, et joue à ce
titre un rôle essentiel comme support sol des missions spatiales SOHO, Ulysses, ACE, RHESSI, et dans l’avenir
Stereo et Solar B. Des traitements d’image élaborés permettent maintenant l’étude radio des éjections de masse
coronales, facilitée par l’utilisation de 4 nouvelles antennes opérationnelles depuis 2004 (projet « anti-aliasing »).
Parmi les résultats scientifiques obtenus ces dernières années, on peut citer :
-
en physique solaire, la mise en évidence de relations étroites entre éruptions solaires et éjections de
masse coronale (Figure 2),
-
dans le domaine de l’étude des relations Soleil-Terre, l’observation de la corrélation entre les phénomènes
actifs dans la couronne solaire et des modifications de la dynamique ionosphérique détectées grâce aux
radars SuperDARN.
Figure 2. Visualisation d’une éjection de masse coronale (SoHO/LASCO/C2),
superposée aux sources radio observées par le RH dans tout le complexe actif.
Pour les années 2007-2010, le RH doit servir de support sol à la mission STEREO de la NASA comprenant deux
satellites pour l’observation du Soleil et qui a été lancée avec succès à la fin de l’année 2006.
Après le début des opérations de FASR aux Etats-Unis à l’horizon 2008-2010, le développement des programmes
de « météorologie de l’espace » pourrait justifier l’exploitation d’instruments analogues ou identiques à d’autres
longitudes, en particulier en France et en Asie. Le site de Nançay et le RH revêtiront évidemment dans ce cadre un
intérêt stratégique.
2
Réseau Décamétrique (RD)
Grâce à l’automatisation complète de la conduite de ses observations, le RD permet un suivi systématique des
émissions décamétriques en provenance de la couronne solaire et de la magnétosphère jovienne. Ces données à très
haute résolution fréquentielle et temporelle sont complémentaires des données spatiales acquises par les missions
spatiales solaires, mais aussi planétaires comme Wind et Galileo.
Le RD est l’un des instruments de la Station connecté au nouveau récepteur numérique « Reconquête », qui lui
permet d’effectuer des observations à très haute résolution temporelle et/ou fréquentielle. Il est prévu d’implanter dans
ce récepteur des algorithmes spécifiques permettant la reconnaissance automatique des émissions impulsives en
provenance de Jupiter et de son satellite Io. Un contrat INTAS prévoit la réalisation de récepteurs similaires qui seront
implantés sur des radiotélescopes décamétriques situés en Ukraine.
Les performances des antennes log-périodiques se révèlent bien adaptées à la détection des ondes radio
produites par les « gerbes cosmiques ». Une coopération a été mise en place avec le laboratoire SUBATECH
(Université de Nantes, IN2P3) pour valider cette technique très prometteuse.
Les données solaires du RD sont maintenant archivées sur BASS2000. Les données solaires du RD serviront
aussi de support à la mission STEREO pour les années 2007-2010. Une base de données couvrant actuellement 7
ans d’observation des émissions décamétriques de Jupiter a permis de distinguer pour la première fois 2 types
d'émission radio "Io-Jupiter", associés à 2 processus physiques différents (Figure 3). Ce résultat résout une
incohérence de longue date entre les mesures radio, UV, IR, et les modèles de champ magnétique de Jupiter.
Figure 3. Mise en évidence statistique de deux types d’émissions radio « IoJupiter » à partir des données du RD.
Antenne TBF
En 2003, un réseau mondial d’antennes VLF (Very Low Frequency, en français TBF pour Très Basse Fréquence)
a été constitué pour contribuer au suivi systématique de l’environnement ionisé terrestre et des différentes émissions
radio-électriques qui y prennent naissance. Contacté par les responsables américains de ce projet, le LPCE (Orléans)
a étudié différents sites possibles pour l’implantation d’une telle antenne en France. C’est finalement le site de Nançay
qui a été retenu, en raison de la qualité de son environnement radio-électrique, de ses infrastructures (électricité,
réseau informatique, etc.), et de ses équipes techniques.
L’antenne TBF de Nançay fonctionne soit en routine, soit dans le cadre de campagnes d’acquisition à haut débit.
En 2003 et 2004, l’antenne a participé à des campagnes d’observation des émissions radio associées aux « sprites »,
phénomènes lumineux observés dans des zones orageuses, à l’interface entre l’ionosphère et la basse atmosphère
terrestres (Figure 4).
Cette antenne foncctionnera dans le cadre de campagnes de mesure au sol associées au futur microsatellite du
CNES TARANIS dédié à l’étude des « sprites ». C’est une activité scientifiquement complémentaire de l’expérience
CODALEMA (coir plus bs) dédiée à la mesure de la contrepartie radio des gerbes cosmiques.
3
Figure 4. Emission détectée par l’antenne TBF en liaison avec un « sprite »
observé au-dessus des Pyrénées en 2003.
Astroparticules : expérience CODALEMA
En 2001, une collaboration a été initiée avec le laboratoire SUBATECH (Université de Nantes, IN2P3) dans le
domaine des astroparticules. Son objectif est d’identifier les impulsions électriques produites par les « gerbes
cosmiques », c’est-à-dire par le déplacement du front ionisé associé à la cascade de particules produite par les rayons
cosmiques de très haute énergie (jusqu’à 1 J !!!). Des études théoriques datant des années 1960 et 1970 suggèrent
que les signaux à détecter consistent en des impulsions durant environ 1 µs, avec une amplitude de l’ordre de 1 µV
-1
m . Les progrès expérimentaux laissent entrevoir la possibilité de détecter de telles impulsions, et plus difficile encore
de les distinguer des émissions d’origine astronomique ou géophysique, ou induites par l’activité humaine avec
lesquelles elles peuvent être confondues. Les avantages essentiels de cette technique sont :
-
la possibilité de détecter des gerbes dans un grand volume d’espace autour de l’instrument, et non pas
seulement lorsqu’elles touchent directement le détecteur,
-
l’accès à la direction d’arrivée et à l’énergie des particules primaires, avec un intérêt évident pour la
compréhension de leur origine.
Un dispositif expérimental complexe s’est graduellement mis en place depuis 2003 à Nançay, dans le cadre de
l’expérience CODALEMA (« COsmic Detection Array with Logarithmic ElectroMagnetic Antenna »). Ce dispositif
comprend actuellement :
-
12 antennes du RD,
-
un alignement supplémentaire d’antennes log-périodiques récemment construites (2 antennes, bientôt 8
antennes sur une longueur de 800 m),
-
7 scintillateurs du type AUGER, prêtés par le LAL (Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire, Orsay).
Ces différents éléments sont raccordés à un dispositif électronique permettant de détecter les coïncidences entre
les impulsions observées sur les différents signaux, et le cas échéant de reconstruire la direction d’arrivée des
particules qui les auraient produites. Un très lourd travail d’analyse et de compréhension de chacun des éléments
expérimentaux permet maintenant de discriminer la quasi-totalité des événements aléatoires qui sont fréquemment
détectés : actuellement on observe environ une coïncidence par minute, valeur suffisamment faible pour permettre à
terme une analyse statistique, incontournable pour pouvoir affirmer avec certitude que des gerbes cosmiques ont ou
n’ont pas été observées (Figure 5).
4
Figure 5. Exemple de signaux observés en coïncidence entre antennes radio et
scintillateurs.
La validation de cette technique ouvrirait la perspective de la construction d’instruments de beaucoup plus grande
ampleur, capables de détecter les particules dans un très grand volume, et éventuellement implantés près de
détecteurs de particules comme AUGER. On peut envisager d’utiliser l’instrument LOFAR qui offre l’avantage d’une
très grande sensibilité, même si son électronique de réception devrait sans doute être adaptée aux besoins
spécifiques de la radio-détection des gerbes cosmiques.
R&D et projets internationaux
R&D « Traitement des interférences »
Le développement des activités humaines et de la pollution radio-électrique qui leur est associée nécessite des
développements toujours plus complexes pour tenter de s’affranchir des interférences, souvent beaucoup plus
intenses que les signaux radio-astronomiques. L’ambition des projets futurs en terme de sensibilité et de résolution
spectrale renforce encore cette nécessité.
Les travaux dans ce domaine à Nançay ont connu une avancée notable avec la mise en œuvre du récepteur
numérique « Reconquête du Domaine Hertzien » (RDH). Financé par le CIADT, ce récepteur se distingue par sa très
grande dynamique (70 dB), qui lui permet « d’encaisser » des signaux intenses sans déformation de sa réponse. Il
inclut également des composants programmables (FPGA, DSP) qui permettent d’y implanter des algorithmes
complexes de traitement du signal et des interférences.
La réalisation matérielle du récepteur s’est achevée dans le courant de l’année 2003. L’année 2004 a permis d’y
implanter plusieurs algorithmes d’analyse spectrale adaptés aux différents modes d’observation souhaités, et un
algorithme d’élimination en temps réel des interférences basé sur l’application d’un seuil de puissance : il a ainsi été
possible d’observer avec le RT des objets astronomiques qui n’étaient plus détectables depuis plusieurs années en
raison des émissions de la constellation de satellites de télécommunications Iridium (Figure 6). A terme, il est prévu
d’utiliser le récepteur RDH en routine pour les observations du RT, mais aussi du RD et de l’antenne de surveillance
radio-électrique.
Figure 6. Exemple de masquage temps-fréquence d’un émetteur Iridium en
bande décimétrique. (Haut) La présence de l’émetteur rend inexploitable le
spectre sans masquage. En rouge, le spectre attendu pour l’objet que l’on
souhaite observer (megamaser OH III Zw 35), mais qui est caché par Iridium.
5
(Bas) Zoom après masquage. Le critère de puissance utilisé permet de
conserver 97.5% de l’information tout en éliminant les pics dus au brouilleur.
Parallèlement, des travaux fondamentaux sur les algorithmes de traitement des interférences sont conduits en
collaboration avec le LESI. Ils concernent en particulier les signaux dits cyclostationnaires, comme ceux émis par les
satellites Iridium et GPS. Grâce à leurs caractéristiques spectro-temporelles spécifiques, ces signaux peuvent être
détectés et éliminés indépendamment de leur amplitude. La Station de Nançay et ses partenaires sont en pointe dans
l’application de cette méthode à la radioastronomie. De plus ce type de traitement est complémentaire des méthodes
dites de « formation de faisceaux » (beamforming) et est donc susceptible d’être intégré dans les chaînes de réception
des projets FASR, LOFAR et SKA.
Cette R&D a bénéficié d’un soutien de l’INSU en 2003 et 2004. L’équipe impliquée dans ces travaux a été
fortement renforcée depuis 2 ans avec le recrutement de deux étudiants en thèse (1 thèse effectuée au LESI sur une
bourse MENRT ; 1 thèse effectuée à Nançay avec une co-tutelle LESIA/LESI/USN et un co-financement de
l’Observatoire de Paris et du FSE), et d’un IR électronicien. Les besoins en traitement du signal autour des projets de
radiotélescopes du futur restent cependant importants, et le recours à des actions de formation et/ou à des
recrutements supplémentaires semble nécessaire.
R&D « ASIC pour l’astronomie basse fréquence »
Cette R&D a débuté en 2003. Son but est l'étude et le développement de RFIC (Radio Frequency Integrated
Circuit) pour réaliser tout ou partie des têtes de réception des radiotélescopes de prochaine génération. Ces
instruments devraient en effet avoir le point commun d’être constitués d’un très grands nombres d’antennes
élémentaires, nécessitant parfois jusqu’à plusieurs millions de têtes de réception. Le recours aux ASIC s’impose alors
pour des considérations de réduction de coût et de fiabilité du processus de fabrication.
Ces ASIC intégreront tout ou partie des fonctions d’amplification, de filtrage, de conversion de fréquence, voire de
conversion analogique/numérique. Les principales étapes de la R&D sont donc :
-
de développer des ASIC spécifiques à chacune de ces fonctions, et cela dans différentes technologies (AsGa,
SiGe, …),
-
de comparer les résultats obtenus lors de cette première phase et de retenir la technologie la plus performante
et intégrant un maximum de fonctions.
Figure 7. Facteur de bruit simulé et mesuré pour un amplificateur 100 MHz 2GHz.
Un programme de travail a été établi en coopération avec le LPCE et avec l’IRCOM (département STIC, Limoges).
L’accent essentiel a été mis sur les spécifications associées au projet SKA. Les premiers résultats obtenus ont permis
d’identifier des architectures de circuits prometteuses dans le domaine de l’amplification et du filtrage (Figure 7), mais
ont aussi mis en évidence la nécessité de disposer de technologies très performantes, en particulier pour l’intégration
de composants passifs. Un accord de coopération est en cours d’élaboration avec Philips (Caen).
Cette action a bénéficié d'un financement INSU en 2003 et 2004. L’équipe-projet a été renforcée avec le
recrutement d’un IR électronicien (CDD de 2 ans financé depuis janvier 2004 par le FSE). Une thèse en co-tutelle
avec l’IRCOM a débuté en novembre 2004 grâce à une bourse BDI co-financée par le CNRS et la Région Centre.
Les moyens de conception et de simulation utilisés pour cette action sont mutualisés au sein de l’Axe de Microélectronique Appliquée en Région Centre, dont le Service Commun est localisé à Nançay. Depuis la mise en place
opérationnelle de l’Axe, l’essentiel des activités de ce Service Commun a été lié aux projets de l’Unité dans le
domaine de la radioastronomie au sol. Au cours des années à venir, les besoins associés aux projets des autres
partenaires de l’Axe (en particulier les projets spatiaux du LPCE) vont inévitablement augmenter. Dans ces conditions,
on peut craindre des difficultés dans la définition du plan de charge de l’IE micro-électronicien recruté sur un poste
CNRS en 2002, qui est à l’heure actuelle le seul personnel permanent possédant les compétences requises pour
définir le lay-out des circuits et assurer le suivi des relations avec les fondeurs. Un recrutement supplémentaire
pourrait alors se révéler nécessaire.
6
Les deux activités de R&D « traitement des interférences » et « ASIC pour l’astronomie basse fréquence » ont
préfiguré les études plus spécifiques menées dans le cadre des radiotélescopes du futur, FASR et SKA en particulier.
FASR
FASR (Frequency Agile Solar Radiotelescope) est un projet de radio-héliographe à très hautes performances, en
particulier en termes de couverture et de résolution fréquentielle. Il permettra aux scientifiques d’observer pour la
première fois le Soleil avec une couverture simultanée de la totalité de la gamme 0.1-30 GHz. Ses mesures de
polarisation permettront également d’accéder aux propriétés du champ magnétique dans la chromosphère et dans la
couronne solaire.
Figure 8. Vue d’artiste de l’instrument FASR.
FASR est un projet américain, l’instrument sera d’ailleurs implanté aux Etats-Unis. Cependant, les compétences
scientifique et techniques de la communauté radio-astronomique solaire française semblent incontournables pour la
réalisation de la partie basse fréquence de l’instrument. Le calendrier du projet prévoit actuellement la finalisation du
PDD (Project Definition Document) en 2005, et le démarrage de la construction de l’instrument en 2006.
Actuellement, la participation française au projet consiste en l’étude de la voie numérique qui reliera les antennes
et le corrélateur. Cette sous-système doit effectuer un conditionnement du signal en plusieurs étapes :
(i)
division du signal en bandes de fréquences très étroites,
(ii)
élimination des bandes de fréquences perturbées,
(iii)
reconstitution du signal « propre ».
Cette opération a été soutenue par l’INSU en 2003 à hauteur de 95 k€. Les travaux ont été retardés par des
difficultés dans la mise en place de l’organisation du projet du côté américain, ce qui n’a pas permis de disposer
immédiatement des spécifications nécessaires. Ils bénéficient maintenant du recrutement à Nançay d’un IR
électronicien. Plusieurs options sont possibles pour la suite :
-
utilisation d’algorithmes complexes de traitement des interférences pour l’étape (ii), avec un lien avec la
R&D « Traitement des interférences »,
-
réalisation d’un prototype de la voie d’antenne,
participation à la construction finale de l’instrument, dont le coût total est estimé à 30 M€.
LOFAR
Le projet LOFAR (Low Frequency ARray) consiste en la construction d’un radiotélescope géant, de surface
2
collectrice total de 1 km , dédié à l’observation dans la gamme 10-250 MHz. En fait, compte tenu de sa sensibilité
près de 100 fois supérieure à celle des plus grands instruments actuels, LOFAR permettra de « découvrir l’Univers »
dans cette bande de fréquences, dans laquelle un nombre très limité d’objets relativement proches ont pu être
observés jusqu’ici. L’impact scientifique potentiel de cet instrument non dédié est donc très large.
Initialement, les partenaires majeurs de ce projet étaient les Pays-Bas, les Etats-Unis et l’Australie. Une étude
commune avait démontré que les sites les plus favorables pour implanter l’instrument étaient localisés dans ces deux
derniers pays. A la fin de l’année 2003, le gouvernement des Pays-Bas a décidé d’affecter une somme de 35 M€ au
projet, à la condition que l’instrument soit construit aux Pays-Bas. Le consortium international LOFAR a alors éclaté, et
les Pays-Bas ont décidé de commencer à réaliser l’instrument seuls. La première station d’antennes, ITS
(International Test Station), est opérationnelle depuis le début de l’année 2004 (Figure 9). L’instrument final devrait
comprendre plusieurs centaines de stations, et les Pays-Bas sont à la recherche de partenaires européens
7
pourl’implantatin de station éloignée dans les différents pays européesn, afin d’améliorer la résolution de l’instrument,
par corrélation avec les station « cœur » aux Pays Bas.
Sur le plan technique, il faut noter que LOFAR, tel qu’il est ainsi défini, préfigure sous bien des aspects le concept
que l’Europe utilise pour le démonstrateur SKA dans le cadre SKADS (voir plus loin).
Figure 9. Station test internationale LOFAR/ITS.
Ces événements impliquent un contexte nouveau pour la question d’une possible participation française à LOFAR.
Un projet ambitieux a démarré avec le soutien du Conseil Scientifique de l’Observatoire de Paris (18 k€ en 2004),
consistant à réaliser des mesures corrélées entre la station ITS et le RD de Nançay pour tester la faisabilité
d’observations à très longues lignes de base (VLBI, Very Long Base Interferometry) dans le domaine décamétrique.
De telles observations permettraient d’accéder à une très haute résolution angulaire, environ 1 seconde d’arc à 40
MHz : il serait ainsi par exemple possible d’opérer une cartographie de la magnétosphère de Jupiter. Les premières
mesures ont eu lieu à l’été 2004, elles ont étét complétées par une deuxième campagne pendant l’hiver 2004-2005
avec des moyens plus performants grâce aux financements obtenus.
Le succès de ces mesures VLBI montre l’intérêt de l’implantation en France (à Nançay ) d’une station LOFAR.
L’interêt de la communauté scientifique française dans le projet LOFAR s’est traduit par l’organisation d’un atelier
LOFAR début 2006 et s’est concrétisé par la constitution d’un consortium FLOW (FrenchLOFAR). Une station pourrait
être implantée à Nançay fin 2008 ou début 2009.
Enfin, il faut signaler que la participation d’équipes de l’Unité et des laboratoires associés à des expériences de
VLBI présente un intérêt stratégique pour l’avenir, car elle permet de mettre en oeuvre des techniques dont la maîtrise
sera essentielle pour tirer le meilleur parti des radiotélescopes du futur comme SKA.
SKA et SKADS
SKA (Square Kilometer Array) constitue le projet international majeur en radioastronomie à l’horizon 2015-2020.
2
Caractérisé comme LOFAR par une très grande sensibilité associée à une surface équivalente de 1 km , il couvrira
pour sa part les fréquences comprises entre 0.1 et 20 GHz environ. Il constituera un complément indispensable aux
instruments comme ALMA et le VLT en donnant accès au contenu en hydrogène neutre des galaxies jusqu’à des
distances supérieures à z = 2, avec des mesures simultanées pour des milliers de galaxies. D’autres domaines
d’application scientifique intéressant spécifiquement la communauté française concernent par exemple l’étude des
pulsars et des comètes.
SKA est organisé dans le cadre d’une coopération internationale, coordonnée par l’ISSC (International SKA
Steering Committee). A partir des objectifs définis par la communauté scientifique et des spécifications techniques qui
en résultent, plusieurs consortia étudient les concepts possibles pour la réalisation finale de l’instrument (Figure 10).
Le calendrier actuellement prévu pour le déroulement du projet est le suivant :
Juillet 2005 :
proposition des sites
Mi-2006 :
sélection du site
Janvier 2008:
sélection du concept SKA (à partir des concepts individuels ou de leur combinaison)
2008 :
soumission d’une demande de financement pour la construction d’un démonstrateur de surface égale
à 5% de celle de l’instrument final
2009 :
soumission aux agences nationales des propositions pour la participation à la construction de
l’instrument final
8
2012 :
début de la construction
2015 :
début des opérations
2020 :
opérations à pleines performances
Figure 10. Illustration des différents concepts à l’étude dans le monde pour
réaliser l’instrument SKA.
Le consortium SKA européen (ESKAC, European SKA Consortium) est représenté par plusieurs membres au sein
de l’ISSC. Un MoU formalise le fonctionnement d’ESKAC et la participation des différents pays (dont la France). Ce
MoU permet à ESKAC d’apparaître comme signataire, au nom de ses pays membres, du MoU international qui sera
signé au début de l’année 2005. Grâce à ces deux accords, la France est officiellement représentée au sein d’ESKAC
et de l’ISSC et pourra peser sur les choix stratégiques qui seront opérés au sein de ces deux entités.
La Station de Nançay a participé à l’élaboration d’un dossier d’Etude Préparatoire (Design Study) qui a été soumis
ème
en mars 2004 à la Commission Européenne dans le cadre du 6
PCRD, et dont la négociation finale doit débuter au
début de l’année 2005. L’objectif de cette Etude Préparatoire (SKADS) est de réaliser un démonstrateur du concept
SKA européen (EMBRACE, pour « European Multi-Beam Radio-Astronomy ConcEpt »), de montrer ses performances
et avantages spécifiques, et de s'appuyer sur cette expérience pour affiner le concept qui sera proposé par l'Europe
pour la sélection SKA en 2008. Le budget total proposé pour cette Etude Préparatoire se monte à plus de 35 M€, dont
18 M€ demandés à l’Union Européenne ; les travaux doivent s’étendre sur la période 2005-2009. La participation
française à l’Etude Préparatoire SKA inclut des activités de modélisation numérique, mais aussi des activités
techniques impliquant essentiellement la Station de Nançay, dans les domaines des circuits intégrés et du traitement
des interférences. Il est également prévu d’implanter à Nançay une partie du démonstrateur EMBRACE, l’autre partie
étant située à Westerbork (Pays-Bas).
Au total, environ 25 chercheurs et ingénieurs français sont impliqués dans ces développements, ce qui correspond
à un investissement en salaires supérieur à 2 M€. Le financement européen géré par Nançay pour SKA pour 4 ans
est de 1.5 M€.
De nouvelles coopérations sont mises en place pour conduire ces développements (e. g., IRCOM, Limoges, dans
le domaine des ASIC). A terme, la réalisation du projet SKA impliquera nécessairement des contrats industriels. Des
contacts ont déjà été établis avec plusieurs entreprises françaises du secteur de la micro-électronique (Ommic,
Philips) qui devraient figurer parmi les partenaires de l’Etude Préparatoire SKA.
La participation au projet SKA offre un débouché naturel des investissements et efforts consentis dans le cadre de
la mesure 4 du CIADT de 1998, en particulier dans les domaines de la micro-électronique et du traitement des
interférences. Elle offre des perspectives d’avenir à long terme pour l’activité de la Station de Nançay. En particulier,
l’accueil du démonstrateur EMBRACE à Nançay permettrait :
-
de mettre en place une coopération approfondie et à long terme avec les ingénieurs de nos partenaires
européens, et de renforcer ainsi le pôle de compétences existant à Nançay dans les technologies
électroniques et informatiques de pointe appliquées à la radioastronomie,
-
de fournir aux scientifiques français un accès facile à un instrument dont les principes de fonctionnement
seront très proches de ceux des radiotélescopes de la prochaine génération.
-
2 - Positionnement de l’Unité en France et en Europe
En France
Les collaborations entre l’Unité et les départements scientifiques de l’Observatoire de Paris (essentiellement GEPI
et LESIA) sont multiples ; elles concernent aussi bien les instruments du site que les actions de R&D et la participation
aux projets internationaux. Conscient de l’importance de ces collaborations, encore renforcée dans la perspective des
projets FASR, LOFAR et SKA, l’Observatoire de Paris accorde un soutien très fort à l’Unité, notamment sous forme
de :
-
contribution du Conseil Scientifique (Vice-Président et rapporteurs) à l’élaboration de la stratégie pour une
participation coordonnée aux projets de radiotélescopes du futur,
-
financements récurrents (environ 70 k€/an au titre du soutien de base et 250 k€/an à celui des infrastructures),
9
-
soutiens ponctuels, comme récemment le co-financement avec le FSE d’une bourse de thèse pour la R&D
« Traitement des interférences », ou le financement par le Conseil Scientifique à hauteur de 18 k€ des
expériences de VLBI entre le RD et la station prototype LOFAR.
Par ailleurs, la Station de Nançay a multiplié ces dernières années ses collaborations en Région Centre avec les
laboratoires suivants et dans le cadre des projets suivants :
-
LESI (Université d’Orléans) : R&D Traitement des interférences, FASR,
-
LPCE (UMR du CNRS et de l’Université d’Orléans) : programmes-clés « pulsars » et « dynamique des
galaxies » du RT, micro-satellite DEMETER, Axe Régional de Micro-électronique Appliquée, implantation de
l’antenne TBF,
-
LVR/Pôle capteurs de Bourges (Université d’Orléans) : ASIC pour l’industrie aéronautique, fiabilisation du RT.
Ces collaborations régionales sont bien évidemment fortement soutenues par les collectivités locales
(Département du Cher, Région Centre), très attachées au maintien de l’activité scientifique et technique sur le site :
sans le soutien de ces collectivités, notamment dans le cadre du CIADT de 1998, les évolutions en cours auraient été
impossibles. Il est clair que le maintien et le développement de collaborations régionales revêt une importance
stratégique pour l’obtention des soutiens régionaux qui seront indispensables à la participation de la Station aux
projets de radiotélescopes du futur. A cet égard, l’acceptation par le CNRS du projet de Fédération « Sciences de la
Terre et de l’Univers en Région Centre » apparaît comme une nécessité urgente.
En Europe
La Station de Nançay est partie prenante dans les différentes organisations et instances qui sont actuellement en
place en Europe dans le domaine de la radioastronomie :
ème
-
RadioNet est un des I3 (Integrated Infrastructure Initiative) mis en place dans le cadre du 6
PCRD.
RadioNet vise à coordonner l’activité des différents observatoires radio-astronomiques en Europe, et inclut
des programmes d’Accès Transnational, des Activités de Recherche Commune, et des Activités de Réseau.
ème
PCRD à l’initiative des instituts impliqués dans l’EVN (European VLBI
RadioNet est né pendant le 4
Network, interférométrie à très longue base européenne), ce qui explique sans doute l’échec regrettable de la
tentative d’y inclure l’Accès Transnational au RT de Nançay. La Station et ses équipes associées y sont
toutefois représentés au titre de plusieurs Activités de Réseau.
-
ESKAC est le consortium qui coordonne la participation des pays européens au projet SKA, la France y est
actuellement représentée par un chercheur de l’Observatoire de Paris.
-
Le démarrage de l’Etude Préparatoire SKADS dans le cadre du 6
PCRD impliquera la mise en place d’un
Bureau chargé de la coordination des travaux. Compte tenu du niveau probable de sa participation à SKADS,
la France devrait être représentée à ce bureau.
ème
Cet environnement européen complexe est sans doute amené à évoluer dans les années à venir. Une réflexion en
ce sens a été engagée dans le cadre d’une des Activités de Réseau de RadioNet. Par ailleurs, le CNRS envisage de
proposer à ses partenaires européens la création d’une structure ERANET dont la vocation serait de parler d’une
seule voix pour défendre les projets de l’astronomie en Europe. La mise en place possible d’une telle structure devra
être prise en compte dans la réflexion sur l’organisation de la radioastronomie en Europe.
3 - Déclaration de politique scientifique pour la période 2007-2010
Grâce aux développements conduits dans le cadre de la mesure 4 du CIADT de 1998, la Station de Nançay a
acquis en 2001 et 2002 des moyens et des compétences nouveaux dans des domaines stratégiques pour les
projets de radioastronomie du futur, en particulier en micro-électronique et en traitement des interférences. Cet
effort a été poursuivi depuis dans le cadre d’actions de R&D soutenues par l’Observatoire de Paris et par
l’INSU. Il donne aujourd’hui à la Station et à ses équipes scientifiques associées les moyens de participer
significativement à de très grands projets internationaux comme FASR, LOFAR et SKA.
Le colloque de prospective de l’astronomie française de La-Colle-sur-Loup de 2003 avait abouti aux
conclusions suivantes concernant la Station de Radioastronomie de Nançay :
Garantie d’un bon retour scientifique des instruments du site jusqu'à l’horizon 2008, l’avenir du site audelà de cette date étant à discuter dans le contexte des projets FASR, LOFAR et à plus long terme SKA.
Nécessité d’une coordination des activités dans le domaine de la radioastronomie basse fréquence pour
permettre une participation aux projets FASR, LOFAR et SKA.
Le dernier Comité d’Evaluation de la Station s’est tenu en novembre 2004. Ses recommandations essentielles
ont été les suivantes :
10
-
-
Affiner l’analyse du plan de charge associé à l’exploitation des instruments du site et à la participation aux
grands projets internationaux pour déterminer lesquelles de ces activités sont compatibles avec les
moyens humains et budgétaires disponibles ou prévisibles.
Poursuivre l’activité sur le site avec les priorités suivantes :
•
•
En première priorité : mettre en place des participations concrètes aux projets d’avenir que
représentent SKA, FASR et LOFAR, dans la limite des ressources humaines et financières
disponibles.
En Deuxième Priorité : poursuivre l’exploitation des instruments de la Station, dans les meilleures
conditions possibles, et en privilégiant les activités d’observation et de R&D qui favorisent la
participation des équipes françaises à SKA, FASR et LOFAR.
Il appartient maintenant aux instances compétentes de déterminer, dès le début de l’année 2005, la politique
scientifique de la Station pour les années à venir, à la lumière des recommandations ci-dessus. Le Comité de
Direction Scientifique mis en place fin 2003 dans le cadre des nouveaux statuts de la Station est appelé à jouer
un rôle moteur dans ce processus, en liaison avec le Conseil Scientifique de l’Observatoire de Paris et avec la
Commission des Spécialistes en Astronomie du Département Sciences de l’Univers du CNRS.
11
DOCUMENT 6
Station de Radioastronomie de Nançay
2002 - 2006
Bilan : Articles dans des revues avec comité de lecture (ACL)
Ardouin, D. et al., Radioelectric field features of extensive air showers observed with CODALEMA,
ASTROPART-PHYS.-D-06-00042 (2006) in press, 17p & astro-ph/0608550
Ardouin, D. et al., Radio-detection signature of high-energy cosmic rays by the CODALEMA experiment,
NIMA 555 (2005), 148-163
Aharonian, F et al., "Multi-wavelength observations of 1ES1101-232"
Aharonian, F.; Akhperjanian, A. G.; Bazer-Bachi, A. R.; Beilicke, M.; Benbow, W.; Berge, D.; Bernlˆhr, K.;
Boisson, C.; Bolz, O.; Borrel, V.;and 89 coauthors, "Multi-wavelength observations of PKS 2155-304 with
HESS" 2005A&A 442, 895
Andersen, David R.; Bershady, Matthew A.; Sparke, Linda S.; Gallagher,John S., III; Wilcots, Eric M.; van
Driel, Wim; Monnier-Ragaigne, Delphine "The Photometric and Kinematic Structure of Face-on Disk
Galaxies. I. Sample Definition, H? Integral Field Spectroscopy, and H I Line Widths" 2006 ApJS..166..505A
Ardouin, D. et al., Radio-detection signature of high-energy cosmic rays by the CODALEMA experiment,
NIMA 555 (2005), 148-163
Aurass, H., Klein, K.-L., Zlotnik, E.-Y., & Zaitsev, V.-V., Solar type IV burst spectral fine structures . I.
Observations , Astronomy and Astrophysics , 410, 1001, 2003.
Barrow, C.-H., Lecacheux, A., & MacDowall, R.-J., Jovicentric latitude effect on the HOM radio emission
observed by Ulysses/URAP at 5 AU from Jupiter , Annales Geophysicae , 20, 599, 2002.
Bensch, F., Bergin, E.-A., Bockelee-Morvan, D., Melnick, G.-J., & Biver, N., Submillimeter Wave
Astronomy Satellite Monitoring of the Postperihelion Water Production Rate of Comet C/1999 T1
(MCNaught-Hartley) , Astrophysical Journal , 609, 1164, 2004.
Benz, A.-O., Saint-Hilaire, P., & Vilmer, N., Location of narrowband spikes in solar flares , Astronomy and
Astrophysics , 383, 678, 2002.
Biver, N., Bockelee-Morvan, D., Crovisier, J., Colom, P., Henry, F., Moreno, R., Paubert, G., Despois, D., &
Lis, D.-C., Chemical Composition Diversity Among 24 Comets Observed At Radio Wavelengths , Earth
Moon and Planets , 90, 323, 2002.
Biver, Nicolas; BockelÈe-Morvan, D.; Boissier, J.; Colom, P.; Crovisier, J.; Lecacheux (LESIA, A.; de
Paris), Obs.; Lis (CalTech), D. C.; Parise, B.; Menten (MPIfR), K.; "the Odin team Comparison Of The
Chemical Composition Of Fragments B And C Of Comet 73P/Schwassmann-Wachmann 3 From
Radio Observations." 2006 DPS 38.0302
Blanc, M., Bolton, S., Bradley, J., Burton, M., Cravens, T.-E., Dandouras, I., Dougherty, M.-K., Festou, M.C., Feynman, J., Johnson, R.-E., Gombosi, T.-G., Kurth, W.-S., Liewer, P.-C., Mauk, B.-H., Maurice, S.,
Mitchell, D., Neubauer, F.-M., Richardson, J.-D., Shemansky, D.-E., Sittler, E.-C., Tsurutani, B.-T., Zarka,
P., Esposito, L.-W., Grün, E., Gurnett, D.-A., Kliore, A.-J., Krimigis, S.-M., Southwood, D., Waite, J.-H., &
Young, D.-T. , Magnetospheric and Plasma Science with Cassini-Huygens , Space Science Reviews , 104,
253, 2002.
Bockelee-Morvan, D., Biver, N., Colom, P., Crovisier, J., Festou, M.-C., Henry, F., Lecacheux, A., &
Weaver, H.-A., Radio Investigations Of 19p/Borrelly In Support To The Deep Space 1 Flyby , Earth Moon
and Planets , 90, 459, 2002.
Bockelee-Morvan, D., Biver, N., Colom, P., Crovisier, J., Henry, F., Lecacheux, A., Davies, J.-K., Dent, W.R.-F., & Weaver, H.-A., The outgassing and composition of Comet 19P/Borrelly from radio observations ,
Icarus , 167, 113, 2004.
Bretteil, S., R.Weber, Comparison between two cyclostationary detectors for RFI mitigation in radio
astronomy,Radio Science, 2005
Camillo, Cognard I., et al. 2006, Nature, accepted for publication
-1-
Cecconi, B., and P. Zarka, Direction finding and antenna calibration through analytical inversion of radio
measurements performed using a system of 2 or 3 electric dipole wire antennas, Radio Science, in press,
2004.
Chamaraux, P., & Masnou, J., Spatial distribution of galaxies in the Puppis region , Monthly Notices of the
Royal Astronomical Society , 347, 541, 2004.
Classen, H.T., et al, Relative timing of electron acceleration and injection at solar flares : a case study,
Astronomy and Astrophysics, 409, 309, 2003.
Cognard, I., Backer, D.C., “A micro-glitch in the millisecond pulsar B1821-24 in M82” 2004, ApJL
Cognard, I.; Theureau, G. "The NanÁay Pulsar Instrumentation : The BON Coherent Dedispersor" 2006
IAUJD 2E, 36
Crovisier, J., Bockelee-Morvan, D., Colom, P., Biver, N., Despois, D., Lis, D.-C., & the Team for target-ofopportunity radio observations of comets , The composition of ices in comet C/1995 O1 (Hale-Bopp) from
radio spectroscopy. Further results and upper limits on undetected species , Astronomy and Astrophysics ,
418, 1141, 2004.
Crovisier, J., Colom, P., Gérard, E., Bockelee-Morvan, D., & Bourgois, G., Observations at Nancay of the
OH 18-cm lines in comets. The data base. Observations made from 1982 to 1999 , Astronomy and
Astrophysics , 393, 1053, 2002.
Crovisier, J., Colom, P., Gérard, E., & Bockelee-Morvan, D , Observations of the Oh Radio Lines of Comets
at Nancay - Recent Developments , Earth Moon and Planets , 90, 369, 2002.
Davoust, E.; Contini,T., “Starbursts in barred spiral galaxies. VI. HI observations and the K-band TullyFisher relation” 2004, Astronomy and Astrophysics , 416, 515.
Desmurs, J.-F., Baudry, A., Sivagnanam, P., & Henkel, C., A high-sensitivity OH 5-cm line survey in latetype stars , Astronomy and Astrophysics , 394, 975, 2002.
Etoka, S., Le Squeren, A.-M., & Gerard, E., Detection of 1612 MHz OH emission in the semiregular
variable stars RT Vir, R Crt and W Hya , Astronomy and Astrophysics , 403, L51 2003.
Etoka, S., Le Squeren A-M., "OH spectral evolution of oxygen-rich late-type stars" 2004, Astronomy and
Astrophysics 420, 217.
Farrell, W. M., T. J. Lazio, P.Zarka, T. Bastian, M. D. Desch, and B. P. Ryabov, The Radio Search for
Extrasolar Planets with LOFAR, Planet. Space Sci., 52, 1469-1478, 2004.
Gardan, E.; Gérard, E.; Le Bertre, T. "Atomic hydrogen in asymptotic giant branch circumstellar
environments. A case study: X Her" 2006, MNRAS 365, 245
Gerard, E., & Le Bertre, T., The H I emission profile of RS Cnc , Astronomy and Astrophysics , 397, L17 ,
2003.
Gurnett, D.-A., Kurth, W.-S., Hospodarsky, G.-B., Persoon, A.-M., Zarka, P., Lecacheux, A., Bolton, S.-J.,
Desch, M.-D., Farrell, W.-M., Kaiser, M.-L., Ladreiter, H.-P., Rucker, H.-O., Galopeau, P., Louarn, P.,
Young, D.-T., Pryor, W.-R., & Dougherty, M.-K., Control of Jupiter's radio emission and aurorae by the
solar wind , Nature , 415, 985, 2002.
Hospodarsky, G.-B., Kurth, W.-S., Cecconi, B., Gurnett, D.-A., Kaiser, M.-L., Desch, M.-D., & Zarka, P.,
Simultaneous observations of Jovian quasi-periodic radio emissions by the Galileo and Cassini spacecraft ,
Journal of Geophysical Research (Space Physics) , 9, 2004.
Katarzynski, K., Sol,H., Kus, A.,“The multifrequency variability of Mrk 421” 2003, A&A 410, 101.
Khan, J.-I., Vilmer, N., Saint-Hilaire, P., & Benz, A.-O., The solar coronal origin of a slowly drifting
decimetric-metric pulsation structure , Astronomy and Astrophysics , 388, 363, 2002.
Klassen, A., Pohjolainen, S., & Klein,K.-L., Type II radio precursor and X-ray flare emission , Solar Physics
, 218, 197, 2003.
Klein, K.-L., Krucker, S., & Trottet, G., WIND/3DP and Nancay radioheliographe observations of solar
energetic electron events , Advances in Space Research , 32, 2521, 2003.
-2-
Klein, K.-L., & Mouradian, Z., The dynamics of an erupting prominence , Astronomy and Astrophysics ,
381, 683, 2002.
Klein, K.-L., Schwartz, R.-A., McTiernan, J.-M., Trottet, G., Klassen, A., & Lecacheux, A., An upper limit
of the number and energy of electrons accelerated at an extended coronal shock wave , Astronomy and
Le Bertre, T., & Gerard, E., The circumstellar environments of EP Aqr and Y CVn probed by the H I
emission at 21 cm , Astronomy and Astrophysics , 419, 549, 2004.
Maia, D., Aulanier, G., Wang, S-J., Pick, M., Malherbe, J.M., Delaboudiniere, J-P., Interpretation of a
complex CME event : coupling of scales in multiple flux systemsAstronomy and astrophysics; 2003; Vol.
405 ; Pp. 313 -323.
Maia, D., Pick, M., Revisiting the origin of impulsive electron events : coronal magnetic restructuring, ApJ ;
2004 ; vol 609, p 1082-109.
Maitia, V., Lestrade, J.-F., & Cognard, I., A 3 Year Long Extreme Scattering Event in the Direction of the
Millisecond Pulsar J1643-1224 , Astrophysical Journal , 582, 972, 2003.
Marque, C., Lantos, P., & Delaboudinière, J-P., Multi wavelength investigation of the eruption of a
sigmoidal quiescent filament , Astronomy and Astrophysics , 387, 317, 2002.
Mel'nik, V-N., Konovalenko, A-A., Rucker, H-O., Stanislavsky, A-A., Abranin, E-P., Lecacheux, A., Mann,
G., Warmuth, A., Zaitsev, V-V., Boudjada, M-Y., Dorovskii, V-V., Zaharenko, V-V., Lisachenko, V-N., &
Rosolen, C., Observations of Solar Type II bursts at frequencies 10-30 MHz , Solar Physics , 222, 151, 2004.
Menietti, J. D., D. A. Gurnett, G. B. Hospodarsky, C. A. Higgins, W. S. Kurth, and P.Zarka, Modeling radio
emission attenuation lanes observed by the Galileo and Cassini spacecraft, Planet. Space Sci., 51, 533-540,
2003.
Monnier Ragaigne, D., van Driel, W., Balkowski, C., Schneider, S-E., Jarrett, T-H., & O'Neil, K., A Study
of 2MASS Low Surface Brightness Galaxies , Astrophysics and Space Science , 281, 145, 2002.
Monnier Ragaigne, D., van Driel, W., Schneider, S-E., Balkowski, C., & Jarrett, T-H., A search for Low
Surface Brightness galaxies in the near-infrared. III. Nancay H I line observations , Astronomy and
O'Neil K., Bothun G., van Driel W., Monnier-Ragaigne D., “A new HI catalog of Low Surface Brightness
galaxies out to z=0.1 - Tripling the number of massive LSB galaxies Known”, Accepted by Astronomy and
Astrophysics, astroph/0406505.
Paturel, G., Teerikorpi, P., Theureau, G., Fouqué, P., Musella, I., & Terry, J-N., Calibration of the distance
scale from galactic Cepheids. II. Use of the HIPPARCOS calibration , Astronomy and Astrophysics , 389,
19, 2002.
Paturel, G., Theureau, G., Bottinelli, L., Gouguenheim, L., Coudreau-Durand, N., Hallet, N., & Petit, C.,
HYPERLEDA. II. The homogenized HI data , Astronomy and Astrophysics , 412, 57, 2003.
Paturel, G., Theureau, G., Fouque, P., Terry, J-N., Musella, I., & Ekholm, T., Calibration of the distance
scale from galactic Cepheids. I. Calibration based on the GFG sample , Astronomy and Astrophysics , 383,
398, 2002.
Pick, M., Maia, D., Wang, S-J., Lecacheux, A., & Hawkins, S-E., Solar origin of near-relativistic impulsive
electron events , Advances in Space Research , 32, 2527, 2003.
Pustilnik, S-A., Huchtmeier et al. 2002, A&A 389, 405.
Pustilnik, S-A., Kniazev, A., Pramskij, A., Izotov, Y., Foltz, C., Brosch, N., Martin, J-M., & Ugryumov, A.,
HS 0837+4717 - a metal-deficient blue compact galaxy with large nitrogen excess , Astronomy and
Pustilnik, S.A., Martin, J.-M. "HI study of extremely metal-deficient dwarf galaxies", 2006, A&A accepted
for publication
Ravel, O. et al., Tentative of cosmic ray extensive air showers radio detection by the CODALEMA
experiment, NIM A 518 (2003), 213-215
-3-
Ravel, O., Dallier, R., Denis, L., Gousset, T., Haddad, F., Lautridou, P., Lecacheux, A., Morteau, E.,
Rosolen, C., & Roy, C., Radio detection of cosmic ray air showers by the CODALEMA experiment ,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A , 518, 213, 2004.
Rutledge, R-E., Derek, W-F., Kulkarny, S-R., Jacoby, B-A., Cognard, I., Backer, D-C., Murray S-S. "Microsecond Timing of PSR B1821-24 with Chandra/HRC-S", 2004, ApJ in press.
Ryabov, V. B., P.Zarka, and B. P. Ryabov, Search of exoplanetary radio signals in the presence of strong
interference : Enhancing sensitivity by data accumulation, Planet. Space Sci., 52, 1479-1491, 2004.
Sicard, A., Bourdarie, S., Krupp, N., Lagg, A., Boscher, D., Santos-Costa, D., Gerard, E., Galopeau, P.,
Bolton, S., Sault, R., & Williams, D-J., Long-term dynamics of the inner Jovian electron radiation belts ,
Advances in Space Research , 33, 2039, 2004.
Sivagnanam, P., Searches for OH masers in the circumstellar envelopes of red giant irregular variable stars ,
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , 347, 1084, 2004.
Steinberg, J-L., Lacombe, C., Zarka, P., Hoang, S., & Perche, C., Terrestrial low-frequency bursts: Escape
paths of radio waves through the bow shock , Planetary and Space Science , 52, 643, 2004.
Szczerba et al. 2002 A&A 381, 491.
Szymczak, M., & Gerard, E., Observations of hydroxyl ground state transitions in a complete sample of
methanol sources , Astronomy and Astrophysics , 414, 235, 2004.
Szymczak, M., & Gerard, E., Polarimetric observations of OH masers in proto-planetary nebulae ,
Astronomy and Astrophysics , 423, 209, 2004.
Theureau, G., Coudreau, N., Hallet, N., Hanski, M., Alsac, L., Bottinelli, L., Gouguenheim, L., Martin; J-M.,
Paturel, G., « 21-cm line measurements of 586 galaxies with the new Nançay receiver » , submitted to
Astronomy and Astrophysics, 2004.
Vilmer, N., Krucker, S., Lin, R-P., & The Rhessi Team , Hard x-ray and Metric/Decimetric Radio
Observations of the 20 February 2002 Solar Flare , Solar Physics , 210, 261, 2002.
Vilmer, N., Krucker, S., Trottet, G., & Lin, R-P, Hard X-ray and metric/decimetric spatially resolved
observations of the 10 April 2002 solar flare , Advances in Space Research, 32, 2509, 2003.
Vilmer, N., Pick, M., Schwenn, R., Ballatore, P., & Villain, J-P., On the solar origin of interplanetary
disturbances observed in the vicinity of the Earth , Annales Geophysicae, 21, 847, 2003.
Vogl, D. F., B. Cecconi, W. Macher, P.Zarka, H. P. Ladreiter, P. Fédou, A. Lecacheux, T. Averkamp, G.
Fischer, H. O. Rucker, D. A. Gurnett, W. S. Kurth, and G. Hospodarsky, Calibration of Cassini-RPWS
Antenna System for Direction-Finding and Polarization Measurements, J. Geophys. Res., 109, A09S17,
doi:10.1029/2003JA010261, 2004.
Vrsnak, B., Klein, K., Warmuth, A., Otruba, W., & Skender, M., Vertical Dynamics of the Energy Release
Process in a Simple two-Ribbon Flare , Solar Physics , 214, 325, 2003.
Vrsnak, B., Warmut, A., Maritcic, D., Otruba, W., Rusdjak, V., Interaction of an erupting filament with the
ambient magnetoplasma and escape of electron beams, Solar Physics, 317, 187, 2003.
Webb, N-A., Olive, J-F., Barret, D., Kramer, M., Cognard, I., Löhmer, O., “XMM-Newton spectral and
timing analysis of the faint millisecond pulsars PSR J0751+1807 and PSR J1012+5307”, Astronomy and
Astrophysics, 419, 269, 2004.
R.Weber, P.Colom, A. Kerdraon, A. Lecacheux, Techniques d'observation en radioastronomie basse
fréquence en présence d'émetteurs radioélectriques, Bulletin du Bureau National de Métrologie, volume
2004-3, n°126, pp.67-72, 2004.
R. Weber, C. Viou, A. Coffre, L. Denis, P. Zarka, A. Lecacheux, DSP-enabled radio astronomy: towards
IIIZW35 reconquest, Journal of Applied Signal Processing, 2005.
Yu, Z-Y., “Observation and study of OH1665 and 1667 MHz masers in the west of ON2(C)”, Chinese
Astronomy and Astrophysics, 27, 383 2003.
Yu, Z-Y., “Observation and study of OH1665 and OH1667MHz masers in the west region of ON2(C)”, Acta
Astronomica Sinica, 44, 249, 2003.
Zarka, P., Radio and plasma waves at the outer planets , Advances in Space Research , 33, 2045, 2004.
-4-
Zarka, P., B. Cecconi, and W. S. Kurth, Jupiter's low frequency radio spectrum from Cassini/RPWS absolute
flux density measurements, J. Geophys. Res., 109, A09S15, doi:10.1029/2003JA010260, 2004.
Zarka, P., W. M. Farrell, M. L. Kaiser, E. Blanc, and W. S. Kurth, Study of solar system planetary lightning
with LOFAR, Planet. Space Sci., 52, 1435-1447, 2004.
Zarka, P., Fast radio imaging of Jupiter's magnetosphere at low frequencies with LOFAR, Planet. Space Sci.,
52, 1455-1467, 2004.
Zarka, P., and W. S. Kurth, Radio wave emission from the Outer Planets before Cassini, Space Sci. Rev.,
Special issue "A Comparative Study of the Outer Planets before the Exploration of Saturn by CassiniHuygens", ISSI series, Bern, Switzerland, 355-381, in press, 2004.
Nationales
Articles dans des revues sans comité de lecture (SCL)
Dubouloz, N., La Station de Nançay et les projets internationaux de radiotélescopes du futur, ,
L’Astronomie, 118, 522-524, 2004.
Theureau, G., Cognard, I., Le Grand Miroir, L’Astronomie, 118, 10-16, 2004.
Zarka, P., L'interaction électrodynamique Io-Jupiter, , L’Astronomie, 118, 2004.
Communications avec actes (ACT)
Internationales
Biver, N., Bockelee-Morvan, D., Colom, P., Crovisier, J., Henry, F., Moreno, R., Paubert, G., Despois, D.,
Lis, D-C., “Chemical Diversity of Comets from Radio Observations”, 2003, in Formation of Cometary
Material, 25th meeting of the IAU, Joint Discussion 14, 22 July 2003, Sydney, Australia, p. 45B.
Blaszkiewicz L., Szymczak M., Etoka S., Le Squeren A-M., "OH masers in semiregular variables: Insights
from longterm monitoring" 2002 IAUS 206, 323.
Bretteil, S., R. Weber, Comparison Between Two Cyclostationary Detectors For Rfi Mitigation In Radio
Astronomy, EUSIPCO'04, Wien, septembre 2004.
Clerc, V., R. Weber, L. Denis, C. Rosolen, High performance receiver for RFI mitigation in radio
astronomy: Application at decametre wavelengths, EUSIPCO'02, Toulouse, France, Sept. 2002.
Colom, P., Bockelée-Morvan, D., Crovisier, J., Gérard, E., Journal “Maser emissions from comets” in:
Cosmic Masers: From Proto-Stars to Black Holes, IAU Symposium #206, held 5-10 March 2001 in Angra
dos Reis, Rio de Janeiro, Brazil. Edited by Victor Mineese and Mark Reid, San Francisco: Astronomical
Society of the Pacific, 2002, p.443.
Crovisier, J., Colom, P., Gérard, E., Bockelée-Morvan, D., Henry, F., Lecacheux, A., Biver, N.,
“Observations of the OH radio lines of comets with the recently upgraded Nançay radio telescope”, 2002, in
Proceedings of Asteroids, Comets, Meteors - ACM 2002. International Conference, 29 July - 2 August 2002,
Berlin, Germany. Ed. Barbara Warmbein. ESA SP-500. Noordwijk, Netherlands: ESA Publications
Division, ISBN 92-9092-810-7, p. 685.
Crovisier, J., Biver, N., Bockelée-Morvan, D., Colom, P., Despois, D., Lis, D-C., “The search for complex
molecules in comets”, in SF2A-2004: Semaine de l'Astrophysique Francaise, meeting held in Paris, France,
June 14-18, 2004, Eds.: F. Combes, D. Barret, T. Contini, F. Meynadier and L. Pagani EdP-Sciences,
Conference Series, p.246.
Edris Mahmoud, K-A., Fuller, G-A., Cohen, R-J., Etoka, S., “OH Masers Associated with Hmpos” 2003,in
Star Formation at High Angular Resolution, International Astronomical Union. Symposium no. 221, held
22-25 July, 2003 in Sydney, Australia, p. 10.
Etoka, S., Le Squeren, A-M., "OH masers in oxygen-rich late-type stars" 2002, IAUS 206, 319.
-5-
Farrell, W. M., T. J. W. Lazio, M. D. Desch, T. S. Bastian, and P. Zarka, Radio Emission from Extrasolar
Planets, Bioastronomy 2002: Life Among the Stars, Proceedings of IAU Symposium #213. Edited by R.
Norris, and F. Stootman. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific, 2003., p.73, 2004.
Farrell, W. M., T. J. Lazio, M. D. Desch, T. Bastian, and P.Zarka, Limits on the Magnetosphere/Stellar
Wind Interactions for the Extrasolar Planet about Tau Bootes,ASP Conf. Ser. 294: Scientific Frontiers in
Research on Extrasolar Planets, 151 – 156, 2003.
Katarzynski, K., Kus, A., Sol, H., “Modeling the multifrequency emission of blazars” 2003, in Active
Galactic Nuclei: from Central Engine to Host Galaxy, meeting held in Meudon, France, July 23-27, 2002,
Eds.: S. Collin, F. Combes and I. Shlosman. ASP (Astronomical Society of the Pacific), Conference Series,
Vol. 290, p. 339.
Pustilnik, S.A., Martin, J.-M. "HI study of extremely metal-deficient dwarf galaxies", 2006, A&A accepted
for publication
Rosolen, C., Lecacheux, A., Gérard, E., Clerc, V., Denis, L., “High dynamic range, Interferences Tolerant,
Digital Receivers for Radioastronomy: Results and Projects at Paris and Nanay Observatory”, in The
Universe at Low Radio Frequencies, Proceedings of IAU Symposium 199, held 30 Nov - 4 Dec 1999, Pune,
India. Edited by A. Pramesh Rao, G. Swarup, and Gopal-Krishna, 2002., p.506.
Theureau, G.; Coudreau, N.; Hallet, N.; Hanski, M.; Alsac, L.; Bottinelli,
L.; Gouguenheim, L.; Martin, J.-M.; Paturel, G."Kinematics of the local universe . XII.
21-cm line measurements of 586 galaxies with the new Nançay receiver" 2005A&A 430, 373
Theureau, G., Hanski M. et al. "21-cm line measurements of 452 galaxies with the NanÁay radio telescope"
2006, A&A accepted for publication
Sicard, A., Bourdarie, S., Krupp, N., Boscher, D., Santos-Costa, D., Gerard, E., Galopeau, P., Bolton, S.,
Sault, R., Williams, D., “Long-term dynamics of the inner jovian electron radiation belt”, 2002, Cospar
meeting, held 10-19 October, 2002 in Houston, TX, USA., p.920.
Steinberg, J.-L., P.Zarka, C. Lacombe, and S. Hoang, Cutoff frequency of ITKR / low-frequency bursts in
the solar wind,URSI proceedings, session HG1 : Spacecraft and ground observations of stimulated and
natural space plasma waves, Maastricht, p2076.pdf, 8/2002.
Weber, R., L. Denis, S. Bretteil, DSP enabled radio astronomy in highly corruptive environment, DSP
enabled Radio, Edinburgh, Scotland, sept.2003.
Weber, R., L. Amiaud, A. Coffre, L. Denis, A. Lecacheux, C. Rosolen, C. Viou, , and P.Zarka, Digital
implementation of a robust radioastronomical spectral analyzer : towards IIIZW35 reconquest, Proceedings
of EUSIPCO 2004 conference, Vienna, in press, 9/2004.
Yu, Z-H., “A New Observation of OH1612 MHz Maser in the West Position of ON2” 2002, Annals of
Shanghai Observatory, 23, 102.
Zarka, P., Nonthermal radio emissions from extrasolar planets, XIXth IAP Colloquium "Extrasolar Planets :
Today and Tomorrow", Institut d'Astrophysique de Paris, France, 6-7/2003. Astronomical Society of the
Pacific, in press, 2004.
Zarka, P., V. Ryabov, and B. Ryabov, Post-detection interference rejection and weak burst detection in
time-frequency spectrograms, URSI proceedings, session JFC : Interference mitigation in Radio Science,
Maastricht, p2080.pdf, 8/2002.
Zarka, P., Planetary Science with the Low Frequency Array (LOFAR),URSI proceedings, session J4 :
Probing the Universe at low frequencies, Maastricht, p2078.pdf, 8/2002.
Ouvrages scientifiques (ou chapitres) (OS)
Clarke, J. T., D. Grodent, S. Cowley, E. Bunce, P.Zarka, J. E. P. Connerney, and T. Satoh, Jupiter's Aurora,
in "Jupiter : The Planet, Satellites, and Magnetosphere", F. Bagenal, W. McKinnon and T. Dowling eds.,
Cambridge Univ. Press, Chapter 26, 639-670, 2004.
Saur, J., F. M. Neubauer, J. E. P. Connerney, P.Zarka, and M. G. Kivelson, Plasma interaction of Io with its
plasma torus, in "Jupiter : The Planet, Satellites, and Magnetosphere", F. Bagenal, W. McKinnon and T.
Dowling eds., Cambridge Univ. Press, Chapter 22, 537-560 2004.
-6-
Vilmer, N., & MacKinnon, A-L., What Can Be Learned About Competing Acceleration Models from
Multiwavelength Observations? , Lecture Notes in Physics, Berlin Springer Verlag , 612, 127, 2003.
Ouvrages de vulgarisation (ou chapitres) (OV)
Encrenaz, T., J. -P. Bibring, M. Blanc, A. Barucci, F. Roques, and P.Zarka, Le système solaire (3ème
édition),Savoirs Actuels, EDP-Sciences / CNRS-Éditions, Paris, 2003.
Encrenaz, T.,J. -P. Bibring, M. Blanc, A. Barucci, F. Roques, and P.Zarka, The Solar System (3rd
edition),A&A Library, Springer, Germany, 2004.
-7-

Dossier a l`appui de la demande de creation d`un - INSU

Transcription

Documents pareils

Se connecter au Webmail Outlook - IReMus

Projection du film "Loin d`elle", de Sarah Polley, suivie d`un débat

Institut des Traditions Textuelles (FR 33)

Riva Kastoryano (dir) : Les codes de la diffrence

Format PDF

Ludocolo

Communiqué de presse

Juillet 2009 N°46 Les Bodin`s au Palais des Congrès du

"Cinémascience" au Mérignac

Lire la "Fiche Talent" de Fanny Kassel