proposition sujets de theses contrats

PROPOSITION SUJETS DE THESES
CONTRATS DOCTORAUX MINISTERIELS
2015-2018
Directeur de thèse : Marc Leblanc, PR Université d’Avignon, UMR EMMAH
Co-directeur (éventuel) : Sarah Tweed-Leblanc (HDR), chercheur IRD, UMR G-EAU
Co-encadrant : Vincent Marc, MCF UMR EMMAH ; Anne-Laure Cognard-Plancq,
MCF UMR EMMAH ; Marina Gillon, MCF UMR EMMAH
Correspondant :
Nom : Leblanc
Prénom : Marc
Mail : [email protected]
Téléphone :
Titre en français : Utilisation de la spectrométrie au laser pour le développement et la
validation de modèles hydrologiques et hydrogéologiques.
Titre en anglais : application of laser spectrometry for the development and validation
of hydrological models.
Mots-clés : cycle de l’eau, eaux souterraines, isotopes stables, modélisation
Co tutelle : Non
Profil du candidat : Titulaire d’un Master dans les sciences hydrologiques, ou en
géochimie ou en mathématiques appliquées avec des compétences en modélisation
numérique.
Présentation détaillée du sujet:
Les isotopes stables sont très largement utilisés dans de nombreuses disciplines, y
compris en géosciences, en biologie, en climatologie, en océanographie, dans les
sciences environnementales et en archéologie. Les isotopes de l’oxygène (18O/16O;
δ18O) et de l’hydrogène (D/H; δD) ainsi que l’isotope du carbone (13C/12C; δ13C) sont
essentiels à notre compréhension des grands cycles de l’eau et du carbone et plus
généralement aux interactions entre l’hydrosphère, l'atmosphère, la géosphère et la
biosphère sur tout une gamme d'échelles spatiales et temporelles.
Jusqu'à présent les analyses en isotopes stables sont restées une technique
relativement coûteuse de laboratoire basée sur la spectrométrie de masse et ne
permettant par conséquent que de suivre les phénomènes naturels de manière très
sporadique. Cela a considérablement limité la portée et l'ampleur de la recherche qui a
pu jusqu’à lors être effectuée à l'aide de l’analyse isotopique.
Depuis peu, des spectromètres radicalement différents et basés sur la spectrométrie
au laser permettent de suivre sur le terrain et en continu l’évolution de la composition
isotopique de l’eau. L’objectif de cette thèse de doctorat est d’utiliser ces
nouvelles observations isotopiques pour mieux contraindre ou valider des
modèles hydro(géo)logiques.
Cette modélisation pourra porter sur plusieurs composantes du cycle de l’eau :
évapotranspiration, recharge, écoulement préférentiels, interaction eaux de surface et
eaux souterraines. L’UMR possèdent de nombreux sites d’étude en France et à
l’étranger où les expérimentations de terrain pourraient se dérouler (e.g.
Crau/Camargue, ORE DRAIX-BLEONE, vallée de la Durance, plaine du Tensift au
Maroc).
Contrat / Partenariat :
Domaine / Thématique:
contrat doctoral ministériel
Science de l’eau, hydrochimie
Objectif : utiliser de nouvelles observations isotopiques in situ et en continu pour
mieux contraindre et valider des modèles hydro(géo)logiques.
Contexte et enjeux :
Les modèles hydrologiques et hydrogéologiques sont des outils essentiels pour la
gestion des ressources en eau du point de vue quantitatif (disponibilité de la ressource)
et qualitatif (transport de contaminants). Les données géochimiques fournissent des
observations indépendantes et complémentaires des mesures physiques pour le
développement et la validation de ces modèles. Cependant l’usage des ces données
hydrochimiques en modélisation était jusqu’à lors limité à des observations ponctuelles
Méthode :
Des spectromètres basés sur la spectrométrie au laser permettent depuis quelques
années de déterminer la composition isotopique des gaz C, O et H avec une précision
proche de celle de la spectrométrie de masse (δ13C <0,3 ‰; δ18O <0,2 ‰; δD <1 ‰
1σ), avec peu ou pas de préparation. Ces instruments ont l'avantage d'être portable (i)
pouvant fonctionner dans des conditions de terrain (ii) permettant l’analyse en temps
réel (iii) à une fraction du prix d'achat des spectromètres de masse (iv). Ces avantages
ouvrent une multitude de possibilités nouvelles dans la recherche environnementale.
L’UMR EMMAH a par ailleurs développé de nouvelles techniques permettant d’utiliser
ces nouveaux instruments à la fois sur la phase gazeuse et liquide de l’eau.
Références bibliographiques :
Bowling, D.R., et al. (2008) Carbon isotopes in terrestrial ecosystem pools and CO2 fluxes. New Phytol., 178, 24;
Bass, A. M., Bird, M. I., Munksgaard, N. C., & Wurster, C. M. (2012). ISO‐CADICA: Isotopic–continuous,
automated dissolved inorganic carbon analyser. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 26(6), 639644.
Bass, A. M., Munksgaard, N. C., Leblanc, M., Tweed, S., & Bird, M. I. (2014). Contrasting carbon export dynamics
of human impacted and pristine tropical catchments in response to a short‐lived discharge event.
Hydrological Processes, 28(4), 1835-1843.
Coplen, T.B., et al., (1999) Isotope engineering-using stable isotopes of the water molecule to solve practical
problems. Ch. 3 in Environmental Tracers in Subsurface Hydrology, Eds. P. Cook and A.Herczeg. Kluwer,
529p.
Leblanc, M., Tweed, S., Rockett, N., Munksgaard, N., Bass, A., Bird, M., (submitted). First continuous analysis of
water and dissolved inorganic carbon isotopic composition δ18O, δD δ13C during a river flood. Journal of
Hydrology.
Lee, E. S., & Krothe, N. C. (2001). A four-component mixing model for water in a karst terrain in south-central
Indiana, USA. Using solute concentration and stable isotopes as tracers. Chemical Geology, 179(1), 129-143.
Munksgaard, N. C., Wurster, C. M., & Bird, M. I. (2011). Continuous analysis of δ18O and δD values of water by
diffusion sampling cavity ring‐down spectrometry: a novel sampling device for unattended field monitoring
of precipitation, ground and surface waters. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 25(24), 37063712.