Terre

Fête de la science : Retrouvez le programme des équipes de l’OSU Institut Pythéas

7 octobre 2017 by osuadmin

Du 7 au 15 octobre, la Fête de la Science se déploie dans la France entière et notre région n’est pas en reste.

Dans quatre Villages des Sciences – celui d’Aix-en-Provence, de l’Arbois, de Marseille et de Saint-Michel l’Observatoire – ainsi que dans d’autres villes et villages de Provence, les chercheurs des laboratoires de l’OSU Pythéas donnent plus de 60 rendez-vous aux curieux de science, petits et grands, lors d’ateliers, de conférences, d’expositions, de débats, de visites de sites…

Nos thématiques de prédilection – les sciences de l’Univers, de la Terre et de l’Environnement – s’expriment cette année d’une façon différente. En effet, la réalité augmentée s’invite afin de faire découvrir au public nos univers de recherche sous un angle nouveau, pour rendre la rencontre avec la science encore plus intéressante et intrigante. Autre nouveauté : des pièces issues des collections de l’Observatoire de Marseille.

Les sols vitrifiés du désert d’Atacama (Chili) : des traceurs d’incendies naturels à la fin du Pleistocène

15 mai 2017 by osuadmin

En dehors des volcans, les roches vitrifiées sur terre résultent d’incendies spontanés déclenchés ou alimentés par des composés organiques fossiles (charbon ou gaz) qui produisent ce que les géologues appellent des « paralavas » ou laves paradérivées. Mais on connait aussi des verres formés lors d’impact hypervéloces d’astéroïdes. Distinguer entre les deux origines s’avère souvent assez évident en présence de veines de charbon dans le premier cas ou de cratère d’impact dans le second.

En l’absence d’évidence directe pour un impact ou d’un contexte géologique favorable pour la formation de paralavas, certains verres ont été interprétés comme le résultat de l’explosion à très basse altitude de matériel cométaire ou astéroïdal. Dans ce cas et par analogie aux explosions nucléaires, l’énergie cinétique de l’astéroide ou de la comète se transforme en radiations suffisamment intenses capables de vitrifier la surface du sol en un temps très court.

**Image satellite avec localisation des principaux sites d’observation des verres silicatés de Pica (Chili).**
*Crédits Google Earth*

En 2012, le Service Géologique Chilien (SERNAGEOMIN) a découvert des sols vitrifiés présents de manière discontinue sur de grandes étendues (une bande longitudinale de plus de 70km de longueur) dans la région de Pica au nord du désert d’Atacama, l’une des régions les plus arides de la planète. Une étude pluridisciplinaire menée par une équipe française impliquant Géoscience Rennes (CNRS / Université Rennes 1), le CEREGE (CNRS / Université Aix-Marseille / IRD / Collège de France), le LPG Nantes (Université de Nantes / CNRS / Université d’Angers), l’IPAG/OSUG (CNRS / Université Grenoble Alpes) en collaboration avec des chercheurs chiliens a démontré que ces verres se sont formés lors d’incendies dans des sols enrichis en matière organique et en plantes silicifiées. Il s’agit de verres silicatés (environ 60% SiO2) très poreux avec une minéralogie témoignant de conditions réductrices extrêmes (sphérules de fer métallique, phosphures et monosulfures de fer, etc.), mais dépourvus d’indice géochimique de contaminant extra-terrestre. Grace à une étude paléomagnétique complétant des datations au carbone 14, au moins deux événements thermiques distincts séparés de plusieurs centaines d’années ont été mis en évidence, ce qui est incompatible avec une origine extraterrestre (explosion d’un bolide à basse altitude).

Photographies de terrain (a, b, c, d) de verres silicatés observés à la surface du désert d’Atacama (nord du Chili). Sous les verres, on peut parfois observer une couche décimétrique d’argiles cuites (b) ou une couche de restes de plantes (d). Ces plantes (d, e) sont fortement silicifiées (f, et image au microscope électronique g) et leur fusion contribue à la formation des verres (e).
*Crédits Pierrick Roperch / Jérôme Gattacceca*

D’après les observations de terrain, les sols vitrifiés sont distribués principalement dans d’anciennes zones humides où l’on peut encore observer des litières de plantes silicifiées. Le désert d’Atacama a en effet connu des périodes humides à la fin du Pléistocène, contemporaines des phases de développement maximum des grands paléolacs du sud de l’Altiplano Bolivien aujourd’hui représentés par le salar d’Uyuni et le salar de Coipasa. De grandes oasis se sont développées le long du piedmont andin lorsque la nappe phréatique était presque au niveau du sol. De la matière organique et des plantes riches en précipités minéraux (phytolithes) ou partiellement silicifiées se sont accumulés dans le sol des zones humides. Les incendies peut-être ressemblant aux feux de tourbes se sont déclenchés lorsque le climat est devenu plus aride, au moment de l’abaissement de la nappe phréatique. Ces résultats montrent que sous certaines conditions environnementales et climatiques, les températures lors d’incendies spontanés peuvent être suffisamment élevées pour vitrifier les sols. Cette étude conduira certainement à reconsidérer l’origine de certains verres décrits comme verres d’impacts dans d’autres régions du monde (Verre Lybique, mais surtout ceux d’Edeowie en Australie, de Dakhleh en Egypte ou ceux décrits dans des sédiments Miocène d’Argentine), avec des implications pour la quantification de l’aléa lié à l’explosion de bolides dans l’atmosphère de la Terre.

Ces types de verres ont aussi une importance géologique considérable, comme traceurs de potentiels changements climatiques et/ou environnementaux.

Schéma illustrant les principales étapes et conditions nécessaires pour la formation des verres silicatés. a) développement d’oasis pendant les périodes humides de la fin du Pléistocène grâce à l’affleurement de la nappe phréatique et accumulation de matière organique et de plantes riches en silice dans le sol. b) baisse du niveau de la nappe phréatique et assèchement des oasis. c) Formation des verres lors d’incendies dans les sols suivant un processus similaire à celui des feux de tourbe.
*Crédits Pierrick Roperch / Jérôme Gattacceca*

Quand les variations de l’orbite terrestre dictent l’évolution biologique

1 décembre 2021 by osuadmin

Les coccolithophores sont des micro-algues dont la particularité est de former autour de leur unique cellule de minuscules plaques de calcaire, les coccolithes, dont les formes varient selon les espèces. Après leur mort, ces coccolithes sédimentent dans les fonds marins qui ont fidèlement archivé les détails de l’évolution de ces organismes. Une équipe menée par des scientifiques du CNRS ¹ montre dans Nature le 1er décembre 2021 que certaines variations de l’orbite terrestre ont influé sur l’évolution de ces micro-algues. Pour cela, pas moins de 9 millions de coccolithes, couvrant une période de 2,8 millions d’années et plusieurs localisations dans l’océan tropical, ont été étudiés par microscopie automatisée et classés par espèce en utilisant l’intelligence artificielle. Les scientifiques observent que les coccolithophores ont connu des cycles de diversification et d’uniformisation, avec des rythmes de 100 et 400 milliers d’années. Ils en trouvent aussi la cause : la forme plus ou moins aplatie de l’orbite de la Terre autour du Soleil, variant au même rythme. Ainsi, lorsque l’orbite est presque circulaire, comme actuellement (on parle de faible excentricité), la zone équatoriale présente des saisons peu marquées et des espèces peu spécialisées dominent alors tous les océans. À l’inverse, lorsque l’excentricité augmente et que des saisons plus marquées apparaissent à l’équateur, les coccolithophores se diversifient en nombreuses espèces spécialisées, mais qui collectivement produisent moins de calcaire. Or, de par leur abondance et leur répartition globale, ces organismes sont à l’origine de la moitié du calcaire (carbonate de calcium, composé en partie de carbone) produit dans les océans et jouent donc un rôle majeur dans le cycle du carbone et la chimie des océans. Il est donc probable que l’abondance cyclique de ces machines à produire du calcaire ait joué un rôle dans les climats anciens et puisse expliquer des variations climatiques restées jusqu’ici mystérieuses au sein de périodes chaudes. Autrement dit, en l’absence de glace, l’évolution biologique des micro-algues aurait pu donner le tempo des climats. Une hypothèse qui reste à confirmer.


Les coccolithophores, qui constituent une part importante du phytoplancton, ont évolué au rythme de l’excentricité de l’orbite terrestre.: Crédit : Luc BEAUFORT / CNRS / CEREGE


La diversité des coccolithophores, et donc la production de calcaire qui en résulte, ont évolué sous l’effet de l’excentricité de l’orbite terrestre, qui détermine l’intensité des saisons à l’équateur.: En revanche, il n’y a pas de lien avec le volume de glace et la température globale. Ce n’est donc pas le climat qui a dicté l’évolution de ces micro-algues, mais peut-être l’inverse à certaines périodes.

Crédit : Luc BEAUFORT / CNRS / CEREGE

Voir en ligne : Le communiqué sur le site du CNRS

1. Basés au Centre européen de recherche et d’enseignement des géosciences de l’environnement (CNRS/Aix-Marseille Université/IRD/INRAE/Collège de France) et associés à des scientifiques de l’université de Rutgers (États-Unis).

Séisme du 30 octobre en Italie : la rupture co-sismique la plus importante jamais observée en Méditerranée sur une faille normale

21 novembre 2016 by osuadmin

Une équipe composée d’une dizaine de chercheurs provenant du CEREGE ¹, de l’IPGP ², de l’EOST ³, du LIVE⁴ , de Géosciences Montpellier ⁵ et de GeoAzur ⁶, en collaboration avec l’INGV et l’Université de Chieti-Pescara, s’est rendue sur le terrain en Apennin Central (Italie) sur le lieu des épicentres qui se sont succédés depuis août 2016 (24 août Mw=6, 26 octobre Mw=5.9) et dernièrement avec le séisme de Mw=6.5 près de Norcia du 30 octobre, le plus fort séisme enregistré en Italie depuis les 36 dernières années. Leurs observations montrent que ce dernier a engendré la rupture co-sismique la plus importante jamais observée en Méditerranée sur une faille normale.

Les chercheurs géologues, tectoniciens, géographes et geomaticiens, se sont succédés sur le terrain entre le 5 et le 14 novembre 2016 pour acquérir des données sur les ruptures de surface associées à ces séismes. Une partie de l’équipe s’était rendue sur le terrain entre le 11 et 16 septembre suite au séisme du 24 août. Ils avaient observé des déplacements verticaux le long de la faille du Mt Vettore de 20 à 30 cm sur une longueur de plus de 7 km (voir photo). A partir d’outils de pointe en géomatique (scanner 3D Faro, TLS LiDAR Riegl, photogrammétrie) l’équipe a acquis l’affleurement numérique 3D à très haute résolution des zones rompues le long du Mt Vettore avant le dernier séisme du 30 octobre. Les acquisitions faites au cours de cette deuxième mission ont permis de cartographier précisément les ruptures associées à ce nouveau choc et d’acquérir une nouvelle image de la topographie des zones précedemment étudiées.

Photo d’une partie de l’équipe franco-italienne rassemblant 6 laboratoires français sur la rupture co-sismique du Mt Vettore.
*Crédit : Julien Point / EOST*

Ces données fournissent une image sans précédent de l’évolution spatio-temporelle d’un plan de faille avant et après séisme et sont fondamentales pour comprendre le lien entre le déplacement co-sismique et la formation des reliefs topographiques associés aux failles actives.

En Italie et en Europe en général, il existe très peu d’exemples de ruptures co-sismiques visibles dans le paysage. Les observations récoltées dans le cadre de cette mission post-sismique sont donc uniques et montrent que le séisme du 30 octobre a engendré la rupture co-sismique la plus importante jamais observée en Méditerranée sur une faille normale. Le séisme de Mw=6.5 a entraîné un déplacement co-sismique vertical compris entre 1 et 2 m, localisé sur la trace morphologique de la faille du Mt. Vettore et ce sur une longueur de 7 km au minimum. La rupture co-sismique s’est produite sur la même faille et a entraîné le décalage des mêmes objets morphologiques que lors de la rupture du 24 août.

L’ensemble des partenaires a contribué au financement de cette mission qui a également bénéficié du soutien de l’INSU et du Labex OT-MED.

Photo prise sur le terrain montrant le glissement de 25 cm continue le long du plan de faille associé au séisme du 24 août 2016 et sur le même endroit à droite où on voit le déplacement de presque 1.8 m suite au séisme du 30 octobre. On reconnaît sur les deux photos le même bloc de roche en bas à droite. Le plan de faille s’est donc déplacé de presque 2 m au total depuis le 24 août par rapport à ce bloc de roche.
Crédit : Jim Tesson / CEREGE et Lucilla Benedetti / CEREGE

Rupture de surface sur la portion sud de la Faille du Mt Vettore (près de Mte Vettoreto), associée au séisme du 30 octobre, on observe environ 1 m de déplacement vertical. Crédit : Lucilla Benedetti / CEREGE

Sur le plan de faille du Mt Vettore près de la Cima del Redentore, ruptures co-sismiques associées à la séquence de séisme. A la base de l’escarpement cumulé (gris) on voit une trace blanche de 25 cm exhumée lors du séisme du 24 août, et en dessous la trace blanche-jaune de 2 m exhumée lors du séisme du 30 octobre.Crédit : Lucilla Benedetti / CEREGE

Rupture co-sismique associée au séisme du 30 octobre sur la faille du Mt Vettore, entre 1.5 et 2 m de déplacement vertical décalant tout sur son passage et ce sur au moins 7 km de longueur. Crédit : Lucilla Benedetti / CEREGE

1. Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CEREGE : CNRS / Collège de France / IRD / Université Aix Marseille)

2. Institut de physique du globe de Paris (IPGP : CNRS / IPGP / Université Paris-Diderot, Université Sorbonne Paris Cité)

3. Ecole et Observatoire des sciences de la Terre (EOST : CNRS / Université de Strasbourg)

4. Laboratoire Image, Ville, Environnement (LIVE : CNRS / Université de Strasbourg)

5. Géosciences Montpellier : CNRS / Université Antilles / Université de Montpellier

6. GéoAzur : CNRS / IRD / OCA / Université Nice Sophia Antipolis

Prévision des séismes : une technique innovante pour observer les failles sous-marines

21 juin 2016 by osuadmin

Pour surveiller un segment de la faille sismique nord-anatolienne près d’Istanbul, une équipe internationale de chercheurs, notamment du CNRS et de l’université de Bretagne occidentale, a déployé un réseau de balises au fond de la mer de Marmara. Objectif : mesurer les mouvements des fonds marins de part et d’autre de ce segment. Les données récoltées lors des six premiers mois révèlent que la faille serait bloquée au niveau de ce segment, suggérant une accumulation progressive d’énergie susceptible d’être libérée brusquement. Ce qui pourrait provoquer un séisme de forte magnitude à proximité d’Istanbul. Cette étude, issue d’une collaboration entre des chercheurs français, allemands et turcs, vient d’être publiée dans Geophysical Research Letters..

La faille nord-anatolienne, responsable de tremblements de terre destructeurs en 1999 en Turquie, est comparable à la faille de San Andreas en Californie. Elle constitue la limite des plaques tectoniques eurasiatique et anatolienne, qui se déplacent l’une par rapport à l’autre d’environ 2 cm par an. Le comportement d’un segment sous-marin de cette faille, situé à quelques dizaines de kilomètres au large d’Istanbul, en mer de Marmara, intrigue particulièrement les chercheurs, car il semble exempt de sismicité depuis le 18e siècle. Comment se comporte ce segment ? Glisse-t-il en continu, cède-t-il régulièrement, provoquant de petits séismes épisodiques de faible magnitude ou est-il bloqué, laissant présager une future rupture et donc un fort séisme ? Observer in situ le mouvement d’une faille sous-marine sur plusieurs années est un vrai défi. Pour le relever, les chercheurs testent une méthode de télédétection sous-marine innovante, à l’aide de balises acoustiques actives, autonomes et interrogeables à distance depuis la surface de la mer. Posées sur le fond marin de part et d’autre de la faille à 800 mètres de profondeur, ces balises s’interrogent à tour de rôle par paire et mesurent le temps aller-retour d’un signal acoustique entre elles. Ces laps de temps sont ensuite convertis en distances entre les balises. C’est la variation de ces distances dans le temps qui permet de détecter un mouvement des fonds marins et la déformation du réseau de balises, de déduire les déplacements de la faille. Concrètement, un réseau de dix balises françaises et allemandes a été déployé lors d’une première campagne en mer1 en octobre 2014. Les six premiers mois de données (temps de parcours, température, pression et stabilité)2 confirment les performances de la méthode. Après calculs, les données ne révèlent aucun mouvement significatif de la faille surveillée, dans la limite de résolution du réseau. Les distances entre balises, séparées de 350 à 1700 mètres, sont mesurées avec une résolution de 1,5 à 2,5 mm. Ce segment serait donc bloqué ou quasi-bloqué, et accumulerait des contraintes susceptibles de générer un séisme. L’acquisition d’information sur plusieurs années sera cependant nécessaire pour confirmer cette observation ou caractériser un fonctionnement plus complexe de cette portion de faille. Si, au-delà de cette démonstration, cette approche dite de « géodésie acoustique fond de mer » s’avère robuste sur le long terme (ici 3 à 5 ans sont envisagés dans la limite d’autonomie des batteries), elle pourrait être intégrée dans un observatoire sous-marin permanent en complément d’autres observations (sismologie, émission de bulles, …) pour surveiller in situ et en temps réel l’activité de cette faille en particulier, ou d’autres failles actives sous-marines dans le monde. Ces travaux sont menés par le Laboratoire Domaines océaniques3 (LDO, CNRS/Université de Bretagne occidentale), en collaboration avec le Laboratoire Littoral environnement et sociétés (CNRS/Université de La Rochelle), l’Institut Geomar à Kiel (Allemagne), le Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CNRS/Collège de France/AMU/IRD), le Laboratoire Géosciences marines de l’Ifremer, l’Eurasian Institute of Earth Sciences de l’Université Technique d’Istanbul (Turquie) et le Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute de l’Université Bogazici d’Istanbul. Cet article est dédié à la mémoire d’Anne Deschamps, chargée de recherche CNRS au LDO, initiatrice et responsable du projet, décédée peu après avoir conduit avec succès le déploiement de ces balises.

Zones et années de rupture de la faille nord-anatolienne. Le segment sous-marin au sud d’Istanbul n’aurait pas généré de séismes majeurs depuis le 18ème siècle. Le rectangle noir situe la zone d’étude.
*Crédit : © J-Y Royer / CNRS-UBO LDO*

Réseau de balises acoustiques (françaises en rouge, allemandes en jaune) déployées en mer de Marmara, de part et d’autre d’un segment sous-marin de la faille nord-anatolienne (FNA), dont la trace présumée est soulignée par des tirets
*Crédit : © J-Y Royer / CNRS-UBO LDO*

Du nouveau sur la formation et l’évolution des plaines côtières, l’exemple du Sud-Ouest de l’Inde

11 avril 2016 by osuadmin

Une étude des plaines côtières du sud-ouest de l’Inde menée par une équipe internationale ¹ de chercheurs a permis d’apporter une réponse à une question scientifique de longue date sur la formation et l’histoire de ces plaines principalement couvertes de latérites. Cette étude, basée sur la méthode de datation par l’argon, a en effet permis de déterminer que les latérites de ces plaines se sont formées il y a au moins 47 millions d’années au pied d’un vieux relief érigé il y a environ 60 millions d’années. Les résultats de cette recherche et leurs implications sont présentés dans l’édition du journal Geology du mois d’Avril 2016.

Les plaines côtières ou marges continentales qui résultent de la séparation des continents sont marquées par de grands escarpements dont l’âge et l’évolution géomorphologique sont matières à débat dans la communauté des géosciences. Des études ont montré une érosion rapide des marges après la séparation des continents impliquant l’installation précoce des escarpements tandis que d’autres ont argumenté pour une évolution plus lente au cours de phases d’érosion successives et par conséquent une stabilisation plus tardive de ces reliefs.

**Paysage de collines**
Paysage de collines exposant les sols latéritiques (latérites) de la plaine côtière (au pied de l’Escarpement des Western Ghats sur la marge sud-ouest de l’Inde péninsulaire – Formation de minerais d’oxydes de manganèse dans les sols latéritiques de la plaine côtière – Oxydes de manganèse vus en microscopie optique à lumière réfléchie – Image de micro-fluorescence X montrant les oxydes de manganèse potassiques (cryptomélane) en vert parmi les autres oxydes de manganèse en bleu et les oxydes de fer en rouge.
*Crédit : A. Beauvais et al. Geology 2016*

Or, le mode et le rythme de l’érosion des marges continentales sont déterminants pour reconstituer leur évolution topographique, reconstruire le développement des réseaux de drainage, et quantifier les transferts sédimentaires depuis les continents vers les bassins océaniques marginaux au cours des temps géologiques.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs internationale vient d’apporter un nouvel éclairage sur l’évolution des marges continentales. Ils ont en effet pu préciser l’histoire géomorphologique de la marge continentale sud-ouest de l’Inde Péninsulaire ² depuis la mise en place il y a environ 65 millions d’années des roches basaltiques des trapps de la province du Deccan.

Pour cela, ils ont déterminé et interprété les âges obtenus par la méthode de datation à l’argon (40Ar/39Ar) sur des oxydes de manganèse potassiques (appelés cryptomélane) formés dans les sols latéritiques (latérites) de part et d’autre du grand escarpement des Western Ghats qui borde la marge sud-ouest de l’Inde Péninsulaire. Ils ont ainsi montré que la préservation de ces sols épais de plusieurs dizaines de mètres et vieux d’au moins 47 millions d’années ont pu se former en un minimum de 12 millions d’années au pied de l’escarpement ce qui atteste de l’installation rapide (à l’échelle des temps géologiques) et de la stabilisation précoce de ce relief, il y a probablement 60 millions d’années. De plus, les résultats de ces recherches impliquent des vitesses d‘érosion des sols latéritiques datés très faibles (< 5 mètres par million d’années) depuis leur formation au pied de l’escarpement.

Ces nouveaux résultats questionnent les modèles d’érosion dérivés de l’étude de l’histoire thermique (refroidissement) des roches contenant des minéraux de phosphate de calcium (apatites). Plus généralement, les âges obtenus sur les oxydes de manganèse des sols latéritiques remettent en question l’idée selon laquelle la topographie des marges et des surfaces continentales serait due à des soulèvements et des rajeunissements récents.

Ces travaux publiés dans le journal Geology montrent que l’étude géomorphologique et géochronologique des sols latéritiques formés et préservés depuis des millions d’années sur les marges et les continents des régions intertropicales est prometteuse pour quantifier les vitesses d’érosion et les sédiments exportés vers les bassins marins à l’échelle des temps géologiques

1. L’équipe est composée de chercheurs du Centre Européen de Recherches et d’Enseignements des Géosciences de l’Environnement (CEREGE-OSU Institut Pythéas / CNRS, IRD, Aix-Marseille Université), de Géosciences Environnement Toulouse (GET - IRD, Université Toulouse Paul Sabatier, CNRS ), de Géosciences Montpellier (Université de Montpellier 2, CNRS) et du Centre for Earth and Space Sciences (University of Hyderabad)

2. On trouve des surfaces présentant les mêmes caractéristiques dans les plaines côtières et même à l’intérieur des terres en Inde, en Afrique, en Australie, et en Amérique du Sud.