Sujets de mémoires

Ces sujets sont donnés à titre indicatif: le choix des mémoires se fera en février 2013!

Thème I: Sédiments carbonatés

Origine et caractérisation des pierres bajociennes utilisées dans l'architecture de la Meuse moyenne au Moyen-Age

Promoteurs. J. Yans & F. Boulvain

Collaborateur: S. Dechamps

Sur base des textes historiques, les pierres rousses de calcaire bajocien de la région de Donchéry (France) ont vraisemblablement alimenté les constructions de la Meuse moyenne durant le Moyen-Age (y compris la cathédrale Saint-Paul à Liège). Le présent mémoire vise à argumenter cette hypothèse en caractérisant les sources potentielles issues de carrières historiques et les pierres du bâti, au moyen de la pétrographie des carbonates, diffraction des rayons X, géochimie élémentaire et techniques non destructives.

Méthodes analytiques. Pétrographie des carbonates, DRX, géochimie élémentaires, susceptibilité magnétique, gamma-rays, chromatomètre.

Terrain. Levé de coupes du Bajocien moyen en France, Belgique et GGD Luxembourg, échantillonnage de pierres du bâti.

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Identification des porteurs de la susceptibilité magnétique dans les calcaires dévoniens

Directeur: A-C. da Silva

Collaborateur: S. Spassov (IRM), F. Boulvain

Etude détaillée du signal magnétique dans différents types de calcaires en vue d'identifier les minéraux porteurs et leur origine (diagenèse, climat, eustatisme, etc.)

Laboratoire: 2013.

techniques: susceptibilité magnétique, hysteresis (mesures effectuées au Laboratoire de Physique du Globe de Dourbes), géochimie.

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Thème II: Sédiments détritiques et mixtes

Sédimentologie de la Formation de Luxembourg à Tontelange

Directeur: F. Boulvain

La Formation de Luxembourg (Jurassique) présente des faciès spectaculaires dans la coupe de la carrière de Tontelange, près d'Arlon. Il s'agit d'illustrer en détail le fonctionnement de la rampe mixte jurassique, identifier les faciès et les paléoenvironnements et tenter une interprétation séquentielle.

Levé banc par banc de coupes dans la carrière de Tontelange. Identification des lithofaciès et microfaciès, susceptibilité magnétique, analyse séquentielle et comparaison avec les stratotypes, paléogéographie.

terrain: 2013.

techniques: levé banc par banc, pétrographie sédimentaire, susceptibilité magnétique.

Pétrologie, géochimie endogènes et pétrophysique

Différenciation extrême de la croûte de l'astéroïde 4-Vesta : Approche théorique et expérimentale de la cristallisation des eucrites

Dans ce projet, il est proposé d'étudier l'astéroïde 4-Vesta, généralement considéré comme la plus petite 'protoplanète'. Cet astéroïde possède toutes les caractéristiques des planètes rocheuses : un noyau métallique, un manteau ultramafique et une croûte différenciée. Le volcanisme sur 4-Vesta ne s'est prolongé que quelques centaines de milliers d'années après sa formation, il y a 4.56 Ga. Dès lors, Vesta est considéré comme l'objet géologique idéal pour comprendre la différenciation primitive des planètes et l'évolution du système solaire. C'est la raison pour laquelle la NASA a choisi d'y envoyer le satellite DAWN qui mesure actuellement la composition chimique de sa surface.

Ce mémoire se focalisera sur la composition des météorites provenant de la croûte de Vesta : les eucrites. Nous sélectionnerons les compositions les plus évoluées, susceptibles de représenter les liquides les plus différenciés de la croûte. Le projet commencera par une série de simulations théoriques ayant pour but de calculer l'évolution de ces liquides durant la cristallisation (fractionnée et à l'équilibre). Par la suite, une série de compositions calculées seront synthétisées en laboratoire et étudiées expérimentalement dans des fours à haute-température (1200-1000°C) et basse pression (1 atm). Ces expériences de cristallisation permettront de déterminer l'évolution des liquides sur Vesta ainsi que la composition minéralogique à la surface de l'astéroïde. L'ensemble des simulations théoriques et des expériences permettra de proposer un modèle consistant pour la formation de la croûte de 4-Vesta dans son ensemble.

Ce mémoire sera réalisé en partie à Liège (partie théorique) et à l'université d'Hanovre (Allemagne) dans le cadre d'un stage Erasmus (second semestre 2014). L'étudiant sera encouragé à rédiger son mémoire en anglais, afin de collaborer au mieux avec les chercheurs d'Hanovre.

Techniques : pétrologie expérimentale dans des fours verticaux à atmosphère contrôlée, analyses chimiques par microsonde électronique, microscope électronique, modélisation

Comité provisoire: J. Vander Auwera (promoteur), O. Namur (promoteur, University of Cambridge), B. Charlier (promoteur, University of Hannover)

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Fractionnement des isotopes de la Si au cours de la différenciation magmatique

Les fractionnements des isotopes de Si, entre liquide silicaté et silicates ainsi qu'entre silicates eux-mêmes sont très faibles, de l'ordre de 0.2 ‰. Par conséquent, on observe peu de variation du ³⁰Si au cours de la différenciation magmatique. Néanmoins, cette hypothèse ne prend pas en compte l'éventualité d'un équilibre avec une fraction siliceuse dissoute en phase fluide. En effet, en fin de différenciation, le liquide silicaté peut s'enrichir significativement en constituants volatils (H₂O, F, P, Cl) et on sait que le fractionnement entre les phases silicatées et le Si(OH)₄ dissous est de l'ordre de 1 à 3‰. Il est donc possible qu'à ce stade les isotopes de Si soient fractionnés entre les fluides et les silicates avec pour conséquence une variation significative de ³⁰Si dans les étapes ultérieures de la différenciation. Cette hypothèse sera testée sur des granitoïdes montrant des faciès très différenciés voire des pegmatites. Le ³⁰Si sera mesuré dans le quartz qui aura été préalablement séparé (liqueurs denses, binoculaire) d'une série d'échantillons représentatifs de la tendance de différenciation de l'intrusion considérée. Avant la mesure du ³⁰Si, il faudra faire l'analyse géochimique pour mettre en évidence la tendance de différenciation.

Techniques : pétrographie, séparation minéralogique, analyses chimiques par fluorescence-X et par ICP-MS, analyses de la composition isotopique de Si par spectrométrie de masse (ULB)

Comité provisoire: J. Vander Auwera (promoteur), L. André (promoteur, MRAC), O. Bolle

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Analyse géochimique et texturale des produits éruptifs du volcan La Picada (Chili)

Le volcan La Picada est localisé dans la zone sud de l'arc volcanique andin à proximité des volcans Osorno et Calbuco qui font actuellement l'objet d'un étude détaillée. Ce volcanisme est lié au contexte général de subduction des plaques Nazca et Antarctique sous l'Amérique du Sud et est largement interprété comme résultant de la libération de fluides issu de la plaque océanique subductée et de leur interaction avec le coin de manteau sus-jacent. L'objectif de ce travail sera de faire l'analyse pétrographique et géochimique détaillée des échantillons récoltés en janvier 2013 de manière à contraindre l'évolution de la chambre magmatique de La Picada et à comparer les produits éruptifs de ce volcan à ceux d'Osorno et de Calbuco. Les échantillons des volcans Cordon Caulle et Villarica prélevés en janvier 2012 seront également inclus dans cette étude. L'analyse quantitative des textures magmatiques constituera l'autre volet de ce travail.

Techniques : échantillonnage, pétrographie, analyses chimiques par fluorescence-X et par ICP-MS, analyse quantitative des textures magmatiques

Comité provisoire: J. Vander Auwera (promoteur), O. Bolle (promoteur), M. Higgins (UQAC), E. Pirard

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Analyse structurale par anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM) de l'intrusion stratiforme de Sept Iles (Québec, Canada)

L'intrusion stratiforme de Sept Iles (Québec, Canada) est une des plus grandes intrusions stratiformes au monde. L'étude structurale envisagée, basée sur la technique de l'anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM), devrait permettre de mieux contraindre la géométrie de l'intrusion et sa structure interne, et de caractériser toute déformation éventuelle.

Les mesures d'ASM seront effectuées en laboratoire, à l'aide d'un susceptomètre (Kappabridge), sur des échantillons carottés. Une étude détaillée des microstructures et de la minéralogie magnétique sera également réalisée, au départ de lames minces et sections polies.

Techniques : pétrographie, ASM

Comité provisoire : O. Bolle (promoteur), M.D. Higgins (promoteur, Université du Québec à Chicoutimi), H. Diot (Université de La Rochelle), J. Vander Auwera

Note importante : l'intrusion stratiforme de Sept Iles est divisée en trois grandes unités, dont une série litée (Layered Series) et une série supérieure (Upper Series) essentiellement granitique. Ces deux unités pourraient être étudiées séparément, par deux étudiants.

Pétrologie, géochimie endogènes et pétrophysique /Minéralogie

Composition des amphiboles des suites HBG et AMC de l'orogenèse svéconorvégienne (Norvège méridionale)

Le magmatisme postcollisionnel de l'orogenèse svéconorvégienne (Norvège méridionale) est représenté par deux suites magmatiques distinctes : la suite AMC (Anorthosite-Mangérite-Charnockite) caractérisée par des faciès riches en orthopyroxène et située exclusivement dans la partie sud-ouest de l'orogène et la suite des granitoïdes à hornblende et biotite (suite HBG) située à l'Est. Il est vraisemblable que ces deux suites magmatiques diffèrent par leur fugacité d'oxygène. Ces deux suites contiennent des amphiboles qui présentent des caractéristiques différentes. L'objectif du présent travail serait de caractériser en détail les amphiboles de ces deux séries et en particulier de déterminer le contenu en Fe3+ d'une sélection d'échantillons. Le laboratoire dispose d'une collection d'échantillons des deux suites magmatiques.

Techniques : Microsonde électronique, Spectroscopie Mössbauer sur une sélection d'amphiboles

Comité : J. Vander Auwera-Coppens (promoteur), O. Bolle, F. Hatert, A.-M. Fransolet

Nom du laboratoire ou du service : Paléobiogéologie-Paléobotanique-Paléopalynologie (www.palaeobiogeo.weebly.com)

Nom du chef de service :Emmanuelle Javaux

Nom du Directeur du mémoire : Emmanuelle Javaux

en collaboration avec Philippe Compère, ULg ; et Kevin Lepot, univ. Lille

Titre : Microfossiles et Evolution des eucaryotes

Exposé du sujet :

Une horloge moléculaire récente (Parfrey et al, 2011) estime l'âge du dernier ancêtre commun des eucaryotes actuels (LECA) à environ 1.9 milliards d'années, en accord avec le registre fossile (Javaux, 2011). Les microfossiles montrent ensuite une diversification des supergroupes dès 1.2 milliards d'années. Deux lignées se serait séparées tôt, celle des opistokontes (animaux, champignons et amoebozoa) et celle qui a donné tous les autres groupes d'eucaryotes, comprenant une grande diversité de protistes ainsi que des eucaryotes photosynthétiques (Katz et al, 2012). Identifier des microfossiles du précambrien permet de dater ces étapes cruciales de l'évolution. Le mémoire consiste à utiliser une approche multidisciplinaire combinant de la morphologie, de l'ultrastructure et de la microchimie comparées de protistes et algues multicellulaires fossiles et actuels, afin d'élucider l'affinité biologique des microfossiles. Les résultats permettront d'améliorer la calibration des horloges moléculaires, de mieux comprendre l'évolution des eucaryotes sur la Terre primitive, et le lien possible avec les changements environnementaux.

Enumération des techniques utilisées :

-préparation des échantillons en laboratoire

-microscopie optique et microscopie électronique à balayage

-photographie numérique

-microscopie électronique à transmission

-micro-spectroscopie infra-rouge

PPM/ Minéralogie

Effet du métamorphisme sur la morphologie, l'ultrastructure et la microchimie de la paroi organique de microfossiles. Simulations en laboratoire et comparaison avec microfossiles du quaternaire au précambrien.

Paléontologie animale

SUJETS DE MEMOIRES PROPOSES DANS LE LABORATOIRE DE PALEONTOLOGIE ANIMALE POUR L'ANNEE ACADEMIQUE 2013-2014

Prof. E. Poty

1. Etude du Dinantien de l'est de la Belgique.

La lithostratigraphie des terrains dinantiens de l'est de la Belgique (région d'Eupen - Plombière) est relativement mal connue. Ainsi, la mauvaise connaissance de l'âge et de la lithologie originelle des unités dolomitiques qui sont regroupées dans la Formation de la Vesdre ne permet pas toujours leur corrélation avec des formations présentes ailleurs. De même, l'âge et la nature de certaines unités calcaires n'ont toujours pas été déterminés. A l'instar de ce qu'on observe dans les dépôts du Synclinorium de Namur, la série renferme des lacunes stratigraphiques qui demandent à être précisées, et d'autres sans doute qui restent à reconnaître. L'objectif du mémoire proposé serait de préciser l'âge (biostratigraphie et stratigraphie séquentielle), la sédimentologie et la lithostratigraphie des terrains tournaisiens et viséens dans cette région, de déterminer leur évolution tectono-sédimentaire et de les corréler avec les séries qui sont connues dans les synclinoriums de Namur et de Dinant.

Promoteur : E. Poty ; collaborateur : L. Hance

Terrain : Levé de coupes dans la région d'Eupen - Plombière.

Techniques : Pétrologie sédimentaire, biostratigraphie élémentaire, reconstitution des milieux de dépôts et de leur évolution dans le temps.

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2. Paléoécologie et corrélation stratigraphique des " petits granits " de l'Ourthe et de Soignies (Tournaisien supérieur).

La Formation de l'Ourthe et le Membre de Soignies (Formation des Ecaussines) sont essentiellement composés de calcaire à crinoïdes et sont largement exploités comme pierre de taille (" petit granit "). Leur environnement de dépôt correspondait à des prairies à crinoïdes dans lesquelles se développaient quelques rares autres organismes (brachiopodes, coraux, bryozoaires,...). La connaissance de la paléoécologie de ces prairies à crinoïdes est relativement mal connue et constituerait le premier objectif du travail proposé. D'autre part, les deux unités présentent des différences dans leurs associations faunistiques (notamment au niveau des coraux) qu'il serait intéressant de préciser, afin d'établir leurs relations stratigraphiques et de définir des critères permettant leur reconnaissance pratique en tant que matériaux de construction .

Promoteur : E. Poty ; collaborateur : L. Hance

Terrain : Levé de coupes dans l'Ourthe (Chanxhe), le Hoyoux (Pont de bonne), la région de Dinant et à Soignies.

Techniques : Etude de sondages, microscopie optique, pétrologie sédimentaire, détermination des assemblages de fossiles, biostratigraphie élémentaire, reconstitution des milieux de dépôts et de leur évolution dans le temps.

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3. Etude de la distribution spatiale des polypiérites et des colonies dans des associations de tétracoralliaires du Paléozoïque supérieur. Stratégie de l'occupation de l'espace.

Au sein des associations coralliennes du Paléozoïque, les espèces coloniales de tétracoralliaires se distinguent fréquemment par des dimensions et des distributions spatiales différentes de leurs polypiérites au sein des colonies. Caractères qui reflètent l'occupation de niches écologiques différentes. L'objet du mémoire serait de comparer les paramètres biométriques et paléoécologiques de différentes espèces (diamètre des polypiérites, nombre d'éléments radiaires, densité des individus dans les colonies branchues, densité du peuplement des différentes espèces, occupation de l'espace, etc.), dans des associations coralliennes d'âges différents (Silurien, Dévonien, Carbonifère) et de déterminer si les distributions de ces paramètres suivent certaines règles - et sont par conséquent l'indice d'évolutions convergentes des espèces dans des environnements comparables - ou sont aléatoires.

Promoteur : E. Poty

Travaux prévus sur le terrain et en laboratoire.

Techniques : Approche statistique, microscopie optique, diverses techniques de base pour la préparation et l'étude des coraux fossiles, levé de terrain pour étude paléoécologique.

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4. Etude stratigraphique et sédimentologique du Viséen supérieur du Condroz

Le Viséen supérieur du Condroz est représenté par la Formation de la Bonne - qui comprend les membres de Thon-Samson et de Poilvache - et la Formation d'Anhée. Soit une épaisseur cumulée d'environ 120 m. Ces unités sont composées de calcaires distribués en séquences bathydécroissantes d'origine eustatiques dans lesquelles dominent les faciès à stromatolites ou supratidaux. L'objectif du mémoire serait de préciser la nature et l'évolution sédimentaire des séquences et la distribution de celles-ci au sein des formations. Le travail se baserait essentiellement sur un forage carotté qui serait complété par des coupes situées dans les vallées du Hoyoux et du Samson.

Promoteur : E. Poty ; collaborateur : L. Hance

Terrain : Levé de coupes dans les vallées du Hoyoux et du Samson.

Techniques : Etude d'un forage carotté, microscopie optique, pétrologie sédimentaire, détermination des assemblages de fossiles, biostratigraphie élémentaire, reconstitution des milieux de dépôts et de leur évolution dans le temps, analyse séquentielle..

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5. Etude des stromatolites du Jurassique supérieur de Wimereux (Boulonnais, France). Comparaison avec les stromatolites du Lac Thétis (Australie)

L'estran de Wimereux expose sur environ 1 hectare un niveau à stromatolites du Jurassique supérieur. Ces stromatolites ont des diamètre pouvant atteindre 3 m et sont semblables à ceux qui sont visibles actuellement dans le Lac Thétis sur la côte ouest de l'Australie. Ce mémoire aurait pour objectif d'étudier les structures et les assemblages bactériens et algaires présents dans ces stromatolites et de les comparer à ceux qui se développent actuellement. L'étude de leur contexte paléoécologique et stratigraphique à Wimereux devrait permettre de pousser plus loin la comparaison avec les formes australiennes et leur habitat.

Promoteurs: E. Poty et E. Javaux. Collaborateur: F. Boulvain.

Travaux prévus sur le terrain à Wimereux et en laboratoire.

Techniques : Levé de terrain pour études stratigraphique et paléoécologique, étude de la distribution des stromatolites de Wimereux, sédimentologie, étude des structures bactériennes et algaires. Microscopie et lames minces.

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6. Lithostratigraphie et paléoenvironnements du Famennien supérieur de vallée de la Vesdre. Corrélation avec la région de Huy-Namur.

La vallée de la Vesdre (Vaux-sous-Chèvremont, Chaudfontaine, Trooz) expose de nombreuses coupes dans le Famennien supérieur à faciès très proximaux, qui comprennent de nombreux niveaux fossilifères (plantes, arthropodes, vertébrés). Le but du mémoire serait d'en préciser la succession lithostratigraphique et paléo-environnementale et d'y caractériser la paléoécologie des associations faunistiques (vertébrés et arthropodes). Plusieurs coupes à Vaux-sous-Chèvremont, Chaudfontaine et Trooz seront à lever et seront comparées à celles des environs d'Esneux, de Huy, Strud, Jausse et Wierde. Des coupes complémentaires dans la région de Theux, dans la vallée de l'Ourthe et du Hoyoux pourraient éventuellement être incluses dans le travail.

Promoteurs : E. Poty et C. Prestiani ; collaborateurs : J. Denayer et B. Mottequin.

Terrain : Levé de coupes dans la région de Vaux-sous-Chèvremont, Chaudfontaine et Trooz.

Techniques : Reconnaissance des ensembles sédimentaires, caractérisation des associations faunistiques, reconstitution des milieux de dépôts et de leur évolution dans le temps, biostratigraphie élémentaire.

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7. Dynamique évolutive des brachiopodes au Frasnien inférieur et moyen dans le Synclinorium de Dinant.

Le Frasnien est une période de profonds changements au sein des faunes de brachiopodes qui présentent un caractère cosmopolite affirmé à l'inverse de celles de la majeure partie du Givetien. Nos connaissances actuelles des brachiopodes de l'intervalle stratigraphique considéré souffrent de nombreuses lacunes : seuls quelques groupes ont été partiellement étudiés (e.a. Spiriferida, Atrypida). L'objet de ce mémoire consistera à préciser la succession des faunes de brachiopodes au sein des formations de Nismes et du Moulin Liénaux (bords sud et sud-est du Synclinorium de Dinant). Cela permettra de détailler leur évolution en fonction des variations du niveau marin.

Promoteurs : B. Mottequin et E. Poty.

Travaux prévus sur le terrain et en laboratoire.

Techniques : Microscopie optique, diverses techniques de base pour la préparation et l'étude des brachiopodes, pétrologie sédimentaire, détermination des assemblages de fossiles, biostratigraphie élémentaire, reconstitution des milieux de dépôts et de leur évolution latérale et dans le temps.

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8. Les associations à brachiopodes du Famennien inférieur dans le Synclinorium de Dinant.

Dans le Synclinorium de Dinant, la base du Famennien inférieur (Formation de la Famenne) se caractérise par une très faible diversité des faunes benthiques qui sont nettement dominées par les brachiopodes. C'est une des nombreuses conséquences de la crise biologique majeure survenue dans la partie supérieure du Frasnien. A première vue, les brachiopodes gagnent en diversité au cours du Famennien inférieur et atteignent des tailles comparables à celles observées avant la crise tardi-frasnienne. Cependant, hormis les brachiopodes de la base du Famennien inférieur qui ont été revus récemment et les rhynchonellides, force est de constater que nous n'avons qu'une idée très partielle de la diversité et de la dynamique évolutive de ces invertébrés pour l'ensemble du Famennien inférieur.

Promoteurs : B. Mottequin et E. Poty.

Travaux prévus sur le terrain et en laboratoire.

Techniques : Microscopie optique, diverses techniques de base pour la préparation et l'étude des brachiopodes, pétrologie sédimentaire, détermination des assemblages de fossiles, biostratigraphie élémentaire, reconstitution des milieux de dépôts et de leur évolution latérale et dans le temps.

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9. Paléoécologie et paléodiversité des faunes de brachiopodes de la Formation de Souverain-Pré (Famennien, Synclinorium de Dinant).

La Formation de Souverain-Pré, d'âge Famennien moyen à supérieur, se compose essentiellement de siltites gréseuses à nodules calcaires et de calcaire silteux qui témoignent d'un retour à des environnements marins ouverts après les dépôts littoraux dominés par les sédiments silicoclastiques de la Formation d'Esneux sous-jacente. Elle a livré localement d'intéressantes macrofaunes, incluant principalement des brachiopodes (e.a. Spiriferida, Athyridida). L'objet de ce mémoire serait de préciser les associations fauniques en présence ainsi que la paléoécologie des brachiopodes. Ce travail s'appuierait sur du matériel soigneusement récolté dans plusieurs coupes du bord sud-est du Synclinorium de Dinant (Haversin, Chevetogne) et serait ensuite élargi à l'étude d'affleurements situés sur son flanc méridional (Sivry, etc.).

Promoteurs B. Mottequin et E. Poty. Collaborateur : J.-M. Marion.

Travaux prévus sur le terrain et en laboratoire.

Techniques : Microscopie optique, diverses techniques de base pour la préparation et l'étude des brachiopodes, pétrologie sédimentaire, détermination des assemblages de fossiles, biostratigraphie élémentaire, reconstitution des milieux de dépôts et de leur évolution latérale et dans le temps.

Argiles, géochimie et environnements sédimentaires

Thème A: Reconstruction paléoenvironnementale en milieu continental

LAC : Enregistrement des changements environnementaux dans les sédiments du lac Esponga (Patagonie, Chili)

Les sédiments lacustres de Patagonie chilienne sont des archives des changements environnementaux des derniers millénaires. Nous proposons d'étudier une séquence sédimentaire du lac Esponga (45°S 72°W, région de Aysen, Patagonie chilienne) afin de caractériser les principaux composants sédimentaires (détritique, biologique, volcanique) et d'identifier leurs sources. Notre objectif est de comparer les changements environnementaux identifiés dans cette séquence à d'autres enregistrements afin de déceler les tendances locales des influences plus régionales.

Matériel: Carottes courtes prélevées dans plusieurs lacs (mission 2011). Possibilité de participer à une mission de terrain en Patagonie sous réserve de bourse.

Méthodes: imprégnation, réalisation de lames minces et observation microscopique ; susceptibilité magnétique, granulométrie laser, dosage matière organique par perte au feu, minéralogie par diffraction des rayons X sur poudre et argile; géochimie élémentaire organique et inorganique (rapport C/N, scan XRF).

Promoteur: N. Fagel

Collaborateurs: R. Urrutia (Concepcion, Chili), G. Lepoint (Océanologie), D. Strivay (CEA)

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SPELEOTHEMES : Etude des stalagmites de Bouge et Mazy (Province de Namur), influence du réchauffement climatique récent et reconstruction paléoenvironnementale.

De petites stalagmites ont été échantillonnées dans des carrières de Bouge et Mazy dans la région de Namur. Les concrétions carbonatées se sont développées depuis 100 à 150 ans, suite à l'abandon des carrières. La stalagmite de Mazy (5 mm) est finement laminée, celle de Bouge (2 cm) n'est pas laminée à l'échelle macroscopique mais présente un taux de croissance beaucoup plus rapide. L'étude vise à décrire les deux concrétions carbonatées et, si possible, à les dater par comptage des lamines. L'épaisseur des lamines pourra être comparée aux données météorologiques instrumentales (température, précipitation). L'évolution de rapports géochimiques Mg/Ca, Sr/Ca et Ba/Ca serviront à reconstituer les conditions hydrologiques. Ces séries temporelles pourront ensuite être confrontées aux courbes de précipitation. Des analyses de la concentration en éléments métalliques couplées à des analyses des isotopes du Pb permettront de metre en evidence l'évolution des pollutions atmosphériques en wallonie au cours du dernier siècle.

Méthode: Radiographie X, lame mince et observation microscopique ; analyse géochimique élémentaire ICP-MS (en collaboration avec MRAC) ; analyse isotopique du plomb (MC-ICP-MS, en collaboration avec ULB)

Promoteur: Nathalie Fagel (ULg)

Co-promoteur : Sophie Verheyden (BELSPO/VUB)

Collaboration : Nadine Mattielli (ULB), Luc André (MRAC)

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Thème B: Argiles, Géoressources

Etude des gisements argileux de la région de Foumban, Ouest Cameroun

Dans le cadre d'une collaboration entre le Laboratoire de traitement des minerais et de recyclage (GEMME, Faculté Sciences Appliquées), et le Département de Géologie, plusieurs échantillons d'argiles naturelles camerounaises ont été caractérisés. Les premiers résultats ont montré que les matériaux argileux de la région de Foumban peuvent être valorisées dans le domaine de la céramique. Le choix de la région de Foumban se justifie par l'abondance des gisements potentiels de kaolin (utilisables comme matières premières pour l'élaboration des pièces réfractaires pour four ou comme charge minérale industrielle) et par l'abondance des indices d'argiles pour briques de terre aux environs de Foumban. La région concernée est l'ensemble des Hauts Plateaux de l'Ouest et du Nord Ouest Cameroun, dans un rayon de 50 Km aux environs de Foumban. Les zones d'actions prioritaires sont celles où des indices d'argiles, de kaolin ou autre matériau argileux ont été décrits ou signalés. L'exploration, la description des affleurements et la cartographie des gisements se feront en utilisant les méthodes classiques de prospection des argiles. L'échantillonnage se fera au cours de la prospection. Le critère de sélection des échantillons sera basé sur la variabilité des matériaux et la représentativité des faciès. Le traitement par diffraction des rayons X et l'exploitation des données de terrain ainsi que la réalisation des cartes thématiques se feront en collaboration avec l'Université de Liège (GEMME et AGEs), avec le concours local du Laboratoire de Géologie Appliquée - Métallogénie de l'Université de Yaoundé I et d'autres experts locaux.

Matériel: Echantillonnage des carrières argileuses. Mission possible au Cameroun, sous réserve de financement

Méthode: Diffraction des rayons X, SIG

Promoteur: Nathalie Fagel

Collaborateur: Eric Pirard (GEMME), Pierre Flament (INISMa, Mons)

Minéralogie et Cristallochimie

Thème I : Les minéraux de Belgique

1.- Etude minéralogique des hydroxydes de fer dans les " pouhons " du Massif de Stavelot

Le Massif de Stavelot est parsemé de nombreuses sources fortement ferrugineuses, appelées " pouhons ". Des mesures du contenu en radon de nombreux échantillons géologiques de notre pays ont montré que ces " pouhons " étaient particulièrement radioactifs, et plus de 200 échantillons de boues ferrugineuses y ont été prélevés et analysés afin de mesurer leur contenu en radon. Ces échantillons sont maintenant à notre disposition, et il nécessaire d'en caractériser la minéralogie, afin de déterminer quelle phase minérale est porteuse des teneurs élevées en uranium (ou thorium) à l'origine de l'émission de radon. Existe-t-il, dans ces échantillons, des minéraux uranifères comme l'uraninite ? L'uranium se trouve-t-il sous forme de minéraux plus oxydés ? Cet élément est-il présent en substitution dans la goethite/limonite qui constitue la majeure partie de ces boues ? Telles sont les questions qui font l'objet de ce travail.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et monocristaux, microsonde électronique, microscopie en lumières réfléchie et transmise, microscope électronique à balayage.

Terrain: Quelques jours pour collecter de nouveaux échantillons dans les " pouhons " les plus radioactifs.

Comité: F. Hatert (Promoteur), F. Boulvain, N. Fagel, L. Leclercq (Station scientifiques des Hautes Fagnes).

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2.- Les minéraux de tellure de Salmchâteau

Le filon minéralisé en sulfures de cuivre de Salmchâteau est bien connu pour les minéraux de tellure qui y ont été décrits: téinéite, paratellurite et balyakinite. La récolte de nouveaux échantillons sur le terrain est actuellement impossible, car le filonnet riche en tellure a disparu depuis plusieurs années. Une caisse contenant une centaine d'échantillons prélevés voilà plus de 25 ans nous a été fournie pour analyse. Ces échantillons contiennent des minéraux de tellure non encore décrits à Salmchâteau: tellurites et tellurates aux couleurs variées, tellurures opaques sur lesquels des analyses à la microsonde électronique et par diffraction des rayons X doivent être réalisées.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et monocristaux, microsonde électronique, microscopie en lumière réfléchie, microscope électronique à balayage.

Terrain: Néant.

Comité: F. Hatert (Promoteur), J. Vander Auwera, S. Philippo (MHNL, Luxembourg).

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3.- Etude minéralogique de l'or et de ses minéraux accompagnateurs, sur le pourtour du massif Cambro-ordovicien de Serpont

L'or est présent comme minéral alluvionnaire dans de nombreux ruisseau ardennais. Ce métal précieux fut exploité de manière intensive par nos ancêtres celtes et romains ; ces exploitations ont laissé dans le paysage de nombreux tertres d'orpaillage, petites buttes de sédiments dont le diamètre peut atteindre 15 m et la hauteur 5 m. Il reste toutefois de nombreuses questions relatives à cet or ardennais, concernant notamment les processus géologiques qui ont conduit à sa formation et à sa concentration en certaines zones de notre pays.

Si l'on reporte sur une carte géologique la distribution des tertres d'orpaillage, on remarque qu'ils sont systématiquement localisés en bordure des massifs cambro-ordoviciens (Rocroi, Serpont, Stavelot). Cette constatation a incité Hanssen & Viaene (1979) à étudier de manière systématique la distribution et la morphologie des paillettes d'or prélevées dans les cours d'eau qui parcourent la bordure sud-est du Massif de Stavelot. Leur conclusion est que l'or a été concentré par un processus sédimentaire dans les conglomérats et arkoses lochkoviens qui bordent le Massif de Stavelot.

A ce jour, aucune étude similaire n'a été réalisée autour du petit Massif de Serpont, localisé près de Libramont, en Ardenne. Ce mémoire propose de réaliser cette étude, en récoltant des sédiments denses dans tous les ruisseaux parcourant le Massif de Serpont, et en étudiant le nombre et la morphologie des paillettes d'or qu'ils contiennent. L'analyse minéralogique de ces sédiments sera complétée par des analyses chimiques quantitatives (microsonde électronique) de tous les minéraux accompagnateurs de l'or.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et monocristaux, microsonde électronique, microscopie en lumières réfléchie et transmise, microscope électronique à balayage.

Terrain: Deux à trois semaines en Ardenne.

Comité: F. Hatert (Promoteur), E. Pirard (ARGENCO), F. Boulvain, S. Philippo (MHNL, Luxembourg).

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Thème II : Les minéraux de gisements étrangers

4. - Etude minéralogique et genèse de la minéralisation Pb-Zn-Ag de la mine de La Vidale, France

La mine de " La Vidale " est une ancienne mine Pb-Zn-Ag exploitée depuis l'époque romaine au hameau de Vernet le Haut, Asprières, Midi-Pyrénées, France. Le filon principal affleure sur près de 3 Km, et est minéralisé en chalcopyrite, sphalérite et galène argentifère ; il a produit au total plus de 10.000 tonnes de minerai.

D'un point de vue géologique les travaux sont réalisés sur une zone très complexe et mal connue, où affleurent gneiss, micaschistes, amphibolites, leptinites et diorites. La mine est en cours de stabilisation depuis 2005, pour l'intérêt minéralogique et historique qu'elle représente. En effet, de nombreux échantillons de belle qualité ont été extraits de cette mine, notamment des pyromorphites spectaculaires.

Le but de ce travail est de réaliser une étude minéralogique détaillée des échantillons provenant de la mine de La Vidale. Cette étude sera couplée avec un levé sur le terrain et en galeries, afin de mieux cerner la relation entre les filons et leur encaissant. Une étude géochimique viendra compléter les données disponibles, et permettra de préciser les processus de mise en place de ce gisement exceptionnel.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et monocristaux, microsonde électronique, microscope électronique à balayage, microscopie en lumières transmise et réfléchie, analyses géochimiques.

Terrain: Deux à quatre semaines sur le terrain (notamment en galeries ; goût pour la spéléologie nécessaire).

Comité: F. Hatert (Promoteur), J. Vander Auwera, S. Philippo (MHNL, Luxembourg).

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5. - Genèse et minéralogie des " pegmatites " à terres rares du Binntal méridional, Valais, Suisse

Les gneiss du Binntal méridional (Valais, Suisse) sont anormalement enrichis en terres rares (TR) (220-310 ppm). Récemment, des travaux de terrain ont permis de localiser des minéralisations en TR localisées dans une bande de gneiss à deux micas de 50 m de puissance et de 2 à 5 km d'extension latérale. Les TR s'expriment sous la forme de silicates, oxydes, carbonates, phosphates et arséniates (allanite-(Ce), xénotime-(Y), bastnaesite-(Ce), monazite-(Ce), minéraux du groupe de la crichtonite et de la gadolinite, etc.). Un peu de béryllium (helvite, bertrandite) et beaucoup de fer (hématite) complètent l'association. Ces espèces se rencontrent exclusivement dans des passées filoniennes à grands cristaux de quartz, feldspaths et micas qui rappellent fortement des pegmatites mais dont l'origine est obscure. Il ne semble pas qu'un tel type de minéralisation ait déjà été signalé ailleurs dans le monde. Ce sujet d'étude s'inscrit dans la meilleure compréhension des gisements de terres rares qui sont des éléments utilisés massivement dans les nouvelles technologies.

Les deux principaux objectifs de ce travail sont : 1) la genèse de ces minéralisations ; 2) la minéralogie détaillée des corps minéralisés, avec un accent particulier porté aux minéraux du groupe de la crichtonite et de la gadolinite. Le travail comprend la cartographie, l'échantillonnage et la description des minéralisations ainsi que des études et analyses en laboratoire. Une supervision et aide du travail de terrain est effectuée par les chercheurs locaux.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et monocristaux, microsonde électronique, microscopie en lumière transmise, analyses géochimiques.

Terrain: Une à deux semaines dans les Alpes (l'affleurement est localisé à +/- 3000 m d'altitude).

Comité: F. Hatert (Promoteur), N. Meisser (Lausanne, Suisse), J. Vander Auwera, S. Philippo (MHNL, Luxembourg).

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6. - Les minéraux cuprifères associés à la buttgenbachite en RDC

La buttgenbachite, minéral dédié au minéralogiste liégeois Henri Buttgenbach (1874-1964), est un nitrate de cuivre de composition Cu₃₆(NO₃)₂Cl₆(OH)₆₄.nH₂O, décrit pour la première fois dans la mine Panda, zone de Likasi, Katanga. Ce minéral bleu fibreux est associé à une série d'autre espèces proches, comme par exemple la likasite, Cu₃(NO₃)(OH)₅.2H₂O, la gerhardite, Cu₂(NO₃)(OH)₃, et la connellite, Cu₃₆(SO₄)(OH)₆₂Cl₈·6H₂O. La distinction macroscopique entre ces différents minéraux est délicate, et leur identification repose essentiellement sur la détection des groupements NO₃^- et Cl^-. Le but de ce travail est d'effectuer l'analyse minéralogique détaillée d'une quarantaine d'échantillons provenant du gisement type, et localisés au Museum d'Histoire Naturelle de Luxembourg, à l'Université de Liège et au Musée royal de l'Afrique Centrale (Tervueren). Ces analyses nécessiteront notamment des études cristallographiques détaillées sur monocristaux, ainsi que des analyses ponctuelles par spectrométries Raman et infrarouge.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et monocristaux, microsonde électronique, microscope électronique à balayage, Spectrométries Raman et infrarouge.

Terrain: Néant.

Comité: F. Hatert (Promoteur), S. Philippo (MHNL, Luxembourg), F. Mees (MRAC, Tervueren).

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7. - Le statut minéralogique de la varlamoffite

La varlamoffite, (Sn,Fe)(O,OH)₂, se rencontre en enduits terreux brunâtres à jaunâtres associés à la cassitérite, dans certaines pegmatites d'Afrique centrale. Ce minéral n'est plus repris dans la majorité des ouvrages de référence en minéralogie, mais n'a jamais été officiellement discrédité. Récemment, la CNMNC (Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification) de l'Association Minéralogique Internationale (IMA) a proposé de discréditer cette espèce, mais cette demande a été refusée à cause du manque d'arguments disponibles.

Le présent mémoire propose d'élucider le statut minéralogique de la varlamoffite en vérifiant si cette espèce est équivalente à une cassitérite ou non. Pour ce faire, il sera nécessaire dans un premier temps de rassembler une série d'échantillons de varlamoffite provenant de divers musées européens (IRSNB, Bruxelles ; MRAC, Tervuren ; MHNL, Luxembourg ; Ecole des Mines, Paris), et dans un second temps de caractériser ces échantillons à l'aide de nombreuses techniques spectroscopiques, de diffraction des rayons X et d'analyses chimiques.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres, microsonde électronique, analyses chimiques par voie humide, microscopie en lumière réfléchie, spectroscopie Mössbauer, spectroscopie infrarouge, analyse thermique, fluorescence X.

Terrain: Quelques jours dans les musées européens.

Comité: F. Hatert (Promoteur), J. Vander Auwera, S.Philippo (MHNL, Luxembourg).

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8. - Cristallochimie et métallogénie de la vésuvianite du Banat et des Monts Bihor, Roumanie

Toute comme la staurolite et les tourmalines, la vésuvianite a récemment fait l'objet de recherches cristallochimiques détaillées. Il s'agit d'un minéral complexe, acceptant de nombreuses substitutions.

On l'observe notamment et fréquemment dans les skarns de Roumanie, sous forme de cristaux bien développés. Ces occurrences n'ont cependant pas encore fait l'objet d'investigations fines. Les travaux à effectuer vont de la description morphologique aux analyses spectroscopiques (infrarouge, voire spectroscopie Mössbauer) en passant par l'analyse chimique à la microsonde électronique et la mesure des paramètres cristallographiques. Les données sont ensuite à replacer dans le contexte géologique des skarns de haute température, bien documentés et étudiés par les collègues roumains.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres, microsonde électronique, microscopie en lumière réfléchie, microscope électronique à balayage.

Terrain: Dix jours en Roumanie.

Comité: F. Hatert (Promoteur), J. Vander Auwera, S. Marincea (IGR, Roumanie).

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Thème III : Les phosphates

9. -Variation du cation bivalent dans les composés NaM²⁺PO₄

NaMnPO₄ est connu dans la pegmatite de Branchville, Connecticut ; c'est la natrophilite à structure olivine. NaFePO₄ présente deux polymorphes : la maricite et la karenwebberite, récemment décrite. Ces phases présentent différents types structuraux, sont on ne connaît pas les domaines de stabilité. Il faudrait suivre ces transitions polymorphiques lorsque l'on fait varier le cation bivalent (Mg, Cd, Ca, Zn, Ni, Co, Fe²⁺) et apporter le plus de précisions sur ces transformations en caractérisant les différents types structuraux. Les méthodes mises en œuvre seront la synthèse par voie sèche, la diffraction des rayons X et l'analyse structurale par la méthode Rietveld ou sur monocristaux. La spectroscopie infrarouge serait également bienvenue.

Techniques: Synthèse hydrothermale, diffraction des rayons X sur poudres, affinements structuraux sur poudres (méthode de Rietveld) ou sur monocristaux, spectroscopie infrarouge, microsonde électronique.

Terrain: Néant.

Comité: F. Hatert (Promoteur), A.-M. Fransolet, F. Boschini (LCIS).

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10. -Synthèse hydrothermale de phospho-silicates à structure olivine : miscibilité entre la triphylite [LiFe(PO4)] et la fayalite [Fe2(SiO4)], et applications géothermométriques

La triphylite, LiFe(PO₄), est un phosphate primaire que l'on rencontre dans les pegmatites granitiques à éléments rares. Ce phosphate présente une structure cristalline semblable à celle des minéraux du groupe de l'olivine, et des analyses chimiques à la microsonde électronique ont montré des teneurs en Si atteignant 1 % poids SiO₂ dans certaines triphylites pegmatitiques. D'autre part, en contexte météoritique et dans certains skarns, l'olivine peut également contenir plusieurs % en poids de P₂O₅. Ces analyses semblent donc indiquer qu'une miscibilité partielle entre phosphates et silicates à structure olivine existe dans la Nature.

Le but de ce travail est de démontrer expérimentalement que cette miscibilité existe. Il faut pour cela réaliser des expériences par voie hydrothermale, afin d'obtenir des termes intermédiaires entre la fayalite et la triphylite. L'analyse des cristaux synthétisés à différentes températures permettra de connaître l'étendue de la miscibilité à différentes températures, permettant ainsi l'établissement d'un nouvel outil géothermométrique.

Techniques: Synthèse hydrothermale, diffraction des rayons X sur poudres, affinements structuraux sur poudres (méthode de Rietveld) ou sur monocristaux, spectroscopie infrarouge, microsonde électronique.

Terrain: Néant.

Comité: F. Hatert (Promoteur), A.-M. Fransolet, J. Vander Auwera.

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Thème IV : Les minéraux des météorites

11. - Météorites nouvelles et indéterminées des collections de l'Université de Liège : caractérisation minéralogique, géochimique et pétrographique

La collection de météorites de l'Université de Liège recèle des échantillons exceptionnels de grande valeur historique. La météorite d'Ensisheim (chute le 16-11-1492 à Ensisheim, Alsace, France) est la première dont la chute ait été observée et datée précisément, et la météorite de l'Aigle (chute le 26-4-1803 dans l'Orme, France) a permis à Jean-Baptiste Biot de démontrer que les météorites étaient bel et bien des objets célestes. Dans nos collections figurent également trois météorites tombées en Belgique : St Denis Westrem (chute le 7-6-1855), Tourinne la Grosse (chute le 7-12-1863) et Lesves (chute le 13-4-1896).

Le but de ce mémoire est d'étudier deux échantillons de météorites métalliques de grande taille (> 1 kg), dont la provenance est totalement inconnue. Il s'agit ici d'un véritable travail d'enquête : il faut analyser ces échantillons sous toutes les coutures (analyses chimiques des éléments majeurs, des éléments en traces, …), afin de déterminer avec certitude la météorite dont ils sont issus. De plus, ce travail vise à caractériser la minéralogie d'un autre échantillon exceptionnel, une chondrite tombée récemment en Roumanie et qui n'a jamais été décrite dans la littérature. L'analyse de cet échantillon permettra de le faire reconnaître par la " Meteoritical Society " comme météorite officielle.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et sur monocristaux, microsonde électronique, microscopie en lumière réfléchie et en lumière transmise, analyses chimiques par fluorescence X.

Terrain: Néant.

Comité: F. Hatert (Promoteur), J. Vander Auwera, S. Philippo (MNHNL).

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Thème V : Gemmologie-archéométrie

12. - Elaboration d'une base de données Raman de gemmes

Le CEA (Centre Européen d'Archéométrie) est localisé à l'ULg ; sa mission est d'appliquer des méthodes analytiques de pointe à l'étude d'objets archéologiques. Dans ce but, le CEA a récemment acquis plusieurs instruments performants, notamment un spectromètre Raman portable. Cet appareil est destiné à être utilisé pour caractériser les gemmes sur le terrain, notamment dans les trésors et musées (voir sujet de mémoire ci-dessous).

Le but de ce travail est d'élaborer une base de données de spectres Raman, afin de l'utiliser dans l'analyse de gemmes provenant de collections belges. Les gemmes analysées seront celles des collections du Laboratoire de Minéralogie de l'ULg, du Musée d'Histoire Naturelle de Luxembourg, et de l'Institut Royal des Sciences Naturelles de Belgique. La base de données sera ensuite testée sur quelques pièces exceptionnelles des collections du Musée Curtius.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et sur monocristaux, microsonde électronique, spectrométrie Raman, spectrométrie infrarouge, analyses par fluorescence X.

Terrain: Néant.

Comité: F. Hatert (Promoteur), D. Strivay (CEA; co-promoteur), H. Calvo del Castillo (CEA).

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13. - Etude gemmologique des collections du Musée Curtius, Liège

Le Musée Curtius possède une impressionnante collection de pièces d'orfèvrerie, qui comprend notamment le célèbre évangéliaire de Notger et le triptyque-reliquaire de la vraie Croix. Ces pièces exceptionnelles n'ont toutefois jamais fait l'objet d'une étude gemmologique détaillée.

Le CEA (Centre Européen d'Archéométrie) a récemment acquis un spectromètre Raman portable ; cet appareil est destiné à être utilisé pour caractériser les gemmes sur le terrain, notamment dans les trésors et musées (voir sujet de mémoire ci-dessus). Le présent travail comporte deux étapes : 1) l'élaboration d'une base de données succincte de spectres Raman de gemmes ; 2) l'étude de nombreuses pièces des collections du Musée Curtius, dans lesquelles des gemmes sont serties. Cette étude permettra certainement de mieux comprendre l'origine des gemmes utilisées pour la fabrication de ces pièces muséales, en déterminant notamment les provenances possibles des minéraux utilisés.

Techniques: Diffraction des rayons X sur poudres et sur monocristaux, microsonde électronique, spectrométrie Raman, spectrométrie infrarouge, analyses par fluorescence X.

Terrain: Néant.

Comité: F. Hatert (Promoteur), D. Strivay (CEA; co-promoteur), H. Calvo del Castillo (CEA).

Géorisques et Environnement

Mémoires/TFE possibles en 'Géorisques et Environnement' 2013-2014

Promoteur Hans-Balder Havenith

Pour Géologues

1) Modélisation géologique 3D de la Fenêtre de Theux et étude du potentiel en géothermie profonde dans le Massif de la Vesdre et dans la partie nord du Massif de Stavelot.

-Missions en 2013 et 2014 : cartographie géologique et études structurales-tectoniques

-Collaboration : Service Géologique de Belgique, RWTH Aachen (+éventuellement GFZ Potsdam… ERASMUS ?).

-10 Mots-clés: modélisation géologique 3D, SIG, analyse spatiale, cartographie géomorphologique-structurale, tectonique, Fenêtre de Theux, sismicité, géothermie, Massifs de la Vesdre et de Stavelot.

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2) Evaluation de la contribution sismique possible au déclenchement des glissements de terrain dans la région de Herve et en Ardenne Flamande.

-Missions en 2013 et 2014: mesures GPS, études géologiques-géomorphologiques, études des impacts historiques des glissements de terrain dans les deux régions d'étude, campagnes microsismiques.

-Collaboration : ULg, ULeuven.

-10 Mots-clés : télédétection optique, images multi-spectrales, images haute-résolution, SIG, aléa sismique, calcul de susceptibilité aux glissements de terrain, analyse spatio-temporelle, inventaire d'impacts socio-économiques, région de Herve, Ardenne Flamande.

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3) Microzonage sismique de la ville d'Aix-la-Chapelle.

-Missions en 2013 et 2014: campagnes microsismiques.

-Collaboration : RWTH Aachen.

-10 Mots-clés : SIG, analyse spatio-temporelle, aléa sismique régional, microzonage sismique, effets de site, sismicité récente, évaluation du potentiel d'impact des séismes.

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4) Evaluation de l'aléa sismique et des risques associés affectant la ville de Bujumbura, Burundi.

-Missions en 2013: campagnes microsismiques et sismologiques

-Collaboration : Musée Royal d'Afrique Centrale - Projet BELSPO 'GeoRisCA'

-10 Mots-clés : calculs probabilistes et déterministes, SIG, analyse spatio-temporelle, aléa sismique régional, microzonage sismique, effets de site, sismicité récente, évaluation du potentiel d'impact des séismes, Bujumbura, Burundi, Rift Est Africain.

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5) Etude des impacts existants et potentiels des glissements de terrain dans le Rift Est-Africain (application dans la région de Bujumbura)..

-Missions en 2013: mesures GPS, études géologiques-géomorphologiques et géophysiques, études des impacts récents de glissements de terrain à Bujumbura, Burundi

-Collaboration : Musée Royal d'Afrique Centrale - Projet BELSPO 'GeoRisCA'

-10 Mots-clés : télédétection optique, images haute-résolution, SIG, aléa sismique, microzonage sismique, calcul de susceptibilité aux glissements de terrain, analyse spatio-temporelle, inventaire d'impacts socio-économiques, évaluation du potentiel d'impact futur, Lac Kivu, Bujumbura, Burundi.

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6) Etude de la sismicité historique et de ses impacts (p.ex. liés aux séismes M>7 de Caldiran, 1976 ; Spitak, 1988 ; Lac de Van, 2011) sur le Haut Plateau Arménien et dans le Petit Caucase (Turquie et Arménie).

-Missions (à confirmer !!) en 2013: mesures GPS, études géologiques-géomorphologiques, campagnes microsismiques.

-Collaboration : ULg, GEORISK Scientific Research Company, Yerevan, Arménie.

- 10 Mots-clés : télédétection optique, images multi-spectrales, images haute-résolution, SIG, analyse spatio-temporelle, patterns géomorphologiques, cartographie géomorphologique-structurale, sismicité historique, Mont Ararat, Anatolie de l'Est.

Rem : rédaction en anglais.

L. François

1) Etude de la dynamique du CO2 dans les sols d'une jeune forêt (site de la Robinette, Hautes-Fagnes). Ce projet vise à étudier l'impact du changement climatique sur la séquestration de dioxyde de carbone par les forêts, particulièrement en relation avec les accords de Kyoto. Ce travail s'attachera plus spécialement à la composante " sol " du cycle du carbone en forêt. Des mesures de pressions partielles de CO₂ du sol sont effectuées sur le site. Par ailleurs, une chambre automatique de mesure des flux de sol (respiration des racines et des microorganismes) sera bientôt installée sur le site. L'étudiant participera à l'installation de cet équipement, analysera les premières données, ainsi que celles déjà acquises pour les pressions partielles, et mettra cet ensemble de données en relation avec les paramètres météorologiques mesurés sur le site. Les flux de CO2 de sol seront également comparés aux mesures de l'échange net de CO₂ entre l'atmosphère et l'écosystème obtenues par la méthode des covariances de turbulences.

Coll.:M.Aubinet, Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux; M. Carnol, Institut de Botanique, Université de Liège

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2) Modélisation couplée de l'hydrologie et de l'altération chimique des roches. Ce projet vise à décrire les flux d'eau et d'ions majeurs entre la végétation, le sol, les réserves souterraines et le ruisseau dans le bassin versant de la Robinette (Hautes Fagnes). Ce travail s'appuie sur divers modèles développés au LPAP: (1) un modèle des cycles de l'eau et du carbone dans la végétation et le sol, (2) un modèle décrivant les interactions eau-roche et permettant de calculer la composition chimique des solutions de sol. Une comparaison avec des bassins versants situés dans les Vosges (France) pourra être effectuée.

Coll.: M. Carnol, Institut de Botanique, Université de Liège; E. Dambrine, INRA, Nancy; C. France-Lanord, J. Carignan, CRPG, Nancy; J. Schott, LMTG, Toulouse

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3) Modélisation des paléo-végétations. Sur base de reconstructions climatiques provenant de modèles de circulation générale (GCM), il s'agira de reconstruire la distribution de la végétation à diverses époques du passé, par exemple le Miocène Moyen (15 Ma), le Pliocène (3-4 Ma), la dernière glaciation (21 ka) ou l'Holocène (diverses périodes comme 9 ka, 6 ka, 5 ka). Ce travail utilisera le modèle CARAIB développé au LPAP. Une comparaison avec des données palynologiques sera effectuée. Un accent sera mis sur le développement de la méthodologie adoptée pour la comparaison entre le modèle et les données. Un volet palynologique, plus expérimental, est possible en collaboration avec R. Cheddadi ou J.-P. Suc.

Coll. G. Munhoven, A. Henrot, LPAP, Université de Liège; J.-P. Suc, Université de Lyon; R. Cheddadi, Université de Montpellier II + participants au projet DECVEG du programme Euroclimate de l'European Science Foundation

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4) Modélisation de l'impact d'une orogenèse sur le cycle du carbone : les événements globaux de la limite Frasnien-Famennien.

A l'aide d'un modèle couplé géochimie-climat développé au LPAP, il s'agira d'analyser l'impact de l'orogenèse de la chaîne acado-éovarisque sur l'évolution du cycle du carbone, du niveau de CO₂ et du climat à la fin du Frasnien et au début du Famennien (ca 376 Ma). Cette période est marquée par une chute significative de la biodiversité (une des 5 grandes crises du Phanérozoïque) et par des changements environnementaux drastiques contemporains d'un refroidissement global du climat conduisant à la mise en place de calottes de glace aux hautes latitudes au Famennien supérieur. Il a été montré que le début des perturbations environnementales du Dévonien supérieur était contemporain de l'enfouissement accru de carbone organique et de carbonates dans les sédiments marins (les événements Kellwasser). L'analyse de traceurs géochimiques a pu montrer que ce stockage massif de carbone résultait d'une augmentation notable de la productivité primaire océanique induisant de façon étendue dans les bassins épicontinentaux, des conditions disoxiques à anoxiques des eaux de fond. Sur le modèle des chaînes tertiaires, il a été proposé que l'augmentation de l'altération continentale (résultant de l'orogenèse) soit le mécanisme de base de ce processus, fertilisant largement les mers suite à l'augmentation du transfert des nutriments depuis les continents. L'augmentation de l'altération continentale et le stockage massif de carbone dans les sédiments océaniques sont susceptibles d'avoir participé à une baisse significative de la concentration en CO₂ de l'atmosphère au Dévonien supérieur, conduisant ainsi à un refroidissement généralisé du climat terrestre au Famennien.

Coll. O. Averbuch, N. Tribovillard, V. Lefèbvre, T. Servais, Université de Lille

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5) Modélisation de l'évolution du CO₂ atmosphérique et du climat au Cénozoïque

Le Cénozoïque est une période marquée par un refroidissement progressif et, selon les divers indicateurs disponibles (densité stomatique sur les feuilles fossiles, fractionnement isotopique en ¹³C et isotopes du bore), une diminution du niveau de CO₂ dans l'atmosphère. On pense que ces changements sont à mettre en rapport avec la surrection de diverses chaînes de montagnes (dont l'Himalaya) au cours du Cénozoïque. Les orogenèses augmentent le taux d'érosion physique et favorisent l'altération chimique des roches, et donc la consommation de CO₂ atmosphérique par l'altération des silicates. Par ailleurs, en raison de l'augmentation de la sédimentation clastique, les orogenèses tendent à augmenter le taux de séquestration de carbone organique, ce qui a également pour conséquence une diminution du CO₂ atmosphérique. Des chercheurs du LPAP ont développé un modèle couplé géochimie-climat capable de reproduire dans les grandes lignes l'évolution du cycle du carbone au Cénozoïque. En plus des cycles géochimiques directement liés à celui du carbone, ce modèle incorpore également le cycle du bore, ce qui permet de le confronter aux données isotopiques disponibles ( 11B des coquilles d'organismes marins). Il s'agira d'affiner ce modèle en vue de représenter de manière plus réaliste l'impact de l'érosion physique sur l'altération chimique des roches (sur base de données dont disposent nos collaborateurs). Un autre développement possible consiste à introduire un cycle de l'osmium ou du calcium afin de contraindre le modèle par les données isotopiques disponibles pour ces éléments.

Coll. J. Gaillardet, IPGP, Paris; Y. Goddéris, LMTG, Toulouse; L. Reisberg, CRPG, Nancy

Hydrogéologie (Fac. Sc. Appliquées)

Aquifer recharge from losing intermittent and ephemeral streams (Australie, Flinders University) - Mémoire + Stage

Personnes de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377),

Jordi Batlle-Aguilar (jordi.batlleaguilar@flinders.edu.au)

Ephemeral losing streams play an undeniable role in recharging aquifers in arid and semi-arid areas around the world. This is particularly the case of Australia, where most of the rivers and streams only flow after an important rainfall event or during the wet season. These rivers form a major recharge mechanism for aquifers. However, little is known about mechanisms governing their connectivity with aquifers, infiltration processes and estimation of groundwater recharge.

This work will be performed during at Flinders University (Adelaide, South Australia), within the National Centre for Groundwater Research and Training (NCGRT, http://www.groundwater.com.au/). The student will be involved within a wide project where the objectives are: 1) to identify the interface between gaining and losing conditions along a stream and tracing its longitudinal movement through seasons and its relation to groundwater levels and the subsequent response of surface water flows (duration and extent); 2) to examine in detail the rates and patterns of water infiltration from losing streams via infiltration tests.

This work experience covers a wide range of field works, as well as modelling tasks. Fieldworks will be varied from surface water and groundwater sampling (e.g. 222Rn) to groundwater and surface water monitoring, stream flow gauging and infiltration tests, among others. The student will also be charged of modelling theoretical groundwater recharge scenarios as well as reproducing infiltration experiments performed in the field using either FEFlow, Hydrus or HydroGeoSphere.

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Suivi quantitatif et qualitatif de l'émergence karstique du Trou Bleu à Chanxhe dans le Synclinal de Sprimont - Mémoire

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377), Julie Gesels (Julie.Gesels@ulg.ac.be, 043662032)

Les systèmes karstiques sont caractérisés par des processus d'infiltration rapide et concentrée de l'eau et des temps de transfert courts de ces eaux et des polluants éventuels qu'elles véhiculent entre les pertes à l'amont et les résurgences à l'aval. Ils se comportent donc comme des systèmes intermédiaires entre les eaux de surface et les eaux souterraines. A ce titre, ils constituent des vecteurs potentiellement importants pour toute une série de polluants particuliers tels que les micropolluants organiques émergents.

L'objectif du mémoire est de contribuer à la mise en place d'un système de suivi / échantillonnage des eaux lors d'événements hydrologiques de type " crue ", dans l'optique de mettre en évidence la nature des polluants entraînés et les modes de transport associés (transport colloïdal…). Le travail portera d'une part sur une caractérisation géologique et hydrogéologique quantitative d'une émergence, le suivi des paramètres physicochimiques en cours de crue et l'échantillonnage pour la recherche des polluants. Il débouchera sur la proposition d'un modèle conceptuel de transport des polluants dans les eaux du bassin et, en fonction de l'avancement des résultats, une modélisation numérique de ces phénomènes à l'aide du code SUFT3D.

Ces investigations porteront sur le réseau karstique dense qui s'est développé au sein du Synclinal de Sprimont et qui alimente l'émergence du Trou bleu, seul exutoire dans la vallée de l'Ourthe à Chanxhe. Il s'agit d'un bassin caractérisé par une urbanisation assez poussée et par des activités socio-économiques variées, allant de l'habitat aux parcs d'activités économiques en passant par l'agriculture, l'élevage et des carrières. La structure fermée de ce bassin le rend très intéressant à étudier en vue d'évaluer les impacts réels d'activités humaines identifiées comme pressions potentielles. De nombreuses études ont été menées précédemment tels que des traçages, bilans, suivi débit - température, forage d'un nouveau piézomètre, ainsi qu'un travail d'évaluation de la vulnérabilité qui a abouti à l'établissement d'une carte identifiant des zones contrastées en matière de sensibilité des eaux souterraines à la pollution.

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Pollution des eaux souterraines par des solvants chlorés dans les craies de Hesbaye - Mémoire + stage éventuel (U.Neuchâtel, Prof. Hunkeler)

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377),

Pierre Jamin (Pierre.Jamin@ulg.ac.be, 043662032)

La nappe des craies de Hesbaye est localement affectée en région liégeoise par une pollution aux solvants chlorés émis accidentellement à partir d'une entreprise il y a quelques dizaines d'années. Cette pollution s'étend sur plusieurs centaines de mètres à l'aval de la source de pollution et affecte la nappe aquifère des craies, menaçant des galeries de captages situées à l'aval hydrogéologique du site pollué. L'extension spatiale de la pollution est bien cartographiée mais son évolution au cours du temps reste encore relativement incertaine. Le panache de pollution a-t-il atteint un stade de stabilité ou pas ? Beaucoup de décisions en matière de suivi et de réhabilitation du site en dépendent. L'objectif de ce travail est de contribuer à l'établissement du caractère stationnaire ou non-stationnaire de la plume de polluants. Cette analyse repose sur la mise en œuvre de différentes techniques d'analyse et interprétation des données du suivi actuellement en cours, sur des mesures complémentaires de terrain (prospection géophysique complémentaire, mesures de fractionnement isotopique, …), et sur une modélisation mathématique des écoulements et du transport des polluants dans le système sol - nappe.

Le stage à l'Université de Neuchâtel portera sur de l'expérimentation de laboratoire (sur échantillons) visant à affiner les propriétés des polluants dans l'optique d'une modélisation de leur transport réactif dans les eaux souterraines.

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Caractérisation des conditions hydrogéologiques et de leur relation avec la salinité des eaux dans les formations géologiques du Delta du Fleuve Sénégal - Mémoire + stage / séjour de terrain (Saint-Louis, Sénégal)

Personnes de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377), Philippe Orban (P.Orban@ulg.ac.be, 043662359)

La région du Delta du fleuve Sénégal couvre une superficie de 3500 km2 et possède des potentialités agro-économiques considérables. Elle a constitué, dès la période coloniale, le grenier rizicole du Sénégal. La question de la disponibilité des terres fertiles et de la qualité de l'eau pour l'agriculture reste l'un des défis majeurs qui se pose à l'atteinte des objectifs d'un tel programme. En effet, si la disponibilité de l'eau est assurée grâce à l'artificialisation du régime du fleuve Sénégal (par la construction des deux barrages à Diama et Manantali), on assiste dans le delta à une salinisation de plus en marquée des terres, qui diminue considérablement les potentialités agricoles. Cette situation résulte principalement de l'absence de maîtrise du fonctionnement de l'hydro-système dans son ensemble, en particulier en ce qui concerne la relation entre les eaux de surface et les eaux souterraines. L'objectif du mémoire est de contribuer à la caractérisation des eaux souterraines dans le delta du fleuve Sénégal, plus particulièrement d'étudier le problème de la salinisation progressive de ces eaux, possiblement liée tant à la proximité avec le littoral atlantique qu'aux pratiques d'irrigation.

Ce travail reposera sur un stage de terrain visant à la mise en place d'un site pilote de suivi des eaux souterraines sur une parcelle irriguée et cultivée. Les investigations reposeront sur l'implantation de piézomètres à différentes profondeurs sur la parcelle étudiée et le monitoring des niveaux piézométriques et de la salinité + échantillonnage au cours du temps. L'objectif sera d'estimer le risque de remontée de la nappe et de salinisation du sol en fonction du taux et de la technique d'irrigation, via une meilleure compréhension des mécanismes de recharge - évaporation de la nappe et de dissolution - accumulation des sels dans l'eau souterraine. Les travaux pourront déboucher sur un travail de modélisation numérique des écoulements souterrain et de la salinité des eaux souterraines.

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Modélisation des écoulements et du transport des polluants dans l'aquifère superficiel d'un bassin de socle en Bretagne - Mémoire + stage / séjour de terrain (INRA Agrocampus Ouest Rennes, L.Ruiz)

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377),

Laurent Ruiz (Laurent.Ruiz@rennes.inra.fr)

L'objectif du mémoire est de contribuer à la compréhension des conditions hydrologiques et hydrogéologiques et des processus de dispersion et mélange des polluants dans l'aquifère superficiel des bassins de socle. Cette connaissance est essentielle pour estimer le temps de réponse du milieu aux variations du niveau de pollution diffuse d'origine agricole, par exemple par les nitrates.

Le site expérimental de Kerbernez (faisant partie de l'observatoire de recherche en environnement AgrHyS*) est instrumenté depuis plusieurs années, avec en particulier un ensemble de 42 piézomètres disposés en " flûtes de pan ". Il permet un suivi à haute résolution spatiale et temporelle de l'hydrochimie d'une nappe de versant. Ce monitoring est complété par une série de données sur les caractéristiques des sols, de la zone non saturée et de la nappe aquifère.

Les observations montrent que les variations de composition chimique de la nappe sont organisées verticalement et le long du versant (Rouxel et al., 2011 Hydrological processes, 25(6), 831-841). Les premieres modélisations 2D du fonctionnement de la nappe, entreprises dans le cadre de la thèse de M Rouxel (2010), ouvrent des pistes mais ne permettent pas de rendre compte des effets de convergence de l'amont vers l'aval du versant.

L'objectif du mémoire est de développer une modélisation 3D couplée eau de surface - eau souterraine pour ce bassin versant et de tester diverses hypothèses de mécanismes de transport - redistribution des nitrates en fonction des conditions hydrologiques et hydrogéologiques (profondeur de la nappe, intensité de la recharge, localisation dans le bassin…).

Ce travail s'accompagnera d'un séjour de 6 à 8 semaines dans l'Unité Mixte de Recherche INRA-Agrocampus Ouest - Sol Agro-hydrosystème et Spatialisation (SAS) de Rennes, sous la conduite de Mr Laurent RUIZ et Mme Chantal Gascuel-Odoux. Ce séjour aura pour objectif de collecter les données nécessaires pour le travail de modélisation et de réaliser des investigations complémentaires sur le terrain.

* temps de réponse dans les AGRo-Hydro-Systèmes http://www.inra.fr/ore_agrhys

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Développement d'une technique de traçage pour le logging en forage des flux d'eau souterraine - Mémoire + séjour / stage à l'étranger possible (Univ. Rennes Géosciences)

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377),

Pierre Jamin (Pierre.Jamin@ulg.ac.be, 043662032)

Récemment une technique de traçage " puits unique " a été développée permettant, par l'injection d'un traceur à faible débit contrôlé dans un puits ou piézomètre, d'évaluer précisément le flux d'eau souterraine au voisinage du puits dans la nappe (technique FVPDM : finite volume point dilution method). Cette technique a été testée avec succès dans différents contexte en Belgique, en France, au Burkina Faso. Ces essais ont par ailleurs montré que la technique de traçage pouvait être améliorée et développée pour la réalisation de profil de flux d'écoulement (" mode diagraphie ") dans des ouvrages crépinés et pour le monitoring des variations temporelles des flux d'eau souterraine.

L'objectif de ce mémoire est de contribuer à ces développements. La première étape consistera à développer le dispositif expérimental permettant le développement d'une unité mobile sur remorque pour du logging FVPDM de puits, à l'aide d'obturateurs de puits ou de dispositifs d'injection - récupération du traceur à écartement variable. Le mémoire portera également sur l'adaptation du modèle mathématique d'interprétation de ces essais en partant des solutions analytiques actuellement utilisées. L'approche développée sera mise en œuvre sur l'un ou l'autre site, a priori un en Belgique, l'autre à l'étranger (collaboration avec l'Université de Rennes, Groupe Géosciences). Le site breton est un aquifère cristallin fracturé au toit d'un leucogranite hercynien au contact avec des micaschistes. Le site est constitué de 4 forages d'une centaine de mètre de profondeur dont un forage carotté. Typiquement, la fracturation y est relativement importante, en moyenne, une fracture/mètre, mais seules quelques fractures (4 ou 5 forages par forage) sont perméables. Sur ces fractures perméables, seule une partie d'entre elles connectent les forages entre eux. Le site à fait l'objet d'une caractérisation géophysique en forage (diagraphie optique, acoustique, électrique, gamma-ray, débimétrie etc...), de tests de pompage, de tests hydrauliques sous obturateurs (doubles ou simples), de nombreuses mesures de température sous différentes conditions et de tests de traçages entre puits et de quelques mesures de dilution pour quelques fractures.

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Caractérisation hydrogéologique et modélisation des écoulements souterrains sur le plateau du Gerny à Rochefort - Mémoire

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377), Philippe Orban (p.orban@ulg.ac.be, 043662359), Alain Dassargues (alain.dassargues@ulg.ac.be)

Le plateau du Gerny à Rochefort contient dans son substratum deux ressources naturelles intensément exploitées, qui sont le centre d'enjeux importants : d'une part, les calcaires frasniens à haute teneur en carbonate de calcium utilisés pour la fabrication de la chaux par la SA Lhoist ; d'autre part, les eaux de la source Tridaine, dont une partie du débit est destinée à l'Abbaye Saint-Rémy de Rochefort (100000 m³ d'eau par an), le reste alimentant la ville de Rochefort (environ 400000 m³ d'eau par an).

La SA Lhoist souhaiterait réaliser un approfondissement supplémentaire de ses fosses d'exploitation de 60 mètres qui assurerait un rendement estimé jusqu'à l'horizon 2060. Un tel approfondissement de la carrière nécessiterait le pompage d'eau pour assécher la fosse d'exploitation, puisqu'on se trouverait bien plus bas que le niveau estimé de la nappe dans les calcaires (~212 mètres en période de basses eaux). L'exhaure entraînerait une modification de la piézométrie régionale avec pour conséquence l'assèchement de la source Tridaine, dont la cote au point d'émergence se trouve actuellement à 211.4 mètres.

En vue de quantifier l'impact de cet approfondissement et de proposer des solutions pour l'approvisionnement en eau de l'Abbaye et de la ville de Rochefort, une étude de caractérisation hydrogéologique a été réalisée par les FUNDP (Prof V. Hallet). Un modèle numérique, développé avec le SUFT3D et la méthode HFEMC, a également été développé, par HGE-ULg (Ph. Orban, S. Brouyère) afin de vérifier la faisabilité et de tester différents scénarios de l'exhaure.

L'objectif du mémoire est d'exploiter les données existantes et éventuellement de réaliser des investigations complémentaires de terrain (hydrogéochimie, piézométrie, géophysique …). Le modèle existant sera amélioré en intégrant ces nouvelles données. Différentes possibilités offertes par la méthode HFEMC (représentation des zones excavées par des réservoirs linéaires, améliorations des bilans en eau…) seront testées.

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Etat qualitatif des eaux souterraines dans la nappe alluviale de la Meuse en région liégeoise

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377),

Julie Gesels (Julie.Gesels@ulg.ac.be, 043662032), Fabien Dollé (Fabien.Dolle@ulg.ac.be)

Dans le cadre des directives européennes sur l'eau, les états membres doivent prendre les mesures appropriées pour assurer le " bon état qualitatif " des masses d'eau souterraine en 2015. La masse d'eau souterraine des graviers et alluvions de la Meuse entre Engis et Herstal (RWM073) présente un état qualitatif fortement dégradé. L'importance de la pression industrielle sur cette masse d'eau joue probablement un rôle non négligeable dans cette dégradation. Cependant, les facteurs les plus pénalisants observés sont essentiellement des composés inorganiques tels que les sulfates, les chlorures et l'ammonium. Pour la plupart de ces composés, les sources de pollutions restent peu claires et pourraient même s'expliquer par les contacts dans ce secteur entre la nappe alluviale et les formations du Houiller, ce y compris le drainage souterrain en provenance des anciennes exploitations de charbon.

L'objectif du travail est de synthétiser l'ensemble des données géologiques, hydrologiques et hydrogéologiques relatives à la zone d'étude et de mener une étude hydrogéochimique visant à mieux comprendre les sources de pollution et les mécanismes contrôlant la qualité des eaux souterraines dans la nappe alluviale de la Meuse. Ce travail de collecte, synthèse et interprétation des données pourra être complété par des investigations de terrain (échantillonnages, monitoring, géophysique …).

Les résultats de ce travail constitueront une base de connaissances primordiale pour les autorités régionales pour la gestion du problème de qualité des eaux dans la nappe alluviale dans le cadre de leurs obligations européennes.

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Détermination de l'origine des nitrates présents dans les eaux d'un captage donc la zone d'alimentation ne présente pas de source de nitrate.

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377), Philippe Orban (p.orban@ulg.ac.be), Pierre Jamin (Pierre.Jamin@ulg.ac.be)

Les captages d'eau souterraine en Région wallonne présentent pour fréquemment des teneurs relativement élevées en nitrates dont l'origine agricole est prépondérante et confirmée.

La CILE exploite un captage à Pêchet dans les calcaires du Frasnien où les teneurs en nitrate sont relativement élevées. L'origine de ces nitrates reste cependant inconnue vu que la zone d'alimentation supposée du captage est essentiellement recouverte par des forêts et quelques rares pâtures.

La CILE réalise de manière hebdomadaire un suivi piézométrique des ouvrages situés à proximité des captages et un suivi de la qualité chimique des eaux du captage. Un important jeu de donnée est donc disponible. Le travail de fin d'études consistera à compléter ce jeu de données et à l'interpréter. Il consistera également à identifier l'origine et donc la source des nitrates qui se retrouvent dans les eaux du captage. Diverses techniques seront à mettre œuvre (identification des sources potentielles par des visites de terrain, mesures des débits des sources captées, échantillonnages et analyses chimiques, approches isotopiques…).

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Etude de la recharge artificielle induite par les barrages artificiels dans le lit du cours d'eau de Farakoba au Burkina Faso - Mémoire + stage / séjour de terrain (Bobo Dioulasso, Burkina Faso)

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377), Elie Sauret (saurelie517@yahoo.fr)

Depuis un certain temps les eaux de la rivière Kou, principal cours d'eau pérenne du bassin du Kou (SW du Burkina Faso) sont affectées par des phénomènes d'ensablement et de pollution (pesticides …) en raison des pratiques anthropiques (lessivage sur le lit de la rivière, déboisement, mauvaises pratiques agricoles, déforestation) et aux aléas climatiques (ruissellement et érosion en nappe des sols sous l'action de pluies diluviennes/averses). Une étude menée par le projet GEeau en 2007 a révélé que 1 088 ha de cultures agricoles soit environ 60% (653 ha) des exploitations agricoles sont situées entre 0 et 50 mètres du lit du cours d'eau, et 173 ha entre 0 et 5 mètres du lit ce qui constitue une " violation" des normes de sécurité environnementale qui tolère des activités implantées dans un rayon de 100m du cours d'eau. Dans un souci de restauration des sols et des eaux, et de protection du cours d'eau, le projet PAGREN, a initié dans le sous bassin du Kou à Farakoba un certain nombre d'actions parmi lesquelles la réalisation d'ouvrages de maîtrise des crues et de recharge des eaux souterraines. Ces barrages artificiels (voir photos) réalisés sur l'affluent du Kou à Farakoba ont permis un prolongement dans le temps du tarissement de l'affluent, une réalimentation des eaux des puits avoisinants, un reverdissement des sols, et la résurgence des eaux au niveau de certaines sources.

Le travail de fin d'études consiste à quantifier la recharge artificielle, étudier les mécanismes qui gouvernent les échanges de flux d'eau entre l'affluent et la nappe alluviale et proposer des scenarii d'optimisation de cette recharge. Ce mémoire comportera un stage pratique de terrain sur le site expérimental du Projet PAGREN à Farakoba. L'étudiant complètera les puits existants par la réalisation de micro-piézomètres (diamètre et profondeur faibles) pour le suivi de la piézométrie, la réalisation d'essais hydrauliques (essai de pompage, test d'infiltration).

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Modélisation des écoulements souterrains dans un système karstique à l'aide de l'approche " hybrid finite element mixing cell " : application sur un bassin en Suisse

Personne de contact : Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be, 043662377), Samuel Wildemeersch (swildemeersch@ulg.ac.be) Alain Dassargues (alain.dassargues@ulg.ac.be), Philippe Renard (Univ. Neuchâtel, Philippe.Renard@unine.ch)

La méthode numérique HFEMC permet de modéliser des systèmes hydrogéologiques complexes dans lesquels interagissent le milieu poreux ou fracturé, des drains constituant des zones préférentielles d'écoulement et des cavités souterraines. L'approche a déjà été testée avec succès sur le cas d'un ancien système minier souterrain d'exploitation du charbon à Cherattte en région liéegoise et pour des travaux de modélisation régionale des masses d'eau souterraine en région wallonne.

L'objectif du mémoire est d'appliquer l'outil de modélisation sur un système karstique. Le cas d'étude sera un bassin étudié par les chercheurs du Centre d'Hydrogéologie de l'Université de Neuchâtel en Suisse, sous la conduite du Prof. Philippe Renard. La collecte des données et des mesures complémentaires de terrain pourront être réalisés dans le cadre d'un séjour ou d'un stage au CHYN.

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Caractérisation géothermique de l'aquifère de la nappe alluviale de la Meuse

Personnes de contact : Alain Dassargues (Alain.Dassargues@ulg.ac.be), Frédérique Fossoul (f.fossoul@ulg.ac.be)

Ce travail de fin d'étude, peut se réaliser en parfaite complémentarité avec les travaux de Frédérique Fossoul. Un essai de traçage thermique va être réalisé dans la plaine alluviale de la Meuse.

Deux sites potentiels sont actuellement envisagés, celui de Hermalle-sous-Argenteau (Electrabel), et celui du Jardin Botanique au centre de Liège. Sur le site choisi, une étude préalable de l'écoulement souterrain sur base de quelques piézomètres permettra de déterminer la direction générale de l'écoulement.

Le dispositif de mesure sera composé d'un puits d'injection d'eau chaude et d'un puits de pompage, avec suivi temporel de la température de l'aquifère dans divers piézomètres intermédiaires disposés de manière à cerner l'étendue du panache thermique dans la zone saturée du sous-sol. Les différentes étapes de développement seront les suivantes :

• pré-dimensionner l'essai sur base des connaissances des caractéristiques hydrogéologiques locales ;
• optimisation de l'essai (débit d'injection, débit de pompage, températures d'injection, …) pour enregistrer une réponse claire du système tout en maximisant l'étendue de la zone testée ;
• interprétation sur base de modèles numériques

Simultanément, on réalisera des essais de traçage classiques pour une meilleure compréhension de l'hydrodynamisme au sein de l'aquifère.

L'objectif final est de proposer des outils de caractérisation des propriétés thermodynamiques des aquifères dans le cadre du développement de systèmes de puits géothermiques basse température (systèmes de chauffage et de conditionnement d'air).

Le TFE comportera des travaux de terrain et des interprétations et modélisations.

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Etude hydrogéologique de l'alimentation de la fontaine 'Bassinia' de la Grand-Place de Huy

Personnes de contact : Alain Dassargues (Alain.Dassargues@ulg.ac.be),

Ingrid Ruthy (ingrid.ruthy@ulg.ac.be)

Quand l'hydrogéologie vient au secours du patrimoine !

Située au cœur de la Ville de Huy, sur sa Grande-Place, la fontaine 'Bassinia' fait partie du patrimoine exceptionnel de Wallonie. Cette fontaine datant du Moyen-Age semble alimentée par un captage situé dans le quartier Ste-Catherine, environ 1 km en amont dans la vallée du Hoyoux. Son débit n'est pas constant tout au long de l'année. Des périodes de tarissement ont conduit la ville à compenser l'alimentation de la fontaine via le réseau de distribution.

Le fonctionnement de ce captage (combinaison d'un puits de large diamètre et d'une courte galerie) n'est pas bien connu. Quel aquifère est sollicité ? Le débit est-il constant sur l'année ? Quelles sont les réserves drainables par ce dispositif ?

L'objectif de ce Travail de Fin d'Etude consiste à comprendre le fonctionnement hydrogéologique et hydraulique du système 'Captage-Fontaine' par la réalisation de diverses étapes:

• Recherches bibliographiques sur la fontaine 'Bassinia' (historique et historique technique);
• Collecte des données de base relatives à la géologie et l'hydrogéologie;
• Investigations sur le terrain: hydrochimie, jaugeages, traçages…
• Elaboration d'un modèle conceptuel hydrogéologique de fonctionnement

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Processus de dénitrification dans les aquifères : processus, mesures et détection

Personnes de contact : Alain Dassargues (Alain.Dassargues@ulg.ac.be), Philippe Orban (p.orban@ulg.ac.be), Serge Brouyère (Serge.Brouyere@ulg.ac.be)

Depuis l'installation de réseaux de surveillance des niveaux piézométriques et des concentrations en nitrates dans les eaux souterraines (dans le cadre de la Directive Cadre Eau de la CE), on constate qu'en Flandre une 'zone oxydante' est distinguée systématiquement d'une 'zone réductrice' (plus profonde) dans tous les aquifères mesurés et surveillés. Cette distinction est rendue possible par des mesures distinctes à différentes profondeurs d'un même aquifère pour une même localisation (3 profondeurs sont investiguées séparément). Il est remarqué également que les concentrations en nitrates sont systématiquement quasi nulles dans les zones manifestement réductrices : ceci laisse à penser que des processus de dénitrifications sont en cours dans ces zones.

En Région Wallonne, il existe certainement (au moins dans quelques zones) des conditions hydrogéologiques susceptibles d'être similaires à ce qui est rencontré en Région Flamande (aquifères superficiels libres sableux, crayeux, graveleux, …). Néanmoins, il est malaisé de poser un diagnostic sur l'éventuelle dénitrification active dans la partie profonde de ces aquifères … par manque de mesure différentiée en fonction de la profondeur. Les ouvrages de surveillance sont d'habitude crépinés sur de grandes longueurs, faisant en sorte que les échantillons prélevés constituent des mélanges d'eaux en provenance de différentes profondeurs. L'objectif de ce Travail de Fin d'Etude sera d'investiguer si des processus de dénitrification peuvent être repérés (ou attendus) en différents endroits et dans quels types de conditions hydrogéologiques.

Les différentes étapes seront :

• synthèse bibliographique ;
• zones oxydantes et réductrices dans les aquifères ;
• processus de dénitrifications ;
• collecte de données en Flandre et en Wallonie pour des sites pilotes typiques ;
• échantillonnages et mesures in situ ;
• analyses et interprétations
• conclusions

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Interprétation des variations de pesanteur observées à Jülich, causées par la subsidence d'origine anthropique (effet des variations de pressions d'eau souterraine sur la consolidation et sur la mesure précise de la gravité)

Personnes de contact : Alain Dassargues (Alain.Dassargues@ulg.ac.be), Michel Van Camp (Observatoire Royal de Belgique, mvc@oma.be)

La région de Jülich subit une subsidence de l'ordre du cm par an, causée par des pompages intensifs d'eau effectué depuis plus de 50 ans, afin d'éviter l'inondation de mines de lignite à ciel ouvert. Afin d'étudier ce phénomène, depuis octobre 2000, l'Observatoire Royal de Belgique mesure la pesanteur à Jülich en automne et au printemps.

A la station de mesure gravimétrique, la subsidence vaut 13.6 mm par an, et la pesanteur s'accroît de 39 nm/s². Si l'on considère le rapport de Bouguer de -2 nm/s²/mm valable pour les mouvements verticaux de la croûte terrestre sans changement de densité, une telle subsidence n'expliquerait que 27.2 nm/s²/an, ce qui est inférieur de 12 nm/s²/an à la valeur mesurée. Ceci peut s'interpréter par la compaction associée à la subsidence, qui accroît la densité des sédiments. Notons également que la variation de pesanteur ne semble pas linéaire, mais si cela doit être confirmé à l'avenir. Des variations saisonnières sont également observées, causées par des modifications du contenu en eau de l'aquifère non confiné et de la zone non saturée, mais dont le rôle dans les variations à plus longue période devrait être négligeable par rapport au phénomène de subsidence.

Ce travail de fin d'étude propose d'étudier le rôle joué par les aquifères et aquitards dans le phénomène de subsidence et d'évaluer à quelles variations de densité l'on peut attribuer l'augmentation de pesanteur observée.

MAPPA Mapping hydrothermal pathways in Africa

Il s'agit d'exploiter les données satellitaires optiques (DigitalEarth, ASTER, ACE2,...) ainsi que les modèles numériques de terrain et les données satellitaires gravimétriques (GOCE),

pour identifier les grandes structures crustales. Celles-ci exercent un contrôl fondamental sur la circulation des fluides hydrothermaux et l'occurence des gisements.

Le projet inclut la collaboration des chercheurs du MRAC Tervuren et de la société GEOPAL

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WALLIUM Métaux critiques du sous-sol wallon

Il s'agit de faire le point sur les minéralisations zincifères de la Belgique et de réexaminer leur minéralogie sous l'angle des métaux critiques comme Ge, Ga et In.

Il n'est pas innocent de rappeler que ces gisements aujourd'hui très méconnus sont ceux à l'origine de la métallurgie du zinc, du germanium et même de la découverte du gallium.

Dans le cadre du TFE l'étudiant pourra avoir accès à la base de données de sondages réalisés dans les années '80 et travailler à la représentation 3D de la structure minéralisée avec MicroMine.

Il aura également accès aux ressources de microanalyse électronique.

Le projet inclut la collaboration avec la société BUGECO et des chercheurs européens

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Ironum Archéométallurgie du Fer en Gaule Romaine

Il s'agit d'examiner les produits de la métallurgie du fer trouvé dans le cadre de différentes fouilles (en région liégeoise notamment) de manière à préciser le procédé utilisé et à identifie la source des matières premières. Il s'agit aussi d'aider les archéologues à mieux comprendre l'organisation du chantier.

Ce projet inclut une collaboration avec le service régional d'archéologie du SPW.

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DiamanTrack Analyse spectrale des minéraux indicateurs du diamant

La prospection du diamant passe par l'examen visuel de concentrés alluvionaires. Un opérateur entraîné est capable d'identifier des minéraux tels que l'ilménite magnésienne, le diopside chromifère, le spinelle, etc. Par une étude systématique de leur spectre en Raman, SWIR, LIBS, etc.. le travail proposé aura pour but de d'identifier la méthode spectrale la plus adaptée pour développer un système totalement automatisé d'identification de traceurs. Un tel travail pourrait être étendu à des applications pour d'autres gisements (cf. PIMS Porphyry Indicator Minerals) ou dans le cadre du recyclage (cf. projet ILIADE)

Ce projet inclut une collaboration avec différents services de l'ULg, le CRM et une société d'exploration.

Bien d'autres sujets sont possibles en relation avec des activités de recherche en cours que ce soit de l'exploration, de l'estimation des gisements, du suivi de la minéralogie dans les procédés industriels ou même du recyclage et de l'analyse du cycle de vie des matières!

  

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Date de dernière mise à jour : 20/3/2013
Pétrologie sédimentaire, B20, Université de Liège, B-4000 Liège