Ci-dessous la liste des sujets proposés pour l’année Universitaire 2025-2026. Si un sujet vous intéresse n’hésitez pas à contacter le/la chercheur/chercheuse proposant et Albert Galy le responsable de la formation.
N’hésitez pas aussi à contacter directement les chercheur.e.s des différents laboratoires impliqués, beaucoup attendent d’être contacté.e.s pour proposer des projets de recherche.
Regardez dans l’onglet « anciens étudiants & anciens sujets » pour avoir une idée des projets proposés par le passé.
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Dynamique des nappes alluviales en Lorraine : interactions avec les eaux superficielles et impacts climatiques
Encadrants : Pauline Collon (GeoRessource), David Bakaert (CRPG), Antonin Richard (GeoRessources), Guillaume Paris (CRPG)
Résumé : Les nappes alluviales sont des ressources phréatiques largement utilisées du fait de leur faible profondeur. Elles jouent un rôle de tampon des crues, mais aussi de soutien d’étiage qui les rend indispensables à considérer lorsqu’on s’intéresse aux impacts des évolutions climatiques sur les régimes des cours d’eau. Ce projet de master a pour objectif de mieux caractériser l’inter-relation nappe-rivière en Lorraine, notamment du point de vue de la ressource souterraine. Il s’appuiera pour cela sur des approches (géo)statistiques, hydrologiques, et géochimiques, qui seront à mettre en relation avec les données climatiques (précipitations, température, évapotranspiration potentielle) et débitmétriques. Ces informations permettront d’évaluer la part des différentes sources d’alimentation des nappes alluviales de Lorraine et d’identifier les processus de mélange avec les eaux de surface. Ce projet pourra aussi mobiliser des méthodes de télédétection, de modélisation hydrologique et d’analyse géochimique pour une approche intégrée de la dynamique des nappes alluviales. L’étude complémentaire des isotopes stables de l’eau (δ¹⁸O, δD, D-excess) pourrait permettre d’affiner la compréhension des processus de recharge et d’évaporation des nappes alluviales.
Ce stage de master s’inscrit dans le cadre du projet Ephemeris, en continuité du stage de Lucas Oger (2025). Les résultats obtenus pourront contribuer à la gestion durable des ressources en eau souterraine dans un contexte de variabilité climatique et de pressions anthropiques croissantes.
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Origins of aubrite meteorites: paleomagnetic study
Encadrants : Camille Cartier (CRPG), Julien Charreau (CRPG), Jérôme Gattacceca (CEREGE, Aix-en-Provence)
Résumé : Mercury stands out as an outlier in our Solar System, characterized by its unique lithologies formed in an ultra-reducing, sulfur-rich environment (Cartier and Wood 2019). Despite being the smallest planet, Mercury intriguingly has the largest core proportionately (Cartier et al. 2020). Thus, a long-standing hypothesis suggests that Mercury originally had a much larger rocky mantle, largely pulverized during massive impact(s). However, due to insufficient constraints, this scenario has never been confirmed and the origin of Mercury remains a highly elusive and debated topic. Aubrites, rare achondrites with mineralogies particularly similar to that of Mercury, are known to originate from E-type asteroids, small “rubble piles” located in the innermost asteroid belt. The present project aims to evaluate the original hypothesis according to which aubrites would be remnants of the shallow mantle of a large proto-Mercury, pulverized by one or more giant impacts, and of which a small fraction of the debris would have been implanted in the asteroid belt in the form of E-type asteroids.
Paleomagnetic studies of meteorites have shown that during their early history, a number of differentiated planetesimals have generated magnetic fields by dynamo effect powered by convection in their liquid metallic core (Gattacceca and Rochette, 2004; Fu et al. 2012). Larger bodies, like Mars and the Moon, have sustained dynamos for hundreds of Myr and even for several Gyr. Mercury is an interesting case of a relatively small planet, although with a large core, that still powers a weak dynamo. If aubrites originate from a large proto-Mercury, they should have recorded the hermean magnetic field while they were cooling between about 700 and 400°C, the blocking temperature range of their main ferromagnetic mineral kamacite. The paleomagnetism of aubrites has been only very little studied, and these studies are clearly outdated (Gattacceca and Rochette, 2004).
In this project we will conduct a paleomagnetic study of a selection of aubrites under the guidance of J. Gattacceca, benefiting from the conceptual and analytical advances in meteorite paleomagnetism that have been made in the last 15 years in particular at the Rock Magnetism laboratory in CEREGE. Samples will be pre-selected by conducting preliminary measurements in the Paleomagnetism and Magnetic susceptibility platform at CRPG.
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Croissance Asismique des Plis sur Failles
Encadrants: Simon Daout (CRPG), Julien Charreau (CRPG)
Résumé: Dans les zones tectoniques actives et en particulier les piémonts de montagne, la succession temporelle des séismes sur les plis sur failles est considérée comme le principal mécanisme de création de la topographie. Dans ce cas, les marqueurs géomorphologiques abandonnés au travers de ces structures, par exemple comme des terrasses alluviales, devraient avoir enregistré, sur le long terme, le nombre et la magnitude des ruptures passées. Cependant, les déplacements géodésiques de surface mesurés par satellites ou GPS lors des séismes sont souvent difficiles à concilier avec les déformations cumulées de ces marqueurs. Cette différence suggère donc que la croissance des plis et la topographie qui en résulte s’explique aussi par d’autres processus que les séismes. Dans ce projet, nous visons donc à déterminer quels sont les processus (sismique et autre) qui contribuent de manière significative à la croissance des plis sur failles et à la création de la topographie dans les zones de piémont de chaîne de montagne. À cette fin, les soulèvements à court terme (dizaine d’années) produits avant, pendant et après un séisme seront comparés aux soulèvements long terme prédits par des modèles numérique de plissement.
Dans ce but, l’étudiant.e analysera des données d’Interférométrie Radar à Synthèse d’Ouverture (InSAR) pour mesurer des soulèvements récent associés à certains séismes. Ensuite il/elle comparera ces soulèvements récents à ceux prédits par des modèles numériques de plissement. Ces derniers seront contraints par l’analyse de données structurales en profondeur issues de la littérature.
Les scripts pour modéliser numériquement la croissance des plis et le soulèvement associé, ou ceux pour traiter et analyser les données InSAR, sont tous déjà écrits. Si ce travail ne nécessite pas d’être expert en rédaction de script, l’étudiant.e devra néanmoins être relativement à l’aise avec les codes pour pouvoir manipuler les scripts, écrire des lignes de commandes, lancer des simulations, des traitements d’images etc
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Datation de terrasses alluviales (Tianshan Asie Centrale, Oman) par l’analyse de la réflectance d’images satellites.
Encadrants: Jessica Flahaut (CRPG) et Julien Charreau (CRPG)
Résumé: Les terrasses alluviales sont d’ancien lit de rivières préservés en altitude des vallées. Elles se forment par alternance de phases d’incision et de sédimentation et forment des surfaces remarquables dans les paysages. Plates à l’origine, elles peuvent subir des plissements ou être décalées par des failles. L’analyse de leurs formes permet donc de contraindre les déformations tectoniques d’une région. Cependant, elles sont souvent mal datées car la plus part du temps constituées de sédiments détritiques grossiers. Dans ce projet on se propose d’explorer une nouvelle technique de datation basée sur la réflectance d’images satellites. Sur des terrasses déjà bien datées par d’autres méthodes, la réflectance d’images satellites sera comparée aux âges d’abandon des surfaces afin de dégager une possible corrélation. Celle-ci, si elle est robuste, pourrait permettre de dater très rapidement d’autres terrasses sur la base de leur seule réflectance. Le travail nécessitera de manipuler des images satellites à l’aide de divers logiciels de télédétection et/ou SIG et de faire des analyses morphologiques des paysages du Tianshan. Si le projet se concentrera d’abord et avant tout sur l’Asie Centrale, une étude des terrasses de l’Oman pourra également être envisagée.
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L’évolution des paysages collinaires dépend-elle du climat ?
Encadrants : Julien Charreau (CRPG) et Jérôme Lavé (CRPG)
Résumé : La surface de notre planète évolue constamment en réponse aux processus tectoniques et érosifs. Parce qu’elle est le principal lieu où la vie se développe, il est crucial de bien comprendre et quantifier les processus qui la façonnent, afin notamment de prédire son évolution future face aux changements climatiques en cours. Dans cette perspective, ce projet de Master vise à quantifier la manière dont les reliefs collinaires s’érodent et évoluent sous l’effet des processus superficiels d’érosion et de transport. En dehors des régions montagneuses où les glissements de terrain représentent les phénomènes érosifs dominants, les éléments constitutifs des sols sont mobilisés et transférés spatialement sous l’effet de la gravité par des processus à petite échelle, appelés processus diffusifs, et induits par les bioturbations, la cryo-reptation, l’impact des gouttes de pluie… L’effet de ces processus est de « lisser » progressivement le paysage, et leur efficacité dépend d’une variable appelée coefficient de diffusion. Suivant le contexte climatique et la végétation, la contribution relative des différents processus diffusifs peut varier et impliquer des valeurs très variables de ce coefficient de diffusion. L’objectif de l’étude est donc de comprendre la manière dont le climat influe sur ce paramètre clé dans l’évolution des paysages collinaires. Pour répondre à cette question, deux démarches seront suivies : la première consiste à explorer les variations spatiales du coefficient de diffusion au niveau de sites caractérisés par des températures, des précipitations et une végétation distinctes ; la seconde à analyser si cette diffusion a évolué au cours des derniers cycles glaciaires/interglaciaires du Quaternaire en réponse à ces variations climatiques. Ce projet comportera une partie bibliographique afin de compiler les résultats d’études antérieures menées dans différents points du globe, et en général basées sur la mesure de la dégradation de bords de terrasses datés ou d’escarpements tectoniques. En parallèle une approche similaire d’estimation du coefficient de diffusion sera effectuée en Asie centrale sur des terrasses d’âges variables. Cette région, aux climats et altitudes variés, présente de nombreuses études morpho-tectoniques antérieures où datation de terrasses et topographies finement résolues permettent d’estimer le coefficient de diffusion. En analysant différentes terrasses de différents âges il sera possible de quantifier ce coefficient en différents lieux et sur différentes périodes et ainsi d’analyser le rôle du climat. Pour cela, l’étudiant.e devra faire un état des lieux des objets morphologiques datés dans la région ciblée. Ensuite, il/elle devra obtenir les topographies détaillées de ces objets, soit en récupérant des données de la littérature soit en traitant/analysant lui/elle-même des données topographique sous SIG. Enfin, à partir de ces données, l’étudiant.e devra modéliser les profils topographiques obtenus à partir des lois mathématiques qui régissent la diffusion des sols. Ces modèles lui permettront d’estimer le coefficient de diffusion. Les scripts associés pour réaliser les profils topographiques et les inverser sont déjà écrits mais l’étudiant.e devra néanmoins être relativement à l’aise avec les codes pour pouvoir les manipuler.
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Exploration des compositions isotopiques de l’étain comme traceur de la pollution environnementale
Encadrants : Christophe Cloquet (CRPG) et Damien Cividini (CRPG)
Résumé : L’identification des sources de pollution dans notre environnement est devenue un challenge sociétal depuis le début de l’industrie et plus encore avec son expansion croissante, les polluants émis étant en constante évolution. Parmi ces polluants, les métaux traces sont parmi les plus critiques. Les évolutions technologiques ont permis depuis quelques dizaines d’années la mesure précise d’éléments tant en concentration qu’en composition isotopique. C’est le cas de l’étain, élément ayant reçu beaucoup d’attention pour l’étude de ces composés organiques dans le passé et dont la mesure des rapports isotopiques est maintenant accessible. Bien que ce métal ne soit pas le plus toxique pour l’homme, il est omniprésent dans l’industrie et sa modification en composés organiques peut porter atteinte à la santé humaine et l’environnement.
L’étude proposée ici est de mettre en évidence le potentiel de l’étain pour le traçage de source de pollution en abordant les variations de sa composition isotopique dans différents compartiments végétaux, sols, roches et produits anthropiques afin de documenter ses variations lors des processus naturels et anthropiques et remontrer à la source du métal.
La majeure partie du travail de ce sujet s’effectuera sur la plateforme IRISS en utilisant la facilité des salles blanches (pour la dissolution des échantillons et l’isolation de l’étain du reste de la matrice) et le MC-ICP-MS Neptune pour obtenir des rapports isotopiques suffisamment précis de l’étain et identifier les potentielles anomalies liées à sa transformation, particulièrement par la formation de composés organiques.
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La réponse des rivières au soulèvement tectonique : Etude expérimentale de l’érosion des rivières
Encadrant : Jérôme Lavé (CRPG)
Résumé : Dans les chaînes de montagne, les rivières participent activement au modelé du paysage à la fois comme vecteur de transport et d’export des sédiments, et comme vecteur d’incision du paysage et de contrôle du niveau de base des versants. A ce titre, comprendre la dynamique de ces rivières est nécessaire à la compréhension de l’évolution des chaînes de montagne notamment en réponse aux forçages tectoniques et climatiques.
En dépit de cette nécessité, les modèles utilisés actuellement dans les simulations d’évolution du paysage pour caractériser l’évolution d’une rivière sont, pour la plupart, extrêmement frustres, ignorant dans leur formalisme de nombreuses variables dont celles liées aux flux et à la taille des sédiments.
L’objectif de l’étude est donc de développer une relation physique reliant l’incision du substrat rocheux et les différentes variables qui contrôlent cette incision, telle que le flux et la taille des sédiments transportés par la rivière, ou la vitesse de transport. Pour y parvenir, il est proposé de mener une étude expérimentale paramétrique. Il s’agira d’utiliser deux types de canal expérimental dans lesquels on provoque un transport de la charge sédimentaire de fond, c’est-à-dire un déplacement de graviers qui viennent éroder une plaque de substrat rocheux. Le premier dispositif correspond à un canal annulaire permettant de mener aisément des études paramétriques en faisant varier la taille, la quantité des galets, la vitesse de ceux-ci ou la lithologie du substrat érodé. Il existe déjà tout un jeu de données, et un des objectifs du stage sera de compléter celui-ci et de valider une partie des résultats antérieurs avec un nouveau protocole de mesure utilisant un système de profilomètre laser installé sur un banc motorisé. La géométrie du canal étant circulaire, et la mise en mouvement du fluide due à des injections latérales, et donc des conditions distinctes de celles des rivières naturelles, un second objectif de l’étude sera de mener des expériences complémentaires dans un canal droit notamment pour évaluer la trajectoire des graviers en saltation au cours du transport, la longueur et l’angle d’impact des sauts des impacteurs étant des paramètres fondamentaux dans l’efficacité de l’érosion du substrat. Pour ce faire, l’étudiant.e devra utiliser une caméra haute vitesse et ensuite un programme de suivi de particules pour extraire la statistique des trajectoires. La comparaison avec les trajectoires en canal annulaire permettra une transposition aux rivières naturelles du modèle physique élaboré à partir des résultats obtenus dans le canal annulaire.
Le sujet est donc avant tout expérimental avec une partie développement pour l’utilisation de la caméra haute vitesse, mais requiert également de se familiariser avec l’utilisation de codes numériques existants (sous Matlab).
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La réponse des rivières au soulèvement tectonique et à la lithologie : Etude de la largeur des rivières au front de la chaîne himalayenne
Encadrant : Jérôme Lavé (CRPG)
Résumé : Les rivières qui drainent les plaines alluviales comme les chaînes de montagne offrent une large variété d’aspects : en chenal unique, droit ou sinueux, en tresses, anastomosé… Elles offrent également une large gamme de largeur : elles peuvent être très étroites dans les gorges montagneuses ou au contraire s’étaler sur des centaines de mètres dans les plaines alluviales. A ce jour, nous n’avons qu’une compréhension partielle de ce qui contrôle la largeur des rivières, et notamment les rôles respectifs du soulèvement tectonique, du type de lithologie traversée, de la charge sédimentaire (flux et taille médiane des éléments), de la pente et du débit de la rivière. A la surface du globe, de nombreuses populations et infrastructures occupent les zones à proximité des berges des rivières. Elles sont de fait exposées aux aléas liés à la dynamique des rivières, notamment aux variations de largeur en lien avec des variations des débits ou de la charge sédimentaire. A ce titre, il est fondamental de mieux comprendre ce qui contrôle la dynamique de la largeur des rivières, et leur sensibilité aux changements climatiques.
Pour évaluer l’importance des facteurs potentiels de contrôle de la largeur, et concevoir un modèle préliminaire, il est proposé durant le stage de s’intéresser aux rivières qui traversent le front himalayen. Outre le fait qu’elles soient encore modérément anthropisées, d’une zone à l’autre ces rivières charrient des sédiments très variables, traversent des zones affectées de vitesses de soulèvement distinctes, de lithologies de résistantes contrastées… De plus des études antérieures permettent de manière assez unique d’évaluer quantitativement ces différents facteurs. Cette région apparaît donc comme idéale pour tester les relations qui lient la largeur des rivières à ces différents facteurs de contrôle.
Dans le cadre du stage, l’étudiant.e devra mener en premier lieu une étude bibliographique sur les travaux antérieurs sur le sujet et notamment les modèles de largeur de rivière proposés. L’essentiel du stage consistera ensuite à travailler sous SIG (ArcGis ou QGis) pour extraire sur images satellites le contour de dizaines de rivière traversant le front himalayen, pour y compiler les DSM, les données disponibles lithologiques, de soulèvement tectonique, de taille du diamètre médian de la charge de fond, et de débit de rivière. En utilisant un programme automatique (existant) d’extraction de la largeur des rivières le long de leur cour à partir du polygone délimitant leur chenal, il sera alors possible de comparer quantitativement la largeur des rivières aux conditions locales lithologiques, tectoniques, de pente, etc, dans le but d’établir des relations empiriques à deux variables ou multivariables, et surtout de tester des modèles de la littérature. Pour les rivières drainant les plaines alluviales ou érodant des sédiments non consolidés, des formules semi-analytiques peuvent être notamment testées, tandis que pour les rivières incisant les substrats indurés, un modèle numérique pourra être utilisé/testé.
Comme indiqué précédemment, le sujet se fera pour bonne part sous SIG. Il demandera pour le traitement, l’analyse des données et la comparaison avec les modèles soit de travailler sous Matlab (ou programme similaire), soit de développer des plug-in Python sous SIG.
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Etude géochimique des roches océaniques profondes de la fosse des Mariannes: initiation de la subduction et rôle des éléments volatils au cours du temps
Encadrants: Véronique Le Roux (CRPG), G. Segee-Wright (postdoc CRPG)
Résumé: Les fosses océaniques profondes constituent la majorité des limites de plaque de la Ceinture de feu du Pacifique, et renferment des informations clés sur la tectonique de notre planète et les environnements biologiques extrêmes qui s’y developpent. Le but de ce stage sera d’assister à la préparation et à l’étude des basaltes, gabbros et péridotites collectées à 6500m de profondeur dans la fosse des Mariannes à l’automne 2024, pour étudier l’évolution chimique (spatiale et temporelle) des plaques lors de l’initiation de la subduction. En particulier, l’étude géochimique pourrait inclure des analyses sur sonde électronique, MEB, LASER ICP-MS, et/ou sonde ionique (SIMS). Ce projet fait partie d’une collaboration internationale avec des collaborateurs américains, canadiens et japonais.
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Suivi de glissement de terrain au centre Népal par corrélation d’images et comparaison de Modèles Numériques de Surface.
Encadrants: Léo Letellier (CRPG), Simon Daout (CRPG), Jérôme Lavé (CRPG)
Résumé : Dans les chaînes de montagnes actives, les processus gravitaires représentent à la fois un aléa naturel majeur et les principaux mécanismes d’érosion contribuant à l’évolution de la morphologie des versants. Alors que les glissements de terrain rapides et catastrophiques ont fait l’objet de nombreuses études en raison de l’aléa directement associé, les mouvements lents ont reçu une attention moindre. Leurs dynamiques peuvent être très hétérogènes, avec des vitesses moyennes variant de moins d’un mètre par millier d’années à plusieurs mètres par semaine. Grâce à l’accès à des images satellitaires optiques et radar bénéficiant d’une fréquence d’acquisition relativement élevée, il est désormais possible de suivre ces mouvements lents. Bien que les images optiques soient couramment utilisées, leur efficacité est limitée par la couverture nuageuse lors des épisodes pluvieux, ce qui réduit la fréquence d’échantillonnage et entrave l’identification des signaux de déformation transitoires.
Le Népal, caractérisé par un relief montagneux aux pentes abruptes, est particulièrement sujet aux glissements de terrain, principalement déclenchés par les précipitations intenses sur les flancs sud durant la mousson. Une forte densité de versants est affectée par de grands glissements lents pouvant évoluer en glissements rapides, ou par de profondes ravines d’érosion régressives entraînant l’instabilité de pans entiers en amont. Anticiper de tels événements nécessite de comprendre les interactions entre les différentes unités des glissements, ainsi que les liens avec l’érosion des ravines en aval ou les facteurs déclencheurs.
Dans cette étude, nous intégrerons des données de télédétection optique et radar satellitaires à haute résolution spatiale et temporelle afin de caractériser, par corrélation d’images, la dynamique spatio-temporelle de plusieurs glissements de terrain situés dans les vallées de la Marsyandi et de la Khudi, au centre du Népal. Le jeu de données comprend les produits en libre accès du programme Copernicus de l’ESA (Sentinel-1 et 2), ainsi qu’un ensemble d’acquisitions SAR haute résolution du satellite PAZ (Hisdesat), obtenues à haute fréquence temporelle. Des acquisitions stéréoscopiques Pléiades (Airbus) viennent compléter cet ensemble de données afin de produire des Modèles Numériques de Surface à haute résolution spatiale.
Ce projet de master s’inscrit plus largement dans un projet scientifique ANR appelé « SLIDE » qui vise à caractériser les flux érosifs associés aux glissements lents en Himalaya.
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Mystère des Kakangarites – Approche pétrographiques et isotopiques
Encadrants : Yves Marrocchi (CRPG) et Nordine Bouden (CRPG)
Résumé : Les Kakangarites sont un rare type de météorites primitives (chondrites) formés dans le système solaire interne. Si elles ont été peu étudiées, les rares mesures isotopiques montrent qu’elles diffèrent fortement des autres chondrites du système solaire interne (composition isotopique en oxygène et anomalies nucléosynthétiques plus négatives que les autres chondrites du système solaire interne). Le but de ce sujet de master 2 est d’effectuer : (i) une caractérisation pétrographique de plusieurs sections polies de Kankagarites et (ii) de mesurer la composition isotopique en oxygène des olivines des chondres, des bordures d’accrétion autour des chondres et de la matrice. Les données permettront de comprendre si les Kakangarites sont constituées de poussières différentes des autres chondrites du système solaire interne. Ces données s’intègrent dans une étude globale de la dynamique de formation et d’évolution des premiers solides du système solaire.
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Dynamique du système de plomberie magmatique du Cap Vert
Encadrants : Marine Paquet (CRPG), Lydéric France (CRPG)
Résumé: Les systèmes volcaniques sont aujourd’hui vus comme l’expression en surface de systèmes magmatiques complexes dont la plomberie magmatique s’étend souvent de la lithosphère mantellique à la subsurface (e.g., Cashman et al., 2017). Dans cette plomberie, la majorité des magmas est en général riche en cristaux (sous forme de bouillie cristalline ou mush) et est donc difficilement mobilisable pour aboutir à une éruption. Les éruptions sont quant à elles nourries par des portions de la plomberie où le liquide a été ségrégué des cristaux en général en lien avec des processus de recharge magmatique. L’organisation de la plomberie magmatique, les processus de recharge et de différenciation des magmas, ainsi que la cinétique des processus qui aboutissent à une éruption peuvent être contraints par l’étude de la composition chimique des minéraux contenus dans les laves car ces objets sont des enregistreurs exceptionnels de ces processus, en particulier via l’étude de leurs zonations chimiques (exemples présentés dans la Figure ci-dessous). Dans ce projet nous visons à apporter de nouvelles contraintes sur l’organisation et le fonctionnement de la plomberie magmatique dans un contexte de point chaud en prenant l’exemple du Cap-Vert.
L’archipel du Cap-Vert est formé par un volcanisme de point chaud induit par un panache mantellique au large de la côte occidentale de l’Afrique. Jusqu’à présent, les études géochimiques se sont concentrées sur les îles de l’archipel et ont permis d’identifier une dichotomie entre les îles du Nord et du Sud : les premières ont une signature caractéristique d’une contribution du manteau source des MORB, et de croûte océanique recyclée, tandis que les secondes témoignent d’un recyclage de sédiments continentaux ou pélagiques (e.g., Davies et al., 1989 ; Escrig et al., 2005 ; Barker et al., 2009 ; Barker et al., 2010 ; Mata et al., 2017). Toutefois, un mont sous-marin situé au Sud-Ouest de Brava (île la plus occidentale du groupe Sud), le mont Cadamosto, se distingue de la tendance méridionale, et a des compositions isotopiques similaires à celles du Nord. Pour comprendre l’origine de cette anomalie isotopique, une campagne océanographique menée par Hunter Edwards et Brian Oller (Scripps Institution of Oceanography) aura lieu du 19 Novembre au 2 Décembre 2025. Le but de la mission est d’aller échantillonner les autres monts sous-marins au large du Cap Vert pour lesquels les données géochimiques manquent afin de comprendre l’origine de la signature isotopique inhabituelle du mont Cadamosto. Les analyses menées par l’équipe américaine comprendront des datations 40Ar-39Ar, des et des analyses en éléments majeurs et traces, ainsi que des mesures isotopiques Sr-Nd-Pb-Os). Dans le cadre de ce projet de Master 2, nous profiterons de cette nouvelle campagne d’échantillonnage dont l’objectif est l’étude de la source des magmas, pour mener une étude pétrologique du système de plomberie et apporter des contraintes inédites sur les processus magmatiques qui régissent la différenciation des magmas et le déclenchement des éruptions.
Après une étude pétrographique détaillée des lames minces incluant morphologie des minéraux, textures des assemblages multi-minéraux, et potentielles déformations des grains, le projet utilisera sonde électronique et LA-ICP-MS pour quantifier la composition chimique des phases (majeurs & traces). Les cartographies chimiques seront particulièrement intéressantes pour identifier et interpréter les variations chimiques dans le temps (zonations). Ces résultats seront ensuite interprétés à la lumière de résultats récents dans différents autres contextes géodynamiques (zones de subduction, dorsales, rifts).
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Matrice à grains fins des chondrites à enstatite : caractérisation des phases porteuses de l’hydrogène
Encadrants : Laurette Piani (CRPG), Pierre-Marie Zanetta (Université de Saint-Etienne), Marie-Camille Caumon (GeoRessources), Andreï Lecomte (GeoRessources), Yves Marrocchi (CRPG)
Résumé : Les chondrites à enstatite (EC) sont des météorites rares (2% de l’ensemble des météorites) mais importantes, car elles constituent une archive des roches à l’origine des planètes telluriques, présentes dans le disque protoplanétaire interne dans les premiers millions d’années du Système solaire. Du fait de leur faible nombre et de leur composition minéralogique exotique, seul un faible nombre de chondrite à enstatite primitive (peu chauffée sur l’astéroïde parent et peu modifiées par l’altération terrestre) ont été identifiées à ce jour. Il existe néanmoins de nombreuses EC de type 3 (les plus primitives) présentent dans les collections internationales qui pourraient être de bons candidats pour l’étude des volatils et en particulier de l’hydrogène. L’objectif du projet de master est la caractérisation de 9 nouvelles chondrites à enstatite de type EH3 et EL3 afin de (1) identifier les échantillons ayant été les mieux préservés de l’altération terrestre et de (2) déterminer les degrés de chauffe par métamorphisme thermique via une étude pétrologique et de la spectroscopie Raman (e.g., Bonal et al. 2014). La matrice à grain fin des échantillons les plus primitifs sera ensuite étudiée en détails par cartographies MEB-EDX à haute résolution spatiale afin d’établir les abondances modales de chacune des phases à partir des données hyperspectrales (Zanetta et al. 2019). Les données acquises lors de ce projet seront fondamentales pour établir les zones cibles pour la réalisation de coupes FIB (focussed ion beam) et d’étude en microscopie électronique à transmission (MET), ainsi que de futures analyses des compositions isotopiques D/H dans la continuité de cette étude. Si le déroulement du stage de master le permet, une première coupe FIB pourra être réalisée et étudiée au MET en fin de stage.
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Origine de la couleur et teneur en eau du grenat démantoïde : sont-elles une signature clé pour identifier le gisement d’origine ?
Encadrants : Isabella Pignatelli (CRPG), Thomas Rigaudier (CRPG)
Résumé : Le démantoïde est une variété verte de grenat andradite bien connue sur les marchés des gemmes non seulement pour sa couleur, mais aussi pour sa dispersion chromatique de la lumière (« feu » en gemmologie) qui est supérieure à celle du diamant. Bien que le démantoïde soit bien étudié depuis longtemps, deux questions restent sans réponse : – Quelle est la cause de la couleur ?- Quelle quantité d’eau peuvent-ils contenir ? Cette quantité est-elle liée aux conditions géologiques de leur gisement d’origine ?Tous les démantoïdes sont verts indépendamment de leur composition. Ceci est tout à fait discutable car la cause de la couleur est attribuée à la teneur en Cr de la structure. Les démantoïdes trouvés dans les skarns (dépôts de type II) ne contiennent pas de Cr mais ils sont toujours verts (Giuliani et al., 2017). Ainsi, plusieurs hypothèses ont été proposées sans aucune certitude. La couleur verte pourrait être due non au Cr mais à : (i) transfert de charge Fe2+-Ti4+ (Files, 2008) ; Interactions Fe2+-Fe3+ (Moore et White, 1972) ; Fe3+ (Rondeau et al, 2009).
De plus, comme les autres grenats naturels, le démantoïde peut contenir des OH– même s’il s’agit d’un minéral nominalement anhydre (NAMS). La teneur en OH– est génériquement appelée « teneur en eau » par abus de langage. La concentration en OH– peut être due à la substitution bien connue de l’hydrogrenat (O4H4)4- ↔ (SiO4)4- et/ou à des substitutions inconnues. Lorsque la concentration en OH– est faible, l’incorporation structurelle de OH– est appelée « défaut OH » (Geiger et Rossman, 2018). La chimie cristalline complexe des grenats et, par conséquent, la chimie de l’environnement de formation, ainsi que la température de cristallisation semblent affecter la teneur en OH– de ces minéraux (Hyckenholz et Fehr, 1982). Pour cette raison, des recherches plus approfondies sont nécessaires pour relier la concentration en OH– dans les grenats aux conditions de cristallisation P-T-X (Geiger et Rossman, 2018). Par exemple, la détection de OH dans les grenats formés dans le manteau est considérée importante car elle pourrait fournir des informations sur les mécanismes permettant de recycler l’eau de la surface de la Terre vers le manteau profond (Bell et Rossman, 1992).
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Caractérisation du cycle du calcium dans la biosphère : quel est le rôle des vers de terre ?
Encadrants : Charlotte Prud’homme (CRPG), Anne-Desiree Schmitt (ITES)
Résumé : Déterminer les flux de calcium du continent vers les océans reste une question cle au sein des processus de surface. Le calcium se déplace facilement entre les réservoirs géochimiques a la surface de la terre (de l’hydrosphère a la biosphère). La composition isotopique du calcium (δ44/40Ca) varie entre les différents réservoirs, ce qui permet de l’utiliser comme traceur du cycle du calcium a la fois dans les environnements ancien et présent. Dans le domaine continental, les plantes présentent une large gamme de δ44/40Ca et il est prouve que les flux de calcium via la dégradation de la biomasse sont significatifs à l’échelle du bassin versant. Il est essentiel d’évaluer la capacite de la biosphère continentale à influencer le δ44/40Ca dans les rivières et, par conséquent, dans l’eau de mer, ce qui n’est encore que peu connu actuellement. Afin de répondre à ce défi, nous proposons d’étudier des carbonates biogéniques originaux très prometteurs : les granules de calcite produits par les vers de terre qui sont particulièrement sensibles aux changements environnementaux. Ces granules de la taille d’un grain de sable sont produits par un processus de bio-minéralisation dans les glandes calcifères des vers de terre et sont secretes a la surface des sols. Le role des vers de terre et les fractionnements en Ca qu’ils peuvent engendrer au sein de la biosphère restent inconnus.
L’approche expérimentale développée au sein du projet DYNACLIM (projet INSU LEFE-EC2CO 2024-2026) a permis a des vers de terre de produire des granules en faisant varier différents paramètres (température, humidité, source d’alimentation). Les objectifs de ce stage de Master 2 ou de 3A d’école d’ingénieur sera (1) d’analyser élémentairement les concentrations en éléments majeurs et isotopiquement (calcium et strontium) le fractionnement produit lors de la formation des granules, tout en analysant la litière et les sols, (2) de déterminer les paramètres qui influencent la production de granules et le fractionnement isotopique du calcium et (3) de determiner le role des vers de terre dans le cycle biogéochimique du calcium et plus particulièrement le fractionnement induit par ces organismes au sein de la végétation. Les résultats de ce stage amélioreront nos connaissances sur les flux entrants et sortants au sein du réservoir de la biosphère a l’échelle du bassin versant.
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De la cosmochimie à l’exploration spatiale et la biologie-santé : effets de la microgravité simulée sur l’inflammation et lien avec la biodistribution des métaux
Encadrants : Marine Paquet (CRPG), Jean-Pol Frippiat (SIMPA)
Résumé : L’intérêt du dosage de métaux (e.g., Zn, Cu, Se) et de leurs isotopes en biologie-santé, ainsi que l’intérêt commun du CRPG et de SIMPA pour le domaine spatial, nous ont amené à nous interroger sur l’impact que des modèles sols, utilisés pour étudier les effets des vols spatiaux sur l’organisme, ont sur la biodistribution de ces éléments traces et de leurs isotopes respectifs, et de l’intérêt de coupler ces données avec des marqueurs classiquement utilisés en biologie-santé. En effet, certaines maladies (e.g., maladies dégénératives) peuvent modifier l’équilibre des métaux (e.g., Zn, Cu) dans l’organisme (Moynier et al., 2017, 2019, 2020 ; Morel et al., 2022 ; Lahoud et al., 2024), ouvrant les méthodes d’analyses isotopiques à des applications en diagnostic médical. De plus, les projets de vols spatiaux habités de longue durée sont de plus en plus importants comme l’attestent ‘Lunar Gateway’, un projet de station spatiale placée en orbite lunaire, la programmation du retour de l’homme sur la Lune, et le développement du tourisme spatial qui intéresse un nombre croissant d’entreprises. Cependant, lors d’un vol spatial, l’organisme est soumis à une multitude de stress, tels que l’apesanteur, les radiations spatiales, l’isolement et le confinement. Cette combinaison de stress affecte de nombreux systèmes physiologiques. Elle altère notamment le système immunitaire mais peut aussi avoir un impact positif sur la prolifération, la virulence et la résistance de certains micro-organismes (Crucian et al., 2018) ce qui déséquilibre la relation hôte/pathogène et peut expliquer la plus grande susceptibilité aux infections des astronautes. Ainsi, une étude des données médicales recueillies sur 46 astronautes ayant séjourné six mois à bord de la Station Spatiale Internationale a montré que 46 % d’entre eux ont rencontré des problèmes immunologiques tels que des hypersensibilités (allergies) et des infections (Crucian et al., 2016). En raison des limites inhérentes à l’expérimentation spatiale, des modèles sol ont été mis au point et validés par la communauté scientifique afin d’étudier les effets d’une réduction de la force gravitaire (microgravité), un stress majeur rencontré lors d’une mission spatiale. Deux modèles internationalement reconnus sont la décharge des membres postérieurs (HU pour ‘hindlimb unloading’) chez les rongeurs (Hargens et Vico, 2016) et l’alitement de longue durée avec inclinaison de la tête vers le bas (HDTBR pour ‘head-down tilt bed rest’) chez l’humain (Pandiarajan et al., 2020). L’UR SIMPA a ainsi été la première à démontrer que la microgravité induit des changements immunitaires qui s’apparentent à un vieillissement accéléré.
Objectifs : 1) le modèle de ‘hindlimb unloading’ peut-il être considéré comme un modèle de vieillissement accéléré ? 2) l’alitement (HDTBR) induit-il les mêmes effets que le ‘hindlimb unloading’ ?
A partir d’échantillons de sérums murins (hindlimb unloading) et humains (HDTBR ± exercice physique ± gravité artificielle;clinique spatiale, MEDES, Toulouse), nous quantifierons les concentrations en Zn, Cu et Se, et les compositions isotopiques dans les sérums murins et humains. Zinc, Cu et Se sont des oligo-éléments connus pour jouer un rôle essentiel dans le fonctionnement du système immunitaire, et leurs altérations peuvent entraîner une augmentation des réponses inflammatoires.
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LE SYSTÈME DE FAILLE RION-PATRAS : ÉVOLUTION D’UNE ZONE DE LIAISON DE RIFT
Encadrants : Mary Ford (CRPG), Alex Whittaker (Imperial College), Guillaume Caumon (Georessources, UL)
Résumé : Ce projet M2 s’inscrit dans un grand projet de recherche intégrant les observations spatiales et terrestres afin de mieux comprendre et quantifier la croissance et la connexion des failles pour s’adapter à la déformation à différentes échelles de temps dans les rifts. Le lancement de ce projet est conditionné à l’obtention d’un financement. Les résultats seront connus fin septembre. Situé entre la Grèce continentale et la péninsule du Péloponnèse, le système de rift Corinthe-Patras est l’une des zones dont l’extension est la plus rapide au monde. Le système de rift est contrôlé par des failles actives représentant un risque sismique majeur pour les populations locales. Le rift de Corinthe enregistre une accélération marquée des taux de déplacement du Pliocène à nos jours. Ce projet multidisciplinaire explorera comment, où et pourquoi les taux de déplacement s’accélèrent au fil du temps, à mesure que les failles se développent et se relient. Les données comprennent les données satellitaires (EGMS, InSAR), la sismologie, les données géologiques et géophysiques (sismiques réflexion, diagraphiques et de forage). Ce projet étudiera le système de failles Rion-Patras (SFRP), sismiquement actif, qui relie les rifts de Patras et de Corinthe. L’évolution du SFRP est controversée. Ce qui est certain, c’est que les failles actives du rift de Corinthe le plus occidental, qui se connectent à cette structure, sont significativement plus jeunes (< 400 ka), d’après la hauteur des escarpements de faille et l’évolution topographique. Les failles actives du RPFS sont également clairement visibles sur les données InSAR. Nous utiliserons l’analyse InSAR (EGMS) combinée à des observations de terrain, des modèles numériques d’élévation et des techniques géomorphologiques quantitatives pour étudier l’initiation et l’évolution de ce système de failles peu étudié. Nous évaluerons si les taux de déplacement et la cinématique des failles ont évolué au fil du temps et quel risque sismique ils représentent. M. Ford travaillera à l’Université de Patras avec des experts locaux pour étudier les taux de glissement et l’histoire des liaisons de rift à plus long terme (105-106 ans). Travaillant d’abord à l’Imperial College (février-mars 2026) avec A. Whittaker, M. Ford, R. Bell et S. Daout, l’étudiant travaillera sur l’analyse du paysage et de la géomorphologie tectonique du RPFS à l’aide de modèles numériques d’élévation pour analyser les points de rupture et la pente des chenaux. Une mission de terrain est planifiée en printemps 2026. Cette approche géomorphologique couvrira des échelles de temps de 102 à 105 ans. L’étudiant analysera également les observations InSAR des mouvements du sol à court terme (dizaines d’années) à l’aide de données EGMS. Les travaux se poursuivront avec S. Daout et M. Ford à l’Université de Lorraine, avec la contribution continue d’A. Whittaker et R. Bell. D’autres collaborateurs apporteront également une contribution essentielle.
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CROISSANCE DE FAILLES À HAUTE RÉSOLUTION DANS LE GOLFE D’ALKYONIDES, RIFT DE CORINTHE, GRECE
Encadrants : Mary Ford (CRPG), Rebecca Bell (Imperial College), Guillaume Caumon (Georessources, UL)
Résumé :Ce projet M2 s’inscrit dans un grand projet de recherche intégrant les observations spatiales et terrestres afin de mieux comprendre et quantifier la croissance et la connexion des failles pour s’adapter à la déformation à différentes échelles de temps dans les rifts. Le lancement de ce projet est conditionné à l’obtention d’un financement. Les résultats seront connus fin septembre. Situé entre la Grèce continentale et la péninsule du Péloponnèse, le système de rift Corinthe-Patras est l’une des zones dont l’extension est la plus rapide au monde. Le système de rift est contrôlé par des failles actives représentant un risque sismique majeur pour les populations locales. Le rift de Corinthe enregistre une accélération marquée des taux de déplacement du Pliocène à nos jours. Ce projet multidisciplinaire explorera comment, où et pourquoi les taux de déplacement s’accélèrent au fil du temps, à mesure que les failles se développent et se relient. Les données comprennent les données satellitaires (EGMS, InSAR), la sismologie, les données géologiques et géophysiques (sismiques réflexion, diagraphiques et de forage).Ce projet de master se concentrera sur le golfe d’Alkyonides (GoA), situé à l’extrémité orientale du rift de Corinthe. Ce bassin possède d’excellents ensembles de données haute résolution, mais sous-exploités, qui sont idéaux pour étudier les taux de déplacement et la croissance des failles récentes sur plusieurs échelles de temps. Les structures offshores sont imagées par les profiles sismiques de réflexion haute résolution, ce qui permet de mieux comprendre l’histoire du bassin depuis 400-450 ka. Cependant, les réflecteurs ne sont pas encore calibrés avec précision en profondeur et dans le temps. Le forage IODP Mission 381 M0080 est désormais disponible pour vérifier et dater cet enregistrement.Le projet Master vise à construire une base de données et un modèle 3D du bassin à partir de données offshores e précisément calibrées grâce au forage IODP M0080. Les lignes sismiques de réflexion plus profondes de Taylor et al. (2011) seront également intégrées. La construction de surfaces de failles et stratigraphiques 3D par interpolation de données 2D vise à générer des modèles structuraux cinématiques cohérentes et à comprendre comment les segments de faille peuvent se connecter latéralement et en profondeur. L’équipe de recherche RING (G. Caumon) de l’Université de Lorraine est pionnière dans ce domaine et pilotera cet aspect du projet. Avec ce modèle 3D, nos objectifs sont de reconstituer l’histoire progressive de la croissance et des liaisons du réseau de failles et de quantifier l’évolution des taux de glissement.Travaillant (février-mars 2026) à l’Imperial College avec R. Bell, M. Ford et A. Whittaker, l’étudiant sera formé et travaillera sur le traitement et l’interprétation sismiques. Il établira un modèle de vitesse des ondes p à l’aide des données IODP M0080 pour convertir les profils sismiques en profondeur. Il interprétera les profils sismiques, établiront la stratigraphie sismique et identifiera les traces de failles. Avec d’autres collaborateurs, ils établiront une corrélation robuste entre la carotte IODP M0080 et la stratigraphie sismique pour dater les horizons stratigraphiques. De retour à Nancy, l’étudiant utilisera ensuite ces données pour construire un modèle géométrique et cinématique 3D des failles et des surfaces stratigraphiques avec l’équipe RING afin d’en déduire le déplacement 3D des failles, leur historique de croissance et leurs taux de glissement au fil du temps.
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SULFUR ISOTOPIC FRACTIONATION DURING MAGMA OCEANS’ DEGASSING
Encadrants : Célia Dalou (CRPG), Mahaud Chavanieu (CRPG)
Résumé : The processes leading to the particular composition of Earth’s modern atmosphere are not straightforward to reconstruct. It is commonly accepted that the global volatile budget of planetary volatiles was forged by contributions from various cosmochemical sources, and via planetary formation processes which have modified the original volatile element concentrations and isotopic compositions of rocky planets. Therefore, the present-day elemental and isotopic volatile compositions of Earth’s interiors do not directly represent those of their precursors. Major planetary processes occurred when planets were partially to completely molten, i.e., during their magma ocean stages. This stage was primordial and encompassed the segregation of a metallic core from the silicate magma ocean and the formation of an early atmosphere by the solidification and subsequent degassing of the magma ocean. Sulfur is an element of particular interest because its volatility during evaporation and degassing depends on oxygen fugacity conditions (fO2). The stable (non-radiogenic) S isotopic compositions of the terrestrial mantle (δ34S value of –1.4 ± 0.5‰), is significantly different from its inferred precursors: non carbonaceous chondrites (δ34S: –0.3 to 0.02 ± 0.2‰) and carbonaceous chondrites (δ34S: –0.49 ± 0.16‰). Therefore, it is possible that magma ocean degassing has modified S isotopic compositions relative to those of Earth’s precursors. Modeling of degassed lunar glasses predicts that equilibrium isotopic fractionation during S degassing produces Δ34Ssilicate–gas ≈ –3‰; although such a fractionation could explain the shift between Earth’s mantle and chondrites’ δ34S values, it remains to be experimentally determined at variable fO2 conditions. During the master project, the student will run degassing experiments on the CRPG’s piston-cylinder at variable fO2 conditions (IW –3 to IW +2), 1 GPa, and 1550°C. Time-series experiments will be performed to establish the experimental duration required to reach isotopic equilibrium. We will use forterite capsules that ensure that the experiments are gas saturated to produce bubbles. A series of 5 decompression experiments (at different decompression rates) will be performed to grow larger bubbles under kinetic conditions using the CRPG’s newly acquired pressure controller. The composition of the gas phases and the speciation of S in silicate glasses (S2, H2S, SO2) will be determined by Raman spectroscopy at GeoRessources. The S contents will be mapped and quantified by EPMA at the CRPG, and S isotopic compositions of the silicate glasses will be quantified by SIMS. Results will allow to know if degassing is a major process to explain the difference between Earth’s S isotopic composition and that of its precursor and to discuss the evolution of Earth’s mantle’s δ34S value during the formation the Earth’s atmosphere.
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Effet de la température sur la solubilité de l’azote dans les silicates fondus : implications pour son incorporation à la surface d’un océan magmatique
Encadrants : Julien Boulliung (CRPG)
Résumé : L’azote est l’élément majoritaire de l’atmosphère terrestre (N₂ ~ 78 %) et un élément essentiel à l’émergence de la vie sur Terre. Cependant, en raison de son comportement volatil, de nombreuses interrogations subsistent quant à son origine et à sa préservation au sein du système solaire interne, en particulier sur Terre. En effet, la Terre a connu, au cours de sa formation et différenciation, des épisodes chaotiques impliquant des impact(s) géant(s) et la présence d’océan(s) magmatique(s) affectant les budgets en azote des différents réservoirs (atmosphère-manteau-noyau). La manière dont l’azote est réparti entre les principaux réservoirs terrestres ainsi que les flux qui les relient sont des paramètres clés pour comprendre la formation de l’atmosphère terrestre et son évolution au cours des 4,56 derniers milliards d’années. L’objectif de ce projet qui s’inscrit dans le cadre du projet ERC IRONIS d’Evelyn Füri, est de mieux comprendre le comportement de l’azote durant ces épisodes, et plus spécifiquement à la surface d’un océan magmatique. Le dégazage de l’azote vers l’atmosphère primitive s’est-il effectué de manière complète ou partielle ? En l’absence d’échantillons naturels directement liés à ces processus, les simulations expérimentales permettent d’apporter des contraintes à ces événements. Des expériences menées à haute température et sous différentes conditions de pression ont déjà permis d’améliorer notre compréhension du comportement de l’azote lors de ces processus planétaires (e.g., Libourel et al., 2003; Grewal et al., 2019; Boulliung et al., 2020 ; Bernardou et al., 2021). Ces travaux montrent que l’azote présente différentes solubilités et spéciations (e.g., N³⁻, NH₂⁻, N₂) dans les magmas en fonction des conditions physico-chimiques environnantes. Bien que des expériences sous haute pression aient révélé un effet notable de la température sur la solubilité de l’azote, la majorité des études réalisées à basse pression ont été menées à température fixe (e.g., Boulliung et al., 2020 ; Libourel et al., 2025), ce qui limite notre compréhension d’un point de vue interaction entre l’atmosphère et la surface d’un océan magmatique. Afin de mieux cerner l’influence de la température sur l’incorporation de l’azote dans les silicates fondus à la surface d’un océan magmatique, une série d’expériences sera réalisée dans des fours à atmosphère contrôlée (1 bar), en conditions anhydres et hydratées, pour des températures comprises entre 1250 et 1550 °C et sous différentes fugacités en oxygène (fO₂). La composition en oxydes des verres obtenus sera caractérisée par microsonde électronique (EPMA, Electron Probe MicroAnalyzer – CRPG). Les teneurs en azote seront mesurées par EPMA et SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry – CRPG), et la spéciation de l’azote sera déterminée par spectroscopie Raman (GéoRessources). Ces données serviront à l’élaboration d’équations destinées à déterminer la solubilité de l’azote en fonction de la température, de la fO₂ et de la composition des silicates à 1 bar. Elles seront ensuite extrapolées à des températures plus représentatives des océans magmatiques et comparées aux modèles actuels proposant des contraintes sur les échanges en volatils (H, C, N, O) à la surface d’un océan magmatique (e.g., Sossi et al., 2020).