Sediment Delivery to Sustain the Ganges-Brahmaputra Delta Under Climate Change and Anthropogenic Impacts

The principal nature-based solution for offsetting relative sea-level rise in the Ganges-Brahmaputra delta is the unabated delivery, dispersal, and deposition of the rivers’ ~1 billion-tonne annual sediment load. Recent hydrological transport modeling suggests that strengthening monsoon precipitation in the 21st century could increase this sediment delivery 34-60%; yet other studies demonstrate that sediment could decline 15-80% if planned dams and river diversions are fully implemented. We validate these modeled ranges by developing a comprehensive field-based sediment budget that quantifies the supply of Ganges-Brahmaputra river sediment under varying Holocene climate conditions. Our data reveal natural responses in sediment supply comparable to previously modeled results and suggest that increased sediment delivery may be capable of offsetting accelerated sea-level rise. This prospect for a naturally sustained Ganges-Brahmaputra delta presents possibilities beyond the dystopian future often posed for this system, but the implementation of currently proposed dams and diversions would preclude such opportunities

Plats pays et mornes plaines ? : dynamique du transfert sédimentaire au sein de grands drainages continentaux

Le transfert des sédiments vers les océans s’organise en différents compartiments : la zone source en érosion, la zone de transfert (les corridors fluviatiles) et la zone de sédimentation. Ce système est influencé par des forçages externes -tels que la tectonique ou le climat- mais il possède également une dynamique interne, qui peut absorber ou modifier le signal des forçages externes. De plus, les différents compartiments du système de routage ne sont pas déconnectés : des communications s’effectuent d’amont en aval ou d’aval en amont. Comprendre au mieux ce système, c’est donc intégrer au maximum l’ensemble de ses compartiments. Cette habilitation présente les résultats d’études menées dans les zones « plates » du système de routage des sédiments : les zones anorogéniques, les plaines alluviales et les deltas. L’originalité de ce travail réside dans la variété de ses approches : études de terrain, grandes synthèses, expériences analogiques et modélisation numérique. Le manuscrit est organisé en trois grandes parties, reprenant les trois zones du système de routage des sédiments. La première partie est donc consacrée à la dynamique d’érosion des sources sédimentaires, principalement en milieu tropical latéritique. Plusieurs échelles sont abordées, depuis la dynamique des versants jusqu’à la quantification de la dynamique de surface à l’échelle sous-continentale. Ces résultats illustrent la redistribution des ressources minérales dans les paysages et permettent de proposer un bilan « source-to-sink » intégré sur l’ensemble du Cénozoïque en Afrique de l’Ouest. La seconde partie s’intéresse à la zone de transfert. J’y intègre différentes approches, depuis la reconstruction des profils en long des rivières à l’échelle de plusieurs millions d’années à la dynamique du stockage temporaire de sédiments à l’échelle millénaire dans les plaines alluviales. Ces résultats contraignent l’incision des paysages, illustrant notamment l’effet de la lithologie du substrat. La troisième partie concerne la zone d’accumulation et les bilans sédimentaires. J’y étudie la mobilité des chenaux depuis les environnements deltaïques jusqu’aux systèmes turbiditiques sous-marins pour proposer des clés de distinction entre dynamique interne et forçages externes de la redistribution sédimentaire. A la fin du manuscrit est détaillé le projet scientifique que je souhaite mener au cours des prochaines années à Mines Paris. Ce projet s’inscrit dans la continuité de mes thématiques et outils de recherche actuels : la géomorphologie des zones stables, la modélisation analogique de la dynamique des systèmes chenalisés mais aussi les interactions entre climat et flux sédimentaires. Je souhaite enfin donner une dimension plus sociétale à mon profil de recherche en étudiant les interactions entre l’Homme et son milieu naturel, notamment sur l’exemple des plaines alluviales telles que la Seine

Plats pays et mornes plaines ? : dynamique du transfert sédimentaire au sein de grands drainages continentaux

Le transfert des sédiments vers les océans s’organise en différents compartiments : la zone source en érosion, la zone de transfert (les corridors fluviatiles) et la zone de sédimentation. Ce système est influencé par des forçages externes -tels que la tectonique ou le climat- mais il possède également une dynamique interne, qui peut absorber ou modifier le signal des forçages externes. De plus, les différents compartiments du système de routage ne sont pas déconnectés : des communications s’effectuent d’amont en aval ou d’aval en amont. Comprendre au mieux ce système, c’est donc intégrer au maximum l’ensemble de ses compartiments. Cette habilitation présente les résultats d’études menées dans les zones « plates » du système de routage des sédiments : les zones anorogéniques, les plaines alluviales et les deltas. L’originalité de ce travail réside dans la variété de ses approches : études de terrain, grandes synthèses, expériences analogiques et modélisation numérique. Le manuscrit est organisé en trois grandes parties, reprenant les trois zones du système de routage des sédiments. La première partie est donc consacrée à la dynamique d’érosion des sources sédimentaires, principalement en milieu tropical latéritique. Plusieurs échelles sont abordées, depuis la dynamique des versants jusqu’à la quantification de la dynamique de surface à l’échelle sous-continentale. Ces résultats illustrent la redistribution des ressources minérales dans les paysages et permettent de proposer un bilan « source-to-sink » intégré sur l’ensemble du Cénozoïque en Afrique de l’Ouest. La seconde partie s’intéresse à la zone de transfert. J’y intègre différentes approches, depuis la reconstruction des profils en long des rivières à l’échelle de plusieurs millions d’années à la dynamique du stockage temporaire de sédiments à l’échelle millénaire dans les plaines alluviales. Ces résultats contraignent l’incision des paysages, illustrant notamment l’effet de la lithologie du substrat. La troisième partie concerne la zone d’accumulation et les bilans sédimentaires. J’y étudie la mobilité des chenaux depuis les environnements deltaïques jusqu’aux systèmes turbiditiques sous-marins pour proposer des clés de distinction entre dynamique interne et forçages externes de la redistribution sédimentaire. A la fin du manuscrit est détaillé le projet scientifique que je souhaite mener au cours des prochaines années à Mines Paris. Ce projet s’inscrit dans la continuité de mes thématiques et outils de recherche actuels : la géomorphologie des zones stables, la modélisation analogique de la dynamique des systèmes chenalisés mais aussi les interactions entre climat et flux sédimentaires. Je souhaite enfin donner une dimension plus sociétale à mon profil de recherche en étudiant les interactions entre l’Homme et son milieu naturel, notamment sur l’exemple des plaines alluviales telles que la Seine

Dynamique long-terme de l'érosion en contexte cratonique : l'Afrique de l'Ouest depuis l'Eocène

The long-term (107 yr) erosion dynamics of cratonic domains is studied in the present thesis based on the spatial analysis of paleolandsurfaces preserved at the scale of West Africa (~ 4 x 106 km2) since Eocene times. One shows that the West African drainage (i.e. Niger and Volta) was established 24 my ago. Since then, river long profiles have slightly evolved while the position of major knickzones was stabilized on lithological contrasts. The deformation of these profiles was used for gauging epirogenic motion. In very stable zone, landscape dissection with higher resolution shows relief increase despite a relative stability of mean denudation rates (2 m/my). This approach was used to detect masked mineralization hosted by the bedrock and/or to identify ore index redistribution by erosion. Erosion budgets were estimated since Eocene peak greenhouse. The spatial distribution of the denudation suggests the influence of flexural and/or mantellic epirogeny. Estimated volumes were constrained using the porosity and density of eroded regolith. A preliminary source-to-sink comparison was undertaken in the case of the Niger system. While a correlation is shown during the Eocene to Late Miocene interval, the volume deposited during the last 11 my exceeds the estimation of denudation. Surprisingly, the long-term denudation regime of West African has been constant (~ 6.5 m/my) for the last 45 my despite climatic variations. This volumetric budget seems to be typical of non-orogenic domains and would imply a ca. 2 Gt/yr global flux for these domains that represent about ~ 70 % of the Earth surface.La dynamique long-terme (107 ans) des surfaces cratoniques, qui constituent la majorité des domaines continentaux, est étudiée dans cette thèse à partir de la spatialisation de paléo-surfaces préservées en Afrique de l'Ouest (4 x 106 km2) depuis l'Eocène. Il est montré que le drainage ouest africain (Niger, Volta) était établit il y a 24 Ma. Depuis, les profils longitudinaux des rivières ont peu évolué. Leurs knickzones majeures se sont stabilisées, influencées par la lithologie. La déformation de ces profils a permis de détecter des mouvements épirogéniques. Dans les zones les plus stables, la dissection du paysage montre l'augmentation du relief depuis 11 Ma malgré de faibles taux d'érosion (~ 2 m/Ma). Cette approche a été appliquée en prospection minière pour détecter des minéralisations masquées par les cuirasses latéritiques et/ou identifier la redistribution d'indices par érosion. Les bilans d'érosion ont été évalués depuis le pic d'effet de serre éocène. La distribution spatiale de la dénudation en carte semble traduire des mouvements verticaux. Les volumes ont été précisés en incluant la porosité et la densité du régolite dénudé. Une première mise en relation est faite entre volumes érodés et déposés pour le cas du Niger. Si une corrélation est montrée pour l'intervalle éocène-miocène supérieur, le volume déposé durant la période récente est bien supérieur à l'estimation du volume érodé. Malgré l'évolution du climat, le taux de dénudation moyen à l'échelle de l'Afrique de l'Ouest est resté constant depuis 45 Ma (~ 6,5 m/Ma). Le bilan ouest africain, appliqué aux zones non-orogéniques, impliquerait un flux global vers les océans d'environ 2 Gt/an pour ces zones

FACADE: a Typed Intermediate Language Dedicated To Smart Cards

The use of smart cards to run software modules on demand has become a major business concern for application issuers. Such downloadable executable content needs to be trusted by the card execution environment in order to ensure that an instruction on a memory area is compliant with the definition of the data stored in this area (i.e. its type). Current solutions for smart cards rely on three techniques. For Java Card, either an off-card verifier-converter performs a static verification of type-safety, or a defensive virtual machine performs the verification at runtime. For other types of open smart cards, no type-checking is carried out and the trust is only based on the containment of applications. Stati

Competition between uplift and transverse sedimentation in an experimental delta

International audienceMass is commonly injected into depositional systems either laterally by transport from source regions, or vertically from below via local uplift. We report results on the competition between these two fundamental processes, using an experimental basin with a deformable substrate. The lateral supply is via two alluvial fans on orthogonal walls of the basin; the uplifting region is downstream of one of the fans (axial source) and opposite to the other (transverse source). We show that the presence of a transverse sediment input increases the erosion rate of the uplifting region by pushing the mixing zone between the two alluvial sources against the uplifting mass. However, increase in sediment delivery to the transverse fan does not cause a proportional increase in erosion rate of the uplifting region. Instead, the system reaches a steady state balance between uplift and erosion induced by the transverse fan, such that there is no change in the total mass above the active alluvial surface (i.e. the sediment [or water] / air interface) -- a lateral analog of the classical steady state between vertical erosion and uplift. We also show that the mixing zone is instrumental in limiting upstream aggradation and funneling sediments to the shore, resulting in limited river lateral mobility and increased progradation. Hence, the interaction between alluvial sources buffers river erosion and leads to consistent deviations from predictions of the area of influence of each fan based on simple mass-balance arguments. In the Ganges Brahmaputra Meghna delta, such dynamics may have participated in the stabilization of the Brahmaputra River course in the Jamuna valley during Holocene time

Shrinking and splitting of drainage basins along the Aconquija Range (Argentina) from the migration of its main drainage divide

1 p.International audienc

Paléohydrologies périglaciaires reconstituées à partir de morphologies de grès

A model for groundwater silicification within the Fontainebleau Sands in sub contemporary landscapes was first proposed 35 years ago and has now been substantially updated with reference to silica precipitation during periglacial climate conditions. Herein we focus on observations that point to a deep permafrost which controlled the hydrology of paleolandscapes in the Paris Basin during Quaternary glaciations.A model for groundwater silicification within the Fontainebleau Sands in sub contemporary landscapes was first proposed 35 years ago and has now been substantially updated with reference to silica precipitation during periglacial climate conditions. Herein we focus on observations that point to a deep permafrost which controlled the hydrology of paleolandscapes in the Paris Basin during Quaternary glaciations.Le modèle d’une silicification de nappe, liée aux paysages subactuels, proposé il y a 35 ans, a été précisé et complété avec l’introduction des climats périglaciaires qui expliquent la précipitation de la silice. Ici nous présentons les observations qui étayent la présence d’un pergélisol (ou permafrost) profond dans le bassin de Paris pendant les glaciations quaternaires et qui permettent de remontrer à l’hydrologie de ces paléopaysages

Submarine deposition and braiding under experimental density current

International audienceTurbidity currentsare the geomorphic agents of submarine deposition systemsthat reworkand transfer silico-clastic material to the deep ocean. These high density currents carve giant, meandering canyons along the steep continental slopes and deposit submarine lobeswhen the canyon reaches the oceanic basin floors. Characterizing the dynamics of density current is therefore key for better understanding the origin and architecture of deep-seasedimentary deposits as well as their implications for source-to-sink transfers and reservoir geometry. We present a series of experiment conducted at the St Anthony Falls Laboratory, University of Minnesota, under both subaerial and submarine conditions in order to investigate surface and sub-surface dynamics of aggrading clastic systems. The density current was a saline solution that was introduced either through a line or point source in order to test the impact of aspect ratio on planform geometry. We used light (density 1.25) plastic sediments that were introduced with water at a constant rate during each experiment. The experimental basin was design with two slope breaksalong the test section, one upstream and one downstream, that successfully allowed for aggradation of the deposits. Under similar discharge conditions, the submarine case resulted in steeper longitudinal slopes than the subaerial case, affecting the overall depositional patterns. Surface evolution, captured using topographic scans, showed deposition patterns of alternating deep-scouring channels connected to depositional lobes, sheet-flow developed at the outlet of these channels as well as braid plains that occurred across the whole test-section. We show that lobe deposition initiated at each slope break, leading to aggradation and widening of the lobes until a threshold was reached and the feeding channel avulsed elsewhere. Using a flow routing-based technique as a mapping tool, we were able to quantify objectively the aspect ratio of bars and it variations with input conditions. Finally, we showedlengthened avulsion timescale in a bedload-dominated turbidity experiments,a behavior that is commonly assumed to result only from levees growing in submarine aggrading systems