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    Restriction temporaire
    “Diffusionist”. Suggestions in the Nile Valley Prehistory
    (2023)
    Donatella Usai
    ;
    Friederike Jesse
    ;
  • Publication
    Accès libre
    Hydrotectonics and fault criticality analysis in karstic regions from microseismic and hydrogeological observations
    Cette étude vise à évaluer la criticalité des failles dans les régions karstiques en combinant l’analyse de données hydrogéologiques et microsismiques, à améliorer la compréhension des interactions entre l’activité sismique et la circulation des eaux souterraines et à utiliser ces connaissances pour estimer l’état de contrainte actuel de la croûte supérieure. Ces objectifs sont motivés par les préoccupations actuelles concernant la sismicité induite et les risques qui y sont associés dans des projets tels que l’exploitation de l’énergie géothermique profonde, la séquestration de CO2 ou encore l’enfouissement des déchets radioactifs. Dans le contexte de la sismicité induite, l’eau joue un rôle majeur en influençant les contraintes effectives, et donc la stabilité des failles. Si la sismicité induite par l’Homme est souvent observée dans les cas d’injection d’eaux usées ou de stimulation de réservoirs, la sismicité induite naturellement peut également être observée à la suite d’intense période de recharge, en particulier en zone karstique où l’effet de canalisation des conduits karstiques a une influence majeure sur la pression interstitielle. Ainsi, en combinant des données hydrogéologiques aux données de sismicité naturelle, il est possible d’obtenir des informations sur l’interaction de la circulation des fluides et la stabilité des failles. Pour atteindre ces objectifs, la phase initiale du projet consiste à identifier et à quantifier les mécanismes susceptibles de déclencher un séisme à la suite d’une recharge importante (événement pluvieux ou fonte des neiges) dans les régions karstiques. Les mécanismes identifiés sont 1) une augmentation de la charge verticale due à l’eau supplémentaire dans les conduits karstiques, 2) une augmentation de la pression interstitielle suite à une déformation poro-elastic résultant de la charge supplémentaire, 3) une augmentation massive de la pression interstitielle résultant de la connexion hydrogéologique directe entre l’eau infiltrée et la profondeur focale et 4) un processus de diffusion de pression. Ces mécanismes, qu’ils agissent seuls ou ensemble, influencent la pression interstitielle, mais le moment auquel ils agissent varie. La réponse de la pression suite à une augmentation de la charge hydraulique est instantanée pour les mécanismes 1 à 3, mais retardée pour le mécanisme 4. L’utilisation de données provenant de 3 études de cas ainsi que des solutions analytiques 1D permettant de calculer la variation de la pression interstitielle suite à une augmentation massive de la charge hydraulique permet d’identifier quel processus est le plus susceptible de générer un séisme à la suite de fortes précipitations. En parallèle à cette première phase du projet, un réseau de surveillance sismique et hydrogéologique est déployé dans le Jura Neuchâtelois afin de créer un catalogue sismique et de collecter les débits des principales sources karstiques de la région, utilisés comme indicateurs des variations du niveau des eaux souterraines. Ces deux ensembles de données sont ensuite combinés et un lien statistiquement significatif est trouvé entre des périodes de hautes eaux souterraines et l’activité sismique. Une analyse détaillée de l’activité sismique des différentes zones de faille étudiées ainsi que des événements induits par la pluie qui leur sont associés est réalisée. En utilisant les solutions analytiques mentionnées ci-dessus, les variations de pressions interstitielles sont calculées pour chaque zone de faille au moment de la rupture et une valeur seuil au-delà de laquelle un séisme est envisageable, est définie pour chaque faille. Bien que la majorité des failles étudiées montre une certaine activité à la suite d’intenses précipitations, les tremblements de terre ne se produisent pas de manière régulière. L’identification des évènements induits par la pluie, le seuil de détection des tremblements de terre ou encore les propriétés hydromécaniques des failles peuvent expliquer ce manque de cohérence. En intégrant ces connaissances au contexte géologique et hydrogéologique de la région, un modèle conceptuel hydromécanique est établi. Dans la dernière partie de ce travail, l’état des contraintes actuelles de la croûte superficielle est estimé à l’aide de deux méthodes distinctes et une gamme de valeurs et d’orientations, dont les résultats sont en accord avec des études antérieurs, sont présentées. En conclusion, ce travail souligne l’importance de prendre en compte le contexte hydrogéologique d’une région lors de discussion sur la sismicité induite par la pluie, car l’effet de la canalisation des conduits karstiques augmente considérablement la pression interstitielle en profondeur, et a par conséquent une influence majeure sur la valeur seuil identifiée. Cette étude contribue également à une meilleure compréhension de l’activité sismique aux abords du lac de Neuchâtel et de la manière dont le contexte géologique et hydrogéologique l’influence. ABSTRACT This study aims at assessing fault criticality in karstic regions through the analysis of hydrogeological and microseismic data, at enhancing the understanding of interactions between seismic activity and groundwater circulation and using this insight to estimate the present-day stress state of the shallow crust. These objectives are prompted by the present concerns regarding induced seismicity and its associated risks in projects involving for example deep geothermal energy exploitation, CO2 sequestration or radioactive waste disposal. In the context of induced seismicity, fluids play a major role by influencing the effective stresses and thus fault stability. While human-induced seismicity is often observed in cases of waste water injection or reservoir stimulation, naturally triggered seismicity following seasonal recharge can also be observed, especially in karstic areas where the channeling effect of karst conduits has a major influence on pore pressure. Thus, combining natural seismicity and hydrogeological data can inform on the interaction between fluid flow and fault rupture. To fulfill these goals, the initial phase involves the identification and the quantification of what mechanisms may trigger seismicity following an important recharge period (heavy precipitation or snow melt) in karstic regions. The identified mechanisms are 1) an increasing vertical load due to the additional water within the karst conduits, 2) poro-elastic deformation resulting from the additional load, 3) a massive pore pressure increase resulting from a direct hydrogeological connection between the infiltrated water and focal depth and 4) pressure diffusion process. These mechanisms, whether they act alone or together, influence the pore pressure, however the timing of their effectiveness varies. The response of the pore pressure to an increasing hydraulic head is instantaneous for mechanism 1-3 but delayed for 4. Using data from 3 test sites and 1D analytical solutions to calculate pore pressure response to an increasing hydraulic head allows to determine, which process is more likely to trigger seismicity following heavy rainfalls. In parallel to this initial phase, a seismic and hydrogeological monitoring network is deployed in the Neuchˆatel Jura to create a seismic catalog and collect continuous flow rates from major karstic springs, which is used as proxy for groundwater level variations. These two data sets are then combined and a statistically significant link is found between high groundwater conditions and seismic activity. A detailed analysis of the seismic activity of the analyzed fault zones and their associated rain-triggered events, coupled with the afore-mentioned 1D analytical solutions is then performed. For each fault zone a triggering pore pressure increase is defined and used to determine the sensitivity of the faults to hydraulic head variations. Although the majority of the investigated faults show some activity following important precipitations, events do not occur on a regular basis. The identification of rain-triggered events, the detection threshold of seismic events as well as hydromechanical properties of the faults may explain this lack of consistency. Integrating this knowledge, together with the overall seismic activity of the region and the geological and hydrogeological context, a conceptual hydromechanical model for the study area is presented. Finally, the state of stress of the shallow crust is estimated using two distinct methods and a range of values and orientations is presented. As a conclusion, this study mainly stresses the importance of considering the hydrogeological context when discussing rain-triggered seismicity, as the channeling effect of karst conduits drastically increases the pore pressure at depth, and consequently has a major influence on the magnitude of the triggering pore pressure. This study also contributes to a higher understanding of the seismic activity near Lake Neuchˆatel and how it is influenced by the geological and hydrogeological context.
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    Accès libre
    Deciphering the multifaceted determinants of esca incidence across a vineyards network
    Dans le cas de maladies complexes comme le dépérissement des arbres, où de multiples facteurs sont impliqués et difficiles à isoler, la compréhension des relations entre les facteurs biotiques et abiotiques est un défi. Garantir la santé des cultures pérennes pour une rentabilité durable est une préoccupation majeure en raison de la multitude des menaces et des pertes économiques qui en découlent. À partir de la fin des années 1980, les vignobles existants ont connu une baisse des rendements et une augmentation de la mortalité des plantes attribuée à l'émergence de maladies vasculaires fongiques influencées par des facteurs pédoclimatiques. La maladie de l'esca est l'une des maladies vasculaires les plus dévastatrices en Europe menaçant la vigne. Cette thèse vise à améliorer notre compréhension de la nature multifactorielle du dépérissement de l'esca. Cela grâce à l'analyse des communautés fongiques de la plante qui permet d’évaluer la contribution des facteurs microbiens avec l'apparition et la progression des symptômes de dépérissement ainsi que par l'évaluation de facteurs pédoclimatiques liés à l'incidence de l'esca. Pour atteindre ces objectifs, nous avons travaillé sur un réseau de vignobles planté avec le même cépage (Gamaret) avec des plantes du même âge pour réduire les facteurs confondants, notamment l’incidence de la variabilité de la sensibilité de l'hôte déjà observée. Nous avons analysé les différences dans la composition des communautés fongiques des troncs de vignes affectés à des degrés divers par l'esca. L'analyse du mycobiome du tronc de vigne a révélé une communauté fongique remarquablement diversifiée avec une faible différenciation au niveau du vignoble ou de la région. Nous avons constaté une surreprésentation de plusieurs taxons dans les plantes asymptomatiques ; cependant, aucun taxon n'était surreprésenté dans les plantes symptomatiques. Les taxons clés typiquement impliqués dans l'esca ne présentaient pas non plus d'association significative avec l'état de santé des plantes. Parallèlement, nous avons collecté des données épidémiologiques et physiologiques une fois par an pendant quatre années consécutives dans le réseau des vignobles étudiés. Nous avons comparé les données épidémiologiques sur l'incidence de l'esca avec les données climatiques obtenues à partir des stations météorologiques, ainsi que certains indicateurs physiologiques (poids des baies et du bois, δ 13C, analyses de la composition chimique des feuilles et des moûts) pour les comparer avec l'incidence mesurée de l'esca. Nous avons identifié une corrélation positive entre la capacité de rétention de l'eau du sol et la quantité de précipitations au début de l'été et l'incidence de l'esca. ABSTRACT In complex diseases like tree decline, where multiple factors are involved and difficult to isolate, understanding the relationships between biotic and abiotic factors is a challenge. Ensuring the ongoing health of perennial crops for sustained profitability remains a significant concern due to the multitude of threats and associated economic losses. From the late 1980s onwards, established vineyards experienced a decline in yields and an increase in plant mortality attributed to the emergence of fungal vascular diseases influenced by pedoclimatic factors. Esca disease is among the most devastating vascular disease in Europe threatening grapevine. Symptoms are expressed at two levels: i) in the wood by different levels of necrosis and the presence of brown longitudinal bands or cankers; ii) in the leaves by leaf discoloration with a "tiger stripe" pattern. This thesis aims to improve our understanding of the multifactorial nature of esca dieback through the analysis of the plant mycobiome offering insights into potential microbial contributions to the onset and progression of dieback symptoms and through the evaluation of pedo-climatic factors linked with esca incidence. To achieve these objectives, we worked on a network of vineyards all planted with the same grape variety (Gamaret) with plants of the same age to reduce confounding factors, including the variability in host susceptibility already highlighted. We aimed to test for compositional differences in trunk inhabiting fungal communities in vineyards affected to varying degrees by esca. The analysis of the vine trunk mycobiome revealed a remarkably diverse fungal community with weak differentiation at the vineyard of regional level. We found overrepresentation of several taxa in asymptomatic plants; however, no taxa were overrepresented in symptomatic plants. Key taxa typically implicated in esca were also not showing any significant association with plant health status. In parallel, we collected epidemiological and physiological data once a year for four consecutive years in the network of studied vineyard. We compared epidemiological data on the incidence of esca with climatic data obtained from weather stations, as well as certain physiological indicators (berry and wood weights, δ 13C, analyses of the chemical composition of leaves and musts) to compare them with the measured incidence of esca. We identified a positive correlation between soil water retention capacity and the amount of precipitation in early summer and the incidence of esca.
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    Accès libre
    Developing the biological potential of organometallic cages
    (Neuchâtel : Université de Neuchâtel, 2024) ;
    Les métalla-assemblages d'arène ruthénium sont des structures supramoléculaires qui s'auto-assemblent grâce à des liaisons de coordination. Ils sont composés de différents éléments : clips et panneaux, dont le choix détermine l'architecture finale de l'assemblage. Cette approche modulaire est ce qui rend la fonctionnalisation de ces systèmes très intéressante, car différentes modifications peuvent être introduites en même temps et de manière contrôlée. Des structures tridimensionnelles telles que des prismes ou des cubes sont possibles, dont certaines possèdent une cavité capable de transporter des molécules hydrophobes, ce qui fait des assemblages arène-ruthénium des candidats pertinents pour la conception de nouveaux systèmes d'administration de médicaments. L'objectif de cette thèse est d'étudier les voies synthétiques permettant de fonctionnaliser les métalla-assemblages et d'étudier leur combinaison afin d'obtenir des plates-formes multifonctionnelles pour des applications biologiques. Dans une première approche, des panneaux trigonaux avec différents groupes fonctionnels ont été synthétisés et utilisés pour former des prismes. Ensuite, ces panneaux ont été combinés avec des dérivés de pyrényle à double bras, agissant comme invités, prouvant que les prismes avec des panneaux fonctionnalisés sont capables d'encapsuler un invité. Cette même stratégie a été appliquée à la synthèse d'un ensemble de photosensibilisateurs de troisième génération, basés sur des assemblages avec un panneau biotinylé pour le ciblage, et trois invités pyrényl-photosensibilisateurs différents pour des applications de thérapie photodynamique (PDT). Leur activité phototoxique a été testée sur des cellules cancéreuses colorectales humaines HCT116. En outre, les clips contenant un espaceur oxamide ont été modifiés par l'introduction de groupes fonctionnels tels que des chaînes alkyliques avec différentes quantités de groupes hydroxyles ou de courtes chaînes PEG. Ces clips ont été utilisés dans la synthèse de prismes et de cubes pour ajuster leur hydrosolubilité. Leur hydrophilie a été étudiée en calculant leur coefficient de partage octanol-eau. Des valeurs hydrophiles ont été obtenues pour les deux séries d'échantillons. ABSTRACT Arene ruthenium metalla-assemblies are supramolecular structures which self-assemble through coordination forces. They are composed by different building blocks: clips and panels, the choice of which determines the final architecture of the assembly. This modular approach is what makes the functionalization of these systems most interesting, as different modifications can be introduced at the same time in a controlled manner. Three-dimensional structures such as prisms or cubes are possible, some of which possess a cavity capable of transporting hydrophobic molecules, making arene ruthenium assemblies relevant candidates for the design of novel drug delivery systems. The aim of this thesis is to investigate the synthetic pathways to functionalize metalla-assemblies and to study their combination to obtain multi-functional platforms for biological applications. In a first approach, trigonal panels with different functional groups have been synthesized and used to form prisms. Then, those panels have been combined with double-arm pyrenyl derivatives, acting as guests, proving that prisms with functionalized panels are able to encapsulate functionalized guests. The same strategy has been applied in the synthesis of a set of third generation photosensitizers, based on assemblies with a biotinylated panel for targeting, and three different pyrenyl-photosensitizer guests for photodynamic therapy (PDT) applications. Their phototoxic activity has been tested on HCT116 human colorectal cancer cells. Moreover, clips containing an oxamide spacer have been modified by introduction of functional groups such as alkylic chains with different amounts of hydroxyl groups or short PEG chains. These clips have been used in the synthesis of prisms and cubes to tune their water-solubility. Their hydrophilicity has been studied by calculating their octanol-water partition coefficient. Hydrophilic values have been obtained for both sets of samples.