Thèse Caractérisation Géophysique de la Croûte Terrestre Islandaise Apport de l'Étude des Propriétés Magnétiques et Électriques des Roches Basaltiques. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau Laboratoire de recherche : GM - Géosciences Montpellier Direction de la thèse : Benoit GIBERT ORCID 0000000294010423 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 L'Islande est une île volcanique dont la croûte terrestre comporte de nombreuses anomalies géophysiques identifiées depuis les années 1970, mais dont les origines sont aujourd'hui encore très débattues (Foulger et al. 2019, Arnason et al., 2025). L'interprétation de ces anomalies requiert des connaissances fines des propriétés physiques des roches magmatiques. Améliorer ces connaissances vise à mieux identifier la distribution de la température en profondeur, la nature des roches, la présence de magmas, les circulations hydrothermales, les structures tectoniques. Ces aspects revêtent des enjeux en termes de production énergétique (géothermie), de risques volcaniques, ou de géodynamique. Le projet de thèse se focalisera sur l'étude de deux types de propriétés des roches : les propriétés magnétiques et électriques. Il proposera de fournir des contraintes pour améliorer l'interprétation d'observations géophysiques très répandues en contexte magmatique, en particulier pour la prospection géothermique et l'étude des processus crustaux : les levés magnétiques (Bouligand et al., 2023) et les sondages électriques ou électromagnétiques (Arnason et al., 2025, e.g. Vilhjalmson et Flovenz, 2017, Lévy et al., 2019).

L'objet d'étude concernera la caractérisation à haute résolution spatiale des systèmes volcaniques, tels que le champ géothermique de Krafla, où les sondages de proche surface (<2km), indiquent de fortes variations latérales d'aimantation et verticales de conductivité électrique (Bouligand et al., 2023, Lévy et al., 2019). Un enjeu du travail de thèse sera de comprendre, à la lumière de l'étude des propriétés électriques et magnétiques des roches, en quoi ces variations de propriétés sont les témoins de la dynamique du système volcanique et hydrothermal.

Le travail de thèse se consacrera à l'étude des processus qui contrôlent l'aimantation et la conduction électrique des roches basaltiques: effets de la lithologie, minéralogie magnétique, température, altérations hydrothermales. Des travaux antérieurs sur échantillons de forages ont permis d'identifier la distribution des minéraux d'altération en profondeur et leur lien avec les propriétés de conduction électrique (Lévy, 2019, Escobedo, 2018, Moinet, 2021). Le projet vise à étendre ces études aux propriétés magnétiques, mais aussi aux conditions de température régnant en profondeur, celles-ci pouvant causer d'importantes variations des propriétés. Un ensemble de carottes et cuttings de forage provenant du site de Krafla sera utilisé pour quantifier la distribution des propriétés magnétiques et électriques des roches en profondeur. Une part significative du travail sera consacrée à l'étude des effets des altérations hydrothermales, et au devenir des minéraux d'altération avec la température et la profondeur.
A l'échelle du champ géothermal de Krafla, les résultats obtenus permettront de combiner un modèle géologique existant avec un modèle de variation d'aimantation et de conduction électrique avec la lithologie et la profondeur afin d'évaluer la capacité des méthodes magnétiques et électriques à localiser les circulations hydrothermales actives. A plus grande échelle, l'identification des processus contrôlant la conduction électrique devrait permettre d'apporter de nouvelles contraintes sur la nature et les conditions physiques régnant dans la croûte islandaise profonde.
Le travail de thèse s'inscrit dans un contexte de valorisation du sous-sol en terme de production énergétique par la géothermie en système magmatique. Dans ce contexte, la prospection géophysique depuis la surface occupe une place importante. Améliorer la connaissance des propriétés physiques des roches dans les conditions in-situ est un pré-requis pour l'interprétation des sondages géophysiques, mais aussi pour la compréhension du fonctionnement des systèmes volcaniques. Des travaux de thèse et masters (Thèse de L. Lévy en 2019, M2 de David Escobedo et Thomas Moinet en 2018 et 2021) se sont focalisés sur les liens entre l'altération et les propriétés électriques des basaltes. Le projet vise à étendre ces études aux propriétés magnétiques, mais également aux conditions de haute température régnant dans la croûte islandaise, y compris la croûte profonde. L'Islande est une île volcanique dont la croûte est anormalement épaisse et comporte nombre d'anomalies géophysiques connues depuis les années 1970. La croûte terrestre y présente des gradients thermiques très élevés dans les zones volcaniques actives, qui en font un lieu idéal pour le développement de la géothermie de haute énergie. Les propriétés de la croûte islandaise ont depuis très longtemps été sondées depuis la surface, ainsi que très ponctuellement dans de nombreux forages (4,5km de profondeur au maximum). L'interprétation des nombreuses études géophysiques requièrent une connaissance fine des propriétés physiques des roches magmatiques, principalement basaltiques, en fonction d'un certain nombre de paramètres : température, pression, minéralogie et en particulier minéralogie d'altération. La connaissance de ces processus vise à mieux contraindre la distribution de température en profondeur, la nature des roches, la présence ou non de circulation hydrothermale actuelle ou fossile, et in fine, de comprendre l'origine des anomalies géophysiques. La thèse a pour objectif, via l'étude des propriétés physiques des roches basaltiques, d'apporter de nouvelles contraintes sur l'origine et la nature de la croûte islandaise. Le projet se focalisera sur l'étude des propriétés électriques et magnétiques des roches et étudiera plus particulièrement le site volcanique et géothermal de Krafla, où de nombreux sondages aéromagnétiques et électromagnétiques ont été réalisés récemment. Un des objectifs important du projet est de comprendre en quoi les variations de l'aimantation et de la conductivité électrique identifiées par ces sondages sont révélateurs du fonctionnement du système volcanique et hydrothermal. Ces aspects revêtent un enjeu important dans le cadre de la prospection géothermique. Le travail de recherche s'appuiera principalement sur la combinaison d'analyses en laboratoire et expérimentation sur échantillons naturels. La caractérisation minéralogique, chimique et physique des échantillons issus du champ géothermal de Krafla tiendra une part majeure dans le travail de thèse. Des expérimentations à haute température, mais également haute pression, devront permettre de mesurer des propriétés physiques de ces roches sous conditions in-situ. Les résultats en laboratoire seront combinés avec les résultats des études géophysiques de terrain afin d'identifier la sensibilité des sondages géophysiques aux variations des propriétés des roches telles qu'identifiées en laboratoire. La participation à du travail de terrain (échantillonnage ou campagne géophysique) sera envisageable au cours de la thèse.

Le/la candidat.e devra être titulaire d'un diplôme de niveau master en Sciences de la Terre. De multiples connaissances et compétences fondamentales seront mobilisées lors de ce travail de thèse: minéralogie, pétrologie magmatique, physique des roches, géophysique. Il/elle devra montrer des compétences approfondies dans au moins un de ces champs disciplinaires, mais également se montrer motivé.e pour aborder les champs qui lui sont moins familiers. Une part certaine du travail de recherche sera amené à se conduire en collaboration avec les partenaires du projet. Une bonne capacité d'adaptation à diérents interlocuteurs et environnements de travail sera attendue.