Thèse 3 cycle--Sédimentologie--Paris XI, 1981. / Bibliogr. p. 257-270.

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La topographie de l'Afrique du Nord est marquée en domaine intraplaque par des bombements topographiques importants, associés à du magmatisme cénozoïque. Le Bouclier Touareg, un de ces bombements, est constitué d'un socle précambrien structuré à l'orogénèse panafricaine et culminant à plus de 2400 m d'altitude. Les séries paléozoïques affleurent actuellement sous forme de cuestas autour de ce bombement topographique. Localement, des témoins sédimentaires d'âge présumé crétacé, en discordance sur le socle précambrien, traduisent l'affleurement de celui-ci au Mésozoïque. Le volcanisme cénozoïque, qui se met également en place sur le socle, est actif entre 35 Ma et aujourd'hui. Afin de mieux contraindre l'évolution du Bouclier Touareg durant le Phanérozoïque, nous avons mené deux études : des travaux de modélisation géophysique, et une étude de thermochronologie basse température. L'étude géophysique a consisté en la modélisation de quatre profils longue distance permettant d'imager la structure lithosphérique. Nous avons montré que le bombement du Hoggar est actuellement soutenu par un important amincissement lithosphérique. En outre, nous avons estimé que sans cet amincissement, la topographie serait négative : le bassin ainsi reconstitué avant amincissement de la lithosphère aurait permis le dépôt d'une couverture sédimentaire d'épaisseur plurikilométrique. L'étude de thermochronologie basse température s'est portée sur deux méthodes : les analyses de traces de fission sur apatite, et les analyses (U-Th)/He sur apatite. Les analyses (U-Th)/He ont montré que le socle du Bouclier Touareg, avant d'avoir subi une importante exhumation à l'Eocène Supérieur, étant enseveli sous une couverture sédimentaire et chauffé à approximativement ~80°C. Les analyses de traces de fission ont permis de préciser que cette phase de chauffe, probablement sous couverture sédimentaire, du Bouclier Touareg a eu lieu entre 100 et 50 Ma. Ainsi, le bombement du Hoggar constituait probablement un bassin sédimentaire de grande dimension au cours du Crétacé supérieur/Paléocène. Ces résultats nous ont permis de discuter des mécanismes géodynamiques possiblement actifs durant le Cénozoïque. Nous proposons que le bombement actuel du Bouclier Touareg, ainsi que son magmatisme, soient liés à des perturbations thermiques des parties superficielles de l'asthénosphère. Ces perturbations seraient induites par d'importantes variations d'épaisseur de la lithosphère saharienne, et pourraient expliquer la présence d'autres bombements en Afrique du Nord.

L'altération des sols est essentielle pour l'évaluation des réservoirs de cations basiques dans la solution du sol et sa capacité de neutralisation des dépôts acides. Des taux d'altération des sols du Bouclier canadien ont été déterminés pour 22 bassins versants du réseau TADPA-Québec à l'aide du modèle de simulation biogéochimique PROFILE à partir de 62 échantillons. La recherche a surtout été concentrée sur la description physique des sols (granulométrie, minéralogie et surface spécifique) et la modélisation des variables hydroclimatiques dans le but d'effectuer une simulation des taux d'altération avec PROFILE. Le rééquilibre chimique dans la qualité des eaux de surface du Bouclier canadien exige avant tout une recharge des réservoirs de cations basiques échangeables dans les sols qui est supportée par l'altération chimique des sols. Une minéralogie semi-quantitative des sols a été établie selon différente analyses physiques et chimiques: la diffraction aux rayons X pour les fractions argileuses et limoneuses, le comptage minéralogique au binoculaire pour les fractions sableuses et l'utilisation du modèle stoechiométrique UPPSALA basé sur la chimie totale des horizons B. La surface spécifique a été établie selon deux méthodes: l'équation BET et l'algorithme textural de Sverdrup (1990). La texture des horizons B a été évaluée à partir d'un tamisage sec (>63 µm) et d'un sédimentomètre (<63 µm). La modélisation des variables hydroclimatiques a été faite à partir des modèles BioSIM, ForHYM et forSTEM. Les simulations d'altération des sols par PROFILE ont été faites deux fois pour chaque pédon en fonction des différentes valeurs de surface spécifique. Les taux d'altération simulés avec une surface spécifique établie selon la méthode BET sont entre 0,47 et 12,8 kmolc ha¯¹ an¯¹, tandis que les taux d'altération simulés avec une surface spécifique établie selon l'algorithme textural sont entre 0,87 et 5,5 kmolc ha¯¹ an¯¹. Des simulations PROFILE ont également été faites sur huit échantillons pour lesquels nous avons extraits les oxyhydroxides dans l'évaluation de la surface spécifique avec la méthode BET. Les résultats d'altération PROFILE suite aux extractions sont entre 0,88 et 4,39 kmolc ha¯¹ an¯¹. Les taux d'altération simulés démontrent l'importance de la surface spécifique dans ces évaluations. De même, une minéralogie diversifiée permet de cerner la contribution de certains minéraux au taux d'altération, en particulier les amphiboles. Les comparaisons effectuées avec les bilans élémentaires suggèrent que les taux d'altération actuels sont supérieurs aux taux historiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Taux d'altération des sols, Modélisation (PROFILE, UPPSALA, BioSIM, ForHYM, ForsTEM), Diffraction aux rayons X (DRX), Surface spécifique, Minéralogie, Bouclier canadien.

Les forêts du Bouclier boréal stockent de grandes quantités de carbone (C) sous forme de C organique du sol (COS). Toutefois, l'intégrité de ces stocks de COS est menacée par les changements climatiques, mais aussi par la modification de la composition forestière à l'échelle du paysage. En effet, chaque espèce d'arbre possède des traits fonctionnels différents lui permettant d'avoir une influence singulière sur son environnement et sur des processus comme l'accumulation, le stockage et la libération du COS. L'acquisition de connaissances sur la dynamique du COS en forêt boréale est fondamentale pour prédire et atténuer les conséquences de tels changements. L’objectif de cette thèse était d'explorer l'influence de la composition forestière (1) sur la quantité, la distribution et la qualité du COS et sa stabilité face au réchauffement, (2) sur la répartition du COS dans des fractions physiques de sol qui varient en stabilité, et (3) sur les pertes annuelles de CO2 in situ et les facteurs responsables de la variation entre les types de forêts. Collectivement, les résultats montrent que la composition forestière affecte grandement la dynamique du COS en forêt boréale. L'influence de la composition forestière sur les pertes de CO2 se faisait surtout via des variations dans la température du sol et dans la qualité biochimique du C produit dans les types de forêts étudiées. En général, les forêts contenant du peuplier faux-tremble accumulaient moins de COS en surface que les forêts contenant des conifères (pin gris et épinette noire), mais il y en avait davantage en profondeur, endroit où le C est moins susceptible d'être libéré dans l'atmosphère et donc plus stable. Les forêts contenant du peuplier avaient aussi davantage de COS situé dans les fractions physiques du sol les plus stables, c'est-à-dire celles étroitement associées aux particules minérales. Bien que les forêts d'épinettes noires soient celles qui possédaient la plus grande quantité de COS de surface de tous les types de forêts étudiées, ce COS était le plus sensible à l'augmentation de la température de sorte que sa réponse au réchauffement se traduisait par une libération de CO2 plus élevée. De plus, comme le stock de COS de surface des conifères est en partie liée à un microclimat du sol plus froid induit par le peuplement, la libération du CO2 suite à des perturbations qui ouvriraient le couvert ou en changeraient la composition pourrait être plus importante que dans les forêts de feuillus. En conclusion, les résultats de cette thèse suggèrent que le rajeunissement des forêts et notamment l'augmentation du couvert de peuplier faux-tremble dans le paysage diminuerait la taille des stocks de COS, mais en augmenterait la stabilité. Par ailleurs, les forêts d'épinettes noires, qui possèdent d'importants stocks de COS et qui dominent la forêt boréale canadienne, pourraient perdre de grandes quantités de COS suite au réchauffement du climat ou à une transformation du couvert. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : forêt boréale, composition forestière, séquestration du carbone, matière organique du sol, changements climatiques

La région de Saint-Gabriel-de-Brandon se situe à une centaine de kilomètres au NE de Montréal. Le secteur étudié couvre une superficie approximative de 125 km2 . Il comprend trois unités de roches cristallines précambriennes: un complexe migmatitique qui constituerait le socle de la région, une série paragneissique "de couverture", proche du Groupe de Grenville mais où les calcaires cristallins sont peu importants et enfin diverses roches plutoniques. Ces trois unités s'individualisent aussi bien du point de vue pétrographique que structural. Tout d'abord le complexe de base est composé de migmatites rubanées, (alternance de niveaux quartzo-feldspathiques et amphiboliques d'origine grauwackeuse) et de migmatites hétérogènes. A l'exception des amas et filons granitiques de ces dernières, les paragenèses sont celles du facies granulite. A l'intérieur de la "série paragneissique" qui se compose de gneiss alumineux, de gneiss à pyroxène, de quartzites, de roches calco-silicatées, de skarns et qui sont d'origine sédimentaire, sont interstratifiées, des leptites rubanées et des amphibolites d'origine éruptive ainsi que des gneiss à biotite et amphibole dérivant de formations volcano-détritiques. Les paragenèses de ces para et orthogneiss sont celles soit du facies amphibolite- almandin le plus élevé, soit du facies granulite. Leur apparition s'est faite à une température minimale de 670°C à une pression solide comprise entre 6 et 10 kb, la pression d'eau étant nettement inférieure à PS' Le granite adamellitique de Saint-Didace ainsi que les mangérites quartziques ortho-gneissifiées sont les types principaux des roches plutoniques qui sont en gros concordantes aux formations paragneissiques. L'étude structurale de la région a révélé la superposition de deux phases majeures de plissement. La première a produit des plis isoclinaux, d'ordre kilométrique, déversés vers le N ou le NO avec des axes orientés soit E-O, soit NE - SO. Les mangérites et sans doute le granite de Saint-Didace seraient à peu près synchrones de cette première phase. Au cours de celle-ci la série paragneissique se serait déversée vers le NO sur le complexe migmatitique qui aurait joué le rôle de socle. La deuxième phase, dont les plis sont axés entre NO - SE et N -S, a donné par superposition à la première, des figures d'interférence très complexes. Elle a affecté les trois ens embles mais les masses plutoniques ont agi comme des môles rigides à l' exception des "lames" relativement peu volumineuses de mangérites qui ont réagi aux efforts tectoniques comme leur encaissant. L'étude géochronologique effectuée sur ces ensembles tend à prouver la superposition de plusieurs orogenèses. L'orogenèse Grenvillienne (950 MA) a été obtenue sur le "mobilisat" du complexe migmatitique. Le granite de Saint Didace a sans doute été rajeuni à 1 105 MA. La série paragneissique aurait pour sa part été rajeunie durant l'orogenèse elsonienne (soit à 1 450 MA), tandis que la "restite" du complexe migmatitique de base donne un âge correspondant à l'orogenèse kénoranienne (2 300 MA).

La topographie de l’Afrique du Nord est marquée en domaine intraplaque par des bombements topographiques importants, associés à du magmatisme cénozoïque. Le Bouclier Touareg, un de ces bombements, est constitué d’un socle précambrien structuré à l’orogénèse panafricaine et culminant à plus de 2400 m d’altitude. Les séries paléozoïques affleurent actuellement sous forme de cuestas autour de ce bombement topographique. Localement, des témoins sédimentaires d’âge présumé crétacé, en discordance sur le socle précambrien, traduisent l’affleurement de celui-ci au Mésozoïque. Le volcanisme cénozoïque, qui se met également en place sur le socle, est actif entre 35 Ma et aujourd’hui. Afin de mieux contraindre l’évolution du Bouclier Touareg durant le Phanérozoïque, nous avons mené deux études : des travaux de modélisation géophysique, et une étude de thermochronologie basse température. L’étude géophysique a consisté en la modélisation de quatre profils longue distance permettant d’imager la structure lithosphérique. Nous avons montré que le bombement du Hoggar est actuellement soutenu par un important amincissement lithosphérique. En outre, nous avons estimé que sans cet amincissement, la topographie serait négative : le bassin ainsi reconstitué avant amincissement de la lithosphère aurait permis le dépôt d’une couverture sédimentaire d’épaisseur plurikilométrique. L’étude de thermochronologie basse température s’est portée sur deux méthodes : les analyses de traces de fission sur apatite, et les analyses (U-Th)/He sur apatite. Les analyses (U-Th)/He ont montré que le socle du Bouclier Touareg, avant d’avoir subi une importante exhumation à l’Eocène Supérieur, étant enseveli sous une couverture sédimentaire et chauffé à approximativement ~80°C. Les analyses de traces de fission ont permis de préciser que cette phase de chauffe, probablement sous couverture sédimentaire, du Bouclier Touareg a eu lieu entre 100 et 50 Ma. Ainsi, le bombement du Hoggar constituait probablement un bassin sédimentaire de grande dimension au cours du Crétacé supérieur/Paléocène. Ces résultats nous ont permis de discuter des mécanismes géodynamiques possiblement actifs durant le Cénozoïque. Nous proposons que le bombement actuel du Bouclier Touareg, ainsi que son magmatisme, soient liés à des perturbations thermiques des parties superficielles de l’asthénosphère. Ces perturbations seraient induites par d’importantes variations d’épaisseur de la lithosphère saharienne, et pourraient expliquer la présence d’autres bombements en Afrique du Nord. / The North-African intraplate topography is underlined by massive topographic swells associated with Cenozoic volcanism. The Tuareg Shield, which is one of these swells, consists of Precambrian basement which has been structured by the Pan-African orogeny and reaches currently an altitude of 2400 m. The Paleozoic sedimentary series are outcropping as important cuestas surrounding the topographic swell. Locally, some Mesozoic sedimentary remnants, lying unconformably over the basement, testify of its exposure during the Mesozoic. The Cenozoic volcanism, which is also taking place on the basement, shows ages from 35 Ma to Quaternary. In order to improve the knowledge of the Phanerozoic evolution of the Tuareg Shield, we performed two separated studies: geophysical modelling works, and a low temperature thermochronology study. The geophysical study consisted of the modelling of four long-distance profiles allowing imaging the lithospheric structure. We have shown that the Tuareg Shield swell is currently sustained by a strong lithospheric thinning. Moreover, we have estimated that without this thinning, the topography would be negative and that such basin, prior to thinning, would have allowed the deposition of a plurikilometric sedimentary cover. The low temperature thermochronological study has focused on two methods: apatite fission-track analysis, and apatite (U-Th)/He analysis. The latter shown that the Tuareg Shield, before an important Late Eocene exhumation, was buried under a sedimentary cover and heated at ~80°C. The fission-track analyses have shown that this heating stage of the Tuareg Shield, related to burying, occurred from 100 and 50 Ma. Thus, the Tuareg Shield was probably a wide scale sedimentary basin during the Upper Cretaceous – Paleocene. These results allowed us to discuss the geodynamic mechanisms potentially active during the Cenozoic. We proposed that the current doming of the Tuareg Shield, as well as its volcanism, were related to thermal perturbations of the shallower levels of the asthenosphere. These instabilities would have been generated by strong Saharan lithospheric thickness variations, and could explain the presence of others swells in North Africa.

La tomographie sismologique à l'échelle régionale peut donner des informations sur la structure profonde des continents anciens. Nous développons une méthode de tomographie en ondes de surface, puis nous l'appliquons aux ondes de Rayleigh du projet SVEKALAPKO (bouclier Balte). Cette méthode est basée sur le tracé de rais 2D, elle tient compte de la courbure des fronts d'onde incidents. Le profil moyen en vitesse des ondes S obtenu est de 4% plus rapide que des modèles de Terre standards et ne présente pas de zone à moindre vitesse. La comparaison avec des données issues de xénolithes implique une stratification chimique de la lithosphère. Le modèle 3D présente des variations latérales de +/-3% attribuées à des différences de composition des roches. La limite Archéen-Protérozoïque n'a pas de signature nette peut-être à cause d'une modification du manteau à grande échelle au cours du Protérozoïque et/ou de la structure complexe du domaine Protérozoïque, héritée de sa formation.

Cette étude porte sur la modélisation numérique du creusement de tunnels à l'aide de boucliers à front pressurisé et notamment sur l'adaptation de la méthode du ramollissement, initialement mise au point pour le calcul, en coupe bidimensionnelle, de tunnels creusés à l'aide de procédés non mécanisés. La thèse est composée de 8 chapitres et comprend une étude bibliographique concernant le calcul des ouvrages souterrains, une analyse de la réponse du terrain à une pressurisation du front de taille à partir des calculs axisymétriques, la mise au point d'une méthode permettant de reproduire, dans un calcul plan, en coupe transversale, les effets mis en évidence en conditions axisymétriques et l'application de cette méthode à l'analyse d'un ouvrage instrumenté dans le département du Val-de-Marne. Cet ouvrage a été équipé d'inclinomètres et d'extensomètres installés dans le terrain, ainsi que de témoins à cordes vibrantes disposés dans un anneau de revêtement. Les mesures ont permis d'analyser la réponse du massif encaissant et de l'ouvrage de soutènement au cours des différentes étapes de creusement. Le creusement de cet ouvrage a été simulé à l'aide de la méthode de calcul développée dans le cadre de ce travail et les résultats de calculs confrontés à ceux donnés par les mesures.

Après avoir décrit le cadre géologique de la région d'étude située à cheval sur le bouclier ouest africain et le bassin sédimentaire côtier, sont tout d'abord, traitées les données hydroclimatologiques nécessaires à l'établissement du bilan hydrologique du bassin versant témoin du Gbangbo. Les résultats des essais de pompages effectués, ainsi que la mesure directe de la perméabilité par essais d'infiltration sur le terrain ont permis de déterminer les caractéristiques hydrodynamiques (T, S et K) de la nappe du continental terminal et des aquifères du socle métamorphique . L'interprétation de l'évolution des niveaux piézométrlques et des cartes piézométriques a permis de mettre en évidence les divers types d'écoulement et les zones d'alimentation de la nappe du continental terminal du bassin sédImentaire. L'étude hydrochimique a montré que l'acidité de l'eau de la nappe du continental terminal est due à la présence d'ions hydrogène libérés lors d'échanges entre les eaux provenant du socle cristallin et les minéraux contenus dans les assises sédimentaires pauvres en cations; le déséquilibre de la balance ionique est équilibré par ces ions hydrogènes. Les analyses des teneurs en isotopes stables et instables (Tritium et oxygène 18) ont montré que les eaux exploitées par forage au-delà de cinquante mètres de profondeur sont pour la majeure partie des eaux souterraines ne se renouvellant que très lentement.