Mon travail de thèse s'est attaché à caractériser le manteau supérieur Patagonien à travers l'étude pétrologique et géochimique d'enclaves mantelliques échantillonnées par des basaltes alcalins mise en place au Cénozoïque en contexte d'arrière arc. Les enclaves du Nord de la Patagonie conservent d'importants stigmates de processus de fusion partielle alors que dans celles du Sud, les circulations de liquide ont oblitérées, partiellement voire totalement, les empreintes de fusion partielle. Finalement, cette étude permet de proposer que les liquides qui ont métasomatisés à grande échelle le manteau patagonien, principalement au Sud, sont essentiellement de type silicaté mafique d'affinité alcaline. Ces liquides sont certainement à relier aux différentes phases magmatiques associés à des processus de remontées asthénosphériques et non pas à des processus de déshydratation de slab.

L'isotope 79Se du sélénium, produit de fission de l'uranium 235, est un radionucléide à vie longue présent notamment dans les déchets nucléaires. Dans le cadre de l'estimation du risque sanitaire et environnemental, les écosystèmes terrestres sont considérés comme des récepteurs possibles de cet élément. Le but de notre étude est de déterminer dans quelle mesure les interactions avec le sélénium et la matière organique du sol et/ou les microorganismes peuvent influer sur les variables qui contrôlent la mobilité et la distribution (solide, liquide, gazeuse) du sélénium dans les sols. Une attention particulière est portée à la dimension temporelle qui demeure un des points faibles des modèles d'évaluation pour les simulations à long terme (plusieurs dizaines-centaines de milliers d'années). <br />La méthodologie développée repose sur le suivi régulier de 3 lots de terre pré-contaminés à de très faibles concentrations de sélénium (2,2.10-9 gSe.g-1sol) et incubés en conditions contrôlées pendant 1,5 an. Une approche multi-paramétrique permet de confronter au cours du temps la mobilité (sorption, désorption, volatilisation) et la distribution sur la phase solide (fractionnement granulo-densimétrique, extractions séquentielles, observations MEB / MET) du sélénium aux propriétés bio-physico-chimiques des lots de terre. L'évolution de l'état organique des lots de terre est clairement observée expérimentalement et modélisée (Roth C). En revanche, cette évolution n'affecte pas significativement la mobilité du sélénium dont la sorption sur la phase solide reste quasi-irréversible (Kd sorption : 20-50 L.kg-1 / Kd désorption : 100-500 L.kg-1). A ce comportement s'ajoutent de nombreux phénomènes transitoires qui peuvent entraîner une remobilisation (i.e. solubilisation et volatilisation) importante de sélénium. Nous mettons ainsi en évidence que (i) l'utilisation d'engrais phosphatés peut conduire à la solubilisation de 30 à 40 % du sélénium sorbé, (ii) la faible volatilisation du sélénium par les microorganismes (~ 0,2 % sur 1,5 an d'incubation) peut être une voie de dispersion non négligeable lorsqu'on considère ce processus sur de très longues échelles de temps et (iii) le transport colloïdal bactérien peut être une source de remobilisation du sélénium qu'il serait nécessaire de mieux caractériser.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'évolution géodynamique de la chaîne panafricaine au NW de l'Angola, sur la marge occidentale du craton du Congo. Ce segment orogénique, conséquence de la convergence des cratons du São Francisco et du Congo à la fin du Néoprotérozoïque et début du Paléozoïque, peut être subdivisé en un domaine externe plissé et peu métamorphique et un domaine interne formé de roches magmatiques et métamorphiques. Les études structurales, pétrologiques, géochimiques et géochronologiques conduisent à distinguer deux unités principales dans le domaine interne : - l'unité supérieure de gneiss et micaschistes (P-Tmax : 8-12 kbar, 650-680°C) dont la déformation D1 est synchrone de la mise en place des nappes vers l'ENE; - l'unité inférieure dans la partie occidentale constituée de gneiss et migmatites (P-Tmax : 7-9 kbar, 700-750°C) affectés par une déformation polyphasée. L'étude géochronologique démontre l'existence de protolithes granitiques datés à ~2 Ga impliqués dans l'orogénèse pan africaine caractérisée par une histoire polyphasée entre 540 Ma pour le pic du métamorphisme syn-D1 et 480 Ma pour les dernières phases de recristallisation et d'exhumation des roches métamorphiques de haut grade. La synthèse des données permet ainsi de reconstruire précisément les deux chemins P-T-D-t de ces deux unités tectono-métamorphiques et de comparer ce segment panafricain à ceux présents de part et d'autre de l'Atlantique Sud. Ce travail témoigne de la complexité des processus géodynamiques de convergence amenant à l'assemblage du Gondwana impliquant à la fois de larges masses cratoniques et des microplaques intercalées entre ces masses.

Ce mémoire fait un point sur seize années de recherche dans le domaine du transport réactif, depuis mes travaux de thèse en 1997. Ces recherches s'articulent autour de deux axes équilibrés : d'une part le développement du programme de transport réactif Hytec, d'autre part l'application de ce modèle dans différents domaines. Les deux premières parties du rapport détaillent certains points marquants, pour la plupart publiés ou en cours de publication, de ces travaux de recherche en suivant la double logique développement et applications. La dernière partie propose une réflexion sur des pistes de prolongement de ces recherches. Développement d'outil de transport réactif La première partie, très numérique, détaille le fonctionnement du code Hytec auquel j'ai participé depuis mon arrivée dans le laboratoire. Les équations sous-jacentes du modèle sont décrites. Les méthodes de résolution reposent sur une discrétisation volumes finis sur des éléments de Voronoï pour toute la partie hydrodynamique (écoulement, transport et thermique). Le couplage entre la chimie et le transport est résolu de manière séquentielle itérative. Des développements spécifiques sont ensuite présentés. La prise en compte de la rétroaction de la chimie sur le transport exige des méthodes de couplage spécifiques pour assurer la convergence vers la solution : son effet doit être intégré au coeur du couplage entre chimie et transport. La simulation de milieux à double porosité peut être simulée de manière très élégante en dédoublant les mailles chimiques. L'intégration des gaz a des implications sur la résolution de l'écoulement (et la nécessité de résoudre simultanément les équations en pression et en teneur en gaz), le transport (de la phase gaz indépendamment de la phase aqueuse) et le couplage avec la chimie et l'équilibre eau-gaz. Applications Le code Hytec est utilisé dans de nombreux domaines, dans l'équipe et à l'extérieur no- tamment par les membres du consortium de développement Pôle Géochimie Transport. Deux familles d'applications sur lesquelles j'ai particulièrement travaillé ces dernières an- nées sont détaillées. Le stockage géologique de CO2 est une technologie intéressante pour limiter les émissions de gaz à effet de serre. Avant que la technologie soit déployée, il est indispensable de démontrer son efficacité. Les méthodes détaillées s'attachent à vérifier la durabilité des barrières de stockage : puits et couverture. L'exploitation d'uranium par ISR est une technique utilisée pour les gisements de fort tonnage mais faible teneur. Elle consiste à faire circuler des fluides dans le gisement pour dissoudre et extraire l'élément visé. La simulation par transport réactif est particulière- ment bien adaptée pour décrire les phénomènes. Les travaux détaillés visent à simuler la formation des gisements et leur exploitation.

The Malaysian granitoids form the backbone of the Malay Peninsula and have long been recognized as composed of two distinct granitic provinces separated by the Bentong-Raub suture zone: <table><ol><li>Early Permian to Late Triassic Eastern Province (Indochina – East Malaya) with mainly “I-type” hornblende-bearing granitoids, associated with Cu-Au deposits, and subordinate hornblende-free pluton roof-zones hosting limited Sn-W deposits; and</li> <li>Late Triassic Main Range Province, western Malaysia (Sibumasu) with mainly “S-type” hornblende-free granitoids, associated with Sn-W deposits, and subordinate hornblende-bearing granitoids.</li></ol></table> Field observations and new geochemical data suggested that the division of the Eastern Province and Main Range granitoids using Chappell and White’s (1974) I-S classification could be problematic, as there is a large degree of overlap between the two granitic provinces in terms of lithology, mineralogy and metallogenic affinity. The Main Range granitoids are more fractionated than the hornblende-bearing Eastern Province. Although the two granitic provinces were emplaced into different continental terranes, both granitic provinces exhibit common trace element geochemistry in the enrichment of high field strength elements (HFSE) and rare earth elements (REE) compared to typical Cordilleran I-S granites. Such enrichment is interpreted as an inheritance signature from the protoliths. The Kontum massif (an analogue of Indochina lower continental crust) comprises intraplate ortho-amphibolites and para-gneisses, which could serve as two hypothetical source end-members for the Malaysian granitoids. The model suggests that the geneses of the parental magmas of the Eastern Province and the Main Range Province were related to hybridization of melts derived from protoliths, geochemically and isotopically similar to these two source end-members, but in differing proportions. The fact that the granites from the two granitic provinces are so similar compositionally and metallogenically, suggests that similar protoliths were involved in their source. The incorporation of sedimentary-sourced melt makes the Main Range granitoids transitional I/S-type in nature, but this is unlikely to be true for the less evolved Eastern Province fractionated I-type granitoids. The hybridization of igneous- and sedimentary-sourced melts, and granite fractionation promotes Sn metallogenesis in the Main Range granitic province. Previous ages were obtained using whole rock Rb-Sr and biotite K-Ar geochronology in the 1970s and 1980s, dating methods that almost certainly do not accurately represent the crystallization age of granites. New ion microprobe U-Pb zircon ages are presented that provide new temporal constraints for the Malaysian granitic magmatism. Eastern Province granitoids have U-Pb zircon ages that range from 289 to 220 Ma, while Main Range Province magmatism is constrained between 227 and 201 Ma. A progressive westward younging trend is apparent across the Eastern Province, but becomes less obvious in the Main Range Province. In addition, the U-Pb zircon analysis of the Malaysian granitoids suggests that both granitic provinces have Cambro-Ordovician and Mesoproterozoic inheritance signatures, which match the ages of the Kontum intraplate ortho-amphibolites and para-gneisses, the two source end-members of the suspected Indochina basement. Two different tectonic models have been suggested to explain the formation and the emplacement of the Malaysian granitoids. Both models involve an east-dipping subduction zone during the Early and Mid-Triassic with Palaeo-Tethys lithosphere rolling back along the Bentong-Raub suture zone to produce westward younging ages in the Eastern Province granitoids. The first model (modified after Searle et al. 2012) suggests the younger Main Range granitoids were produced by another Late Triassic – Cretaceous east-dipping (Neo-Tethyan) subduction to the west of Sibumasu, after the Sibumasu – East Malaya collision. The transitional I/S-type geochemistry of the Main Range granitoids was caused by the partial melting of the more heterogeneous Sibumasu basement. The second model (Oliver et al. 2014) suggests the younger Main Range granitoids were produced by the westward underthrusting of Indochina crust of East Malaya beneath Sibumasu along the Bentong-Raub suture zone after the continental collision. In this model, the source of the Main Range granitoids was the pre-collision I-type Eastern Province granitoids. The second model is less likely, as no geological evidence for such underthrust is found in the Malay Peninsula.

La caractérisation des transferts hydrologiques entre le domaine continental souterrain et la zone côtière est essentielle afin de mieux contraindre les bilans hydrologiques et de matière dans ces zones. Ce travail porte sur l'étude du fonctionnement hydrologique de la zone côtière sud de la lagune de Venise, et plus précisément sur les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines des aquifères superficiels côtiers, où la charge hydraulique et le niveau du sol sont en dessous du niveau marin. <br />Les éléments majeurs et les isotopes stables de l'eau sont utilisés pour caractériser les processus de mélange au sein de l'aquifère de surface (0-30m). Nos résultats mettent en évidence la restriction de la salinisation de l'aquifère à une étroite bande côtière (<1km), en bon accord avec les résultats des travaux de modélisation hydrodynamique. En amont, le système de canaux constitue une barrière efficace de l'intrusion saline, malgré la subsidence de la zone, et le système d'irrigation/drainage permet un rafraîchissement permanent.<br />Les apports d'eau souterraine dans la lagune sont quantifiés en utilisant les traceurs des isotopes du radium et du radon. Leurs activités mesurées dans la lagune sont en excès par rapport à la mer et nécessitent un apport d'eau souterraine enrichie en ces traceurs, ce qui est confirmé par une approche de modélisation géochimique. Un bilan de masse à l'état stationnaire permet de calculer un flux variant entre 8.1x10^5 et 1.5x10^7 m3.j-1, dépendant fortement de la composition du pôle d'eau souterraine choisi. Ce flux, principalement dû à la recirculation d'eau lagunaire au sein des sédiments, est 2 à 10 fois plus élevé que le flux de surface, et représente potentiellement une source significative d'éléments dans les eaux côtières.

Le travail présenté ici est le résultat d'une recherche sur les modalités de la karstification, menée sur des systèmes aquifères soumis à un environnement de moyenne montagne, et principalement alimentés par les précipitations. Cette caractéristique est essentielle à préciser, car la presque totalité de l'eau qui les alimente transite par la zone non saturée (ou zone d'infiltration). Il en résulte que la partie consacrée à l'étude du contexte climatique occupe une place importante dans ce travail. Elle aurait pu être réduite s'il s'était agit de systèmes alimentés exclusivement par des pertes de cours d'eau superficiel, la connaissance du régime hydrologique et des caractéristiques chimiques de ce dernier suffisant alors à maîtriser les entrées des systèmes. Il n'en va pas ainsi des systèmes étudiés, où la dynamique de l'infiltration est intégralement soumise aux variations des paramètres climatiques. Le reste de ce mémoire est consacré à l'étude semi-intensive d'un système choisi pour ses facilités d'accès et sa relative simplicité d'organisation permettant notamment un contrôle satisfaisant des apports hydriques (précipitations) et des sorties (débits écoulés) au prix d'un équipement minimum. Les enseignements tirés des observations accumulées à l'exutoire de ce système ont permis l'extension de l'étude à une douzaine d'autres systèmes dont la structure géologique et la situation géographique sont variées. L'étagement en altitude est une des variables les plus intéressantes présentées par ces systèmes puisqu'elle se corrèle parfaitement avec les paramètres climatiques essentiels que sont la température de l'air et la pluviosité, l'un contrôlant la production du CO2 biologique à la partie supérieure de la zone non saturée, l'autre son entraînement vers la zone saturée,à travers la précédente.

Le but des recherches entreprises est l'étude des mélanges réels ou potentiels des eaux souterraines dans différents types de terrains. Pour ce faire, nous avons choisi plusieurs exemples de milieux poreux soit: des alluvions post glaciaires, des niveaux calcaires fissures, des marno-calcaires faiblement fissurés, du socle granitique fissuré et altéré. Les analyses des teneurs en tritium dans ces eaux, prélevées en des points représentatifs, constituent le moyen d'investigation principal en vue de définir les différents aspects des circulations souterraines. La teneur en tritium des eaux étudiées est déterminée par scintillation liquide après enrichissement. Les mesures ont été faites au Laboratoire du tritium du S.A.A.R. du C.E.N. de Grenoble ;

le volcanisme alcalin triasique du massif des Ecrins Pelvoux est très ponctuel et se met en place dans un environnement marin sous forme de coulées et de pyroclastites ; l'activité volcanique se poursuit jusqu'à l' Hettangien inférieur en milieu marin plus profond. Les pipes et les dykes d'alimentation N 10 et N ont été observés dans des secteurs recouvrant les sédiments. L'absence de déformation aux épontes des dykes témoigne de l'ascension rapide d'un magma fluide dans des fissures largement ouvertes. Ce volcanisme typiquement alcalin présente un caractère hyperpotassique franc et sa spilitisation est marquée par les minéraux habituelsde la paragenèse basse température. Les seuls minéraux ferromagnésiens-relique sont des olivines, qui par leurs déformations internes et leurs inclusions de spinelles chromifères laissent supposer une origine à partir d'un magma issu de foyers de fusion partielle sous- jacents au niveau de la zone péridotitique . On note en revanche l'absence de reliques de pyroxène ;celle -ci pourrait être attribuée à une fusion congruente ou à tout autre déséquilibre dans les conditions physicochimiques du magma. Le caractère hyperpotassique de ce volcanisme est assez voisln de celui des laves shoshonitiques, mais il n'en a pas la même signification: il est à rattacher à un mécanisme de contamination lors de la traversée d'une épaisse croûte sialique, et en aucun cas à un mécanisme de subduction. Des variations irrégulières du chimisme sont observables à l'intérieur des coulées ; elles évoquent la vidange progressive, mais en un seul épisode d'un réservoir magmatique profond. Les dosages isotopiques réalisés sur des carbonates des sédiments , sur ceux inclus dans les coulées contaminées par les sédiments, et sur les carbonates disséminés dans les filons intrusifs permettent d'observer deux lignées évolutives convergentes depuis des pôles totalement opposés. On peut émettre par conséquent l'hypothèse de deux types de carbone d'origine différente dont l'une serait d'origine mantélique ; ce qui n'exclut pas une mobilisation hydrothermale posterieure. En conclusion. ce volcanisme est géodynamiquement à relier. - soit à la période de prerifting précédant l'ouverture de la future Téthys. - soit à des fissures d'extension résultant d'un système de décrochement dans une compression Nord-Sud, liée à un rejeu de fractures hercyniennes.

L'Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire a sélectionné le massif de Tournemire (Aveyron) pour installer sa station expérimentale dans le cadre de ses recherches sur les capacités de confinement des milieux argileux pour le stockage de déchets radioactifs. Compte tenu des très faibles teneur en eau et perméabilité des couches argileuses des argilites, la migration dans ce milieu devrait être très faible. L'écoulement et le transport ont été étudiés en utilisant des traceurs naturels de la solution interstitielle.<br /><br />Après le développement d'un nouveau protocole pour l'extraction du chlorure de l'eau porale et des tests sur la méthode de distillation sous vide de la roche pour la mesure du deutérium de l'eau porale, l'acquisition de données pour ces deux traceurs (étudiés pour leur comportement géochimique conservatif) a été effectuée sur la séquence géologique du massif et à proximité des fractures. Les profils de données obtenus suggèrent que le processus majeur de transferts dans le massif soit la diffusion moléculaire mais ils montrent un enrichissement en ?D et ?18O de la solution interstitielle, jusqu'à un mètre à proximité des fractures, comparé à l'eau porale dans la matrice au-delà de cette zone. Ces observations suggèrent qu'un second processus de transport puisse générer des transferts spécifiques à proximité des fractures.<br /><br />L'hypothèse du processus de diffusion moléculaire à l'échelle du massif a été testée par un modèle de transport, sur une période de plusieurs dizaines de millions d'années, en prenant en compte les caractéristiques géodynamiques de la région (telles que la tectonique et la fracturation induite), et en proposant des scénarios de variations des concentrations de traceurs aux limites du système pour représenter les changements climatiques majeurs. Les transferts de traceurs dans le massif, principalement diffusifs, sont ou ont pu être affectés par un second processus engendrant l'hétérogénéité des concentrations à proximité des fractures. Ce processus implique soit une intrusion de solutions salées, soit des transferts internes au massif dus à des surpressions.