Les formations porphyroïdes des massifs cristallins externes de Belledonne et des Grandes Rousses (Alpes occidentales) sont des formations d'âge anté westphalien. Elles sont composées: soit d 'orthogneiss soit de roches granitoidiques. Les mégacristaux de feldspaths alcalins sont tous des phénocristaux de taille variable et à contours pour la plupart subautomorphes à automorphes. L'étude pétrographique des échantillons macroscopiques et l'examen approfondi à l'aide de techniques spécifiques. des lames minces orientées des mégacristaux. ont permis d'individualiser et de caractériser les diverses microtextures observables. Ces dernières, représentées essentiellement par des syncristallisations internes nous ont servi à définir le niveau structural d'origine,et d'évolution des mégacristaux étudiés. Ainsi, dans la plupart des cas nous avons pu indiquer la roche porphyroïde originelle. Celle-ci a pu être, après sa mise en place définitive ou provisoire, métamorphisée ou non, tectonisée ou,non. Nous avons donc pu comparer les séries porphyroïdes entre elles et proposer, pour elles,un schéma évolutif. Quatre unités ont ainsi été identifiées. Elles sont caractérisées par des mégacristaux qui témoignent d'une mise en place du matériel granitique ou granitoïdique originel dans un niveau structural d'évolution soit "plutonique" plus ou moins profond, soit, "subvolcanique". Parmi ces unités, certaines contiennent des faciès non corrélables avec l'ensemble des gneiss étudiés: il s'agit du granite porphyroïde des Sept Laux, d'une part, et de l'orthogneiss de Cevins, d'autre part. Les faciès qui peuvent être corrélés sont regroupés suivant deux tendances géochimiques: (1)sub-alcaline = Pussy + Montjoie + Alpetta + Lac Blanc (2) basique = Saint Colomban + gneiss amphibolique de Pussy Le premier ensemble (1) correspondrait à une même intrusion granitique dont l'érosion, associée à l'édification de l'orogène, permet de voir, actuellement, les faciès apicaux de semi profondeur au Nord (Pussy + Montjoie). Au sud, l'unité de l'Alpetta et la formation du Lac Blanc représentent les facies les plus profonds de cette intrusion. L'ensemble (2) correspondrait à du matériel granodioritique intrusif. La surface topographique actuelle le recoupe à un niveau structural de moyenne profondeur. Contrairement à cet ensemble, mais à l'exception du gneiss de Pussy, les faciès à tendancel alcaline ont tous été affecté par un métamorphisme de faciès schistes verts. La formation du Lac Blanc est la seule à présenter un caractère volcano-sédimentaire. L'albitisation de certains mégacristaux n'est pas un phénomène secondaire dans l'évolution de ces derniers : l'alblte présente dans les cristaux correspond à de l'albite de syncristallisation. Suivant sa concentration, elle est l'indice ou non d'un niveau structural subvolcanique .

L’altération des roches silicatées constitue le dénominateur commun d’une multitude de problématiques environnementales et sociétales. Du fait de la difficulté d’extrapoler au milieu naturel les cinétiques de dissolution des minéraux mesurées in vitro, cette thèse propose de réviser en profondeur l’approche actuelle de la réactivité minérale du laboratoire au terrain. Ce travail démontre que l’évolution intrinsèque des propriétés texturales et structurales de l’interface réactive au cours de la dissolution induit des variations de vitesse qui ne peuvent être expliquées dans le cadre des théories thermocinétiques classiques. Nous proposons une nouvelle méthode permettant de sonder la réactivité biogéochimique des minéraux sur le terrain et de révéler les interactions réciproques entre le minéral et le monde microbien au sein de la minéralosphère. Nous démontrons la pertinence des phénomènes de passivation pour l’altération de surface et l’incapacité des microorganismes à les surmonter. / Chemical weathering of silicate minerals is central to numerous environmental and societal challenges. This study addresses the long-standing question of the inconsistency between field and laboratory estimates of dissolution kinetics, by revisiting current approaches of mineral reactivity. It is demonstrated that evolution of feldspar reaction rates are inaccurately describedby current kinetics rate laws, due to textural and structural changes occurring at the fluid-mineral interface over the course of the dissolution process. A novel method is developed to enable probing biogeochemical weathering rates in the field. Bacterial and fungal metagenomic data reveal that subtle reciprocal relationships are established between microorganisms and mineral substrates within the mineralosphere. This thesis emphasizes the impact of passivation phenomena on dissolution rates, under field-relevant reacting conditions and the incapacity of microorganisms to overcome the passivation barrier.

L'objectif de ce travail est double : 1- Etudier les déstabilisations thermiques de poudres de granites altérés, 2- Valoriser leur utilisation dans la formulation de céramiques traditionnelles, les assemblages minéralogiques des granites altérés (argiles, quartz, feldspaths) étant les principales matières premières entrant dans la formulation de ces produits. A- Analyse statistique des relations entre propriétés élémentaires de granites altérés et propriétés d'usage des céramiques traditionnelles Pour mener à bien cette étude, une trentaine de poudres de granites plus ou moins altérés sont compactées, séchées puis cuites à 1050 et 1175°C pendant 3h30, conditions se rapprochant de celles utilisées dans l'industrie céramique. De nombreux paramètres chimiques et physiques sont mesurés sur poudres et à chaque étape de l'élaboration du produit céramique. Les données obtenues sont traitées à l'aide de l'analyse statistique en composantes principales normées (ACP) afin de déterminer les paramètres clés qui interviennent dans les différentes étapes d'élaboration du produit céramique et qui contrôlent ses propriétés d'emploi. Cette étude statistique a démontré que : 1- la teneur en fer, la quantité de feldspaths et de micas sont les trois paramètres qui influencent la couleur et/ou les propriétés mécaniques des tessons ; 2- les conditions de mise en œuvre des éprouvettes avant cuisson influencent la porosité avant et après cuisson ; 3- les argiles favorisent la cohésion des éprouvettes avant cuisson. De cette étude, il ressort qu'il serait possible de formuler des céramiques à partir de granites altérés. B- Déstabilisation thermique des minéraux granitiques. Applications au système quartz-feldspaths et à la muscovite La deuxième partie détaille les transformations texturales des poudres granitiques en liaison avec les déstabilisations minéralogiques induites par le traitement thermique. Des éprouvettes de poudre compactée sont chauffées à 1175°C pendant 5, 10, 40 minutes et 3, 24, 68 heures à pression atmosphérique puis trempées dans l'air. Les cinétiques de transformations sont analysées par des méthodes microscopiques, la microsonde électronique, la diffraction des rayons X, l'analyse d'images et la spectroscopie infra-rouge. A l'exception du quartz, les minéraux sont déstabilisés en moins de 3 heures. La fusion du matériel feldspathique entraîne une forte réduction de la porosité aussi bien à l'intérieur qu'entre les agrégats de particules. Une porosité occluse subsiste cependant au sein de la phase liquide continue : elle se présente sous la forme de pores sphériques et elle est engendrée par le piégeage de vapeur d'eau. La disparition de la muscovite est effective dès 5 minutes de chauffage et les produits néoformés sont des baguettes silico-alumineuses de type spinelle puis mullite associées à une phase liquide qui apparaît progressivement avec le mûrissement textural des minéraux. L'orientation des baguettes est gouvernée par la cristallographie de la muscovite mère. Contrairement à la matrice quartzo-feldspathique, la déstabilisation de la muscovite provoque l'apparition d'une porosité occluse par la formation de pores piégeant une faible quantité d'eau issue de la déshydoxylation du phyllosilicate. L'augmentation de cette porosité avec la durée du chauffage est provoquée par l'arrondissement des pores dont la morphologie est initialement contrôlée par la cristallographie de la muscovite mère. Cette évolution texturale est rendue possible par le mûrissement textural des baguettes néoformées qui induit une diminution de la rigidité du système et un relâchement des contraintes. Cependant, compte tenu de la faible teneur en muscovite dans les matériaux granitiques étudiés, la porosité issue de sa déstabilisation reste négligeable par rapport à la porosité totale des tessons.

Au Népal central , les filons du Haut-Himalaya se sont formés dans un régime tectonique qui était tantôt compressif tantôt extensif selon 3 directions principales (N I20- N150°E, N80-N110°E et N10-N40°E). I s sont pour la plupart de composition leucogranitique. La classification des filons faite en fonction de K20 et des silicates ferromagnésiens permet d'identifier, à la lumière des éléments en trace et des isotopes du Sr, les roches source et leurs modes de fusion. Les quantités de fluides apportées pendant l'anatexie ont varié : un apport d'eau permet un taux élevé de fusion des différents niveaux sources (grauwackes, schistes, gneiss) et donne des filons et des granites plutôt homogènes de type Manaslu (prédominance de la biotite sur la tourmaline, teneurs en K20 moyennnes). Par contre, en mode anhydre (région du Machhapuchare), les magmas, obtenus en moindres quantités (filons à biotite et/ou tourmaline, K20 très faible à très élevé), ont des compositions différentes selon les matériaux source. Les différents magmas ont enregistré les mêmes cristallisations fractionnées de la biotite, de la tourmaline et du plagioclase durant leur ascension. Cependant, en traversant les niveaux calciques de la Dalle du Tibet, une forte contamination en Ca (+Ba et Sr) a causé la précipitation d'un plagioclase plus calcique, modifiant ainsi le rapport AI/Si des liquides et entraînant à son tour la recristallisation des biotites, l'arrêt de la formation des muscovites et des modifications dans les tourmalines. Des estimations de Li20, F et Fe3+/FeTolal dans les micas et des calculs de H20 et Fe3+/FeTotal dans les tourmalines permettent de montrer une hausse des conditions d'oxydation depuis la Formation 1 vers le granite du Manaslu. Des âges K/Ar et 39Ar/40Ar obtenus à partir des filons et des roches encaissantes permettent de rediscuter du refroidissement de la Dalle du Tibet en fonction de perturbations hydrothermales d'ampleur régionale et créatrices d'excès d'argon radiogénique.

Les données chronologiques disponibles pour les gisements du Paléolithique moyen du Sud-Ouest de la France font état d’un manque de jalons chronologiques fiables. Pour ces périodes anciennes, l’établissement d’un cadre chronologique nécessite un investissement méthodologique important dans le domaine de la datation numérique. Les résultats obtenus dans cette étude reposent essentiellement sur la datation par luminescence optique de grains de feldspaths et de quartz contenus dans les sédiments. En particulier, l’étude des signaux de luminescence classiquement exploités (IRSL, pIR-IRSL), nous permet de mieux évaluer la fiabilité des datations à partir des feldspaths potassiques. Un protocole de datation fondé sur l’exploitation du signal de radioluminescence (IR-RF) de ces minéraux a aussi été développé. Ainsi, la luminescence optique a été appliquée à des échantillons provenant de six gisements de référence : Les Pradelles (Marillac, Charente), Combe Brune 2 (Creysse, Dordogne), Roc de Marsal (Campagne, Dordogne), Artenac (Saint-Mary, Charente), La Quina (Gardes-le-Pontaroux, Charente) et La Ferrassie (Savignac-de-Miremont, Dordogne). La combinaison des résultats obtenus nous a permis, au sein de chaque niveau archéologique, d’évaluer la pertinence des datations et de proposer pour chaque gisement un scénario chronologique qui nous semble fiable. À l’issue de cette étude, les occupations humaines, caractérisées selon leurs industries, ont pu être replacées sur une échelle des temps en regard des variations paléoclimatiques et paléoenvironnementales régionales. Plusieurs constats ont été dressés enrichissant le registre de nos connaissances sur les cultures néandertaliennes. / Currently available chronological information for Middle Palaeolithic sites in southwestern France precludes the establishment of a robust chronological framework. For these early periods, developing such a framework relies upon important methodological advancements in numerical dating techniques. The results of this study are essentially based on the optical luminescence dating of sedimentary feldspars and quartz. Focusing on the most commonly employed luminescence signals (IRSL, pIR-IRSL), it was possible to more clearly evaluate the reliability of dates obtained on K-feldspars. A dating protocol for these materials based on their radioluminescence signal (IR-RF) was also developed. Optical luminescence dates were produced for six major archaeological sites: (Marillac, Charente), Combe Brune 2 (Creysse, Dordogne), Roc de Marsal (Campagne, Dordogne), Artenac (Saint-Mary, Charente), La Quina (Gardes-le-Pontaroux, Charente) et La Ferrassie (Savignac-de-Miremont, Dordogne). Collating the results for each archaeological level allowed the coherence of the dates to be tested and a reliable chronological sequence to be proposed for each site. The different human occupations, characterised by their industrial attribution, could be placed within a chronological framework that incorporates regional palaeoenvironmental and palaeoclimatic variations. Finally, several observations provide new insights for our understanding of Neandertal cultures.

Le Pb est omniprésent dans les échantillons terrestres et sa relation avec ses ascendants radioactifs, l’U et le Th, en fait un marqueur de choix des processus géodynamiques.L’équipe lyonnaise de Janne Blichert-Toft et Francis Albarède a démontré, à travers une vaste compilation de données bibliographiques accompagnée de la production de nouvelles mesures, une correspondance entre la répartition des valeurs de composition isotopique du Pb dans la croûte continentale et la localisation de figures tectoniques majeures sur plusieurs continents (Bouchet et al., 2014 ; Blichert-Toft et al., 2016 ; Delile et al., 2014). L’existence de ces "provinces géochimiques" démontre l’intérêt des isotopes du Pb comme outil pour mieux comprendre comment l’histoire tectonique d’une région façonne la géochimie de ses continents. Un premier volet de ces travaux de thèse visait à compléter la base de données existante des compositions isotopiques du Pb dans la croûte continentale européenne, grâce à l’analyse de 104 échantillons de feldspaths potassiques issus de granites principalement originaires de Catalogne, de Corse, de Galice et de Kabylie, jusqu’ici restées en blanc sur les cartes précédemment établies. Les cartes ainsi obtenues, illustrant la répartition à travers l’Europe et le bassin méditerranéen des valeurs des "paramètres géochimiques" définis par Albarède et al. (2012), exprimant à partir des rapports isotopiques du Pb mesurés l’âge modèle de la roche et les fractionnements entre l’U, le Th et le Pb enregistrés en son sein, confirment le potentiel des isotopes du Pb comme traceurs robustes de l’héritage tectonique d’une région.Mais le cœur de cette thèse a été d’appliquer cet outil reliant chimie et histoire géodynamique que sont les isotopes du Pb à un type d’échantillon géologique pour lequel des analyses de haute précision de la compositions isotopique en Pb n’avaient jamais été entreprises jusqu’à maintenant : les pétroles bruts. Pour cela, il a fallu développer une méthode analytique novatrice permettant d’extraire le Pb de quelques millilitres de pétrole brut vers une solution aqueuse adaptée aux protocoles habituels de purification indispensables à des analyses isotopiques du Pb à haute précision par MC-ICP-MS (Fetter et al., 2019). Cette méthode a ensuite été appliquée à un total de 211 échantillons de pétrole brut issus de partout dans le monde. Des échantillons de roches mères d’hydrocarbures (schistes noirs) ont également été analysés afin de compléter les premières interprétations des résultats. Ce jeu de données unique met en évidence que le Pb contenu dans les pétroles bruts résultait du mélange d’au moins trois composantes d’âges modèles distincts : le pôle le plus radiogénique a été identifié comme associé aux roches mères des pétroles, tandis que les deux autres, d’âges modèles paléozoïque et protérozoïque, suggèrent des interactions conséquentes entre le pétrole et les roches encaissantes et sous-jacentes. Un nouveau modèle de migration du pétrole depuis sa roche mère a donc été proposé (Fetter et al., soumis), prenant en compte la forte implication des eaux circulant en profondeur dans les bassins sédimentaires en faisant intervenir un phénomène grandement négligé jusqu’à maintenant : la solubilité mutuelle de l’eau et du pétrole à haute température.La mise en évidence d’une dynamique complexe du Pb dans les pétroles bruts invalide une utilisation de ces derniers comme alternative aux feldspaths potassiques pour obtenir des données isotopiques en Pb fiables sur la croûte continentale européenne située sous les bassins sédimentaires. Cependant, elle ouvre de nouvelles portes quant à l’utilisation jusqu’ici inexplorée des isotopes du Pb comme traceurs de phénomènes de pollution associés à une prospection pétrolière peu responsable. / Lead is ubiquitous in terrestrial samples and its relationship to its radioactive ascendants, U and Th, makes it a prime tracer of geodynamic processes.The team of Janne Blichert-Toft and Francis Albarède, based in Lyon (France), has demonstrated on several continents, through large compilations of literature data supplemented by new measurements, a correspondence between the distribution of Pb isotopic compositions in the continental crust and major tectonic features (Bouchet et al., 2014 ; Blichert-Toft et al., 2016 ; Delile et al., 2014). The existence of these "geochemical provinces" has firmly established the potential of Pb isotopes as a tool for understanding how the tectonic history of a given region shaped its geochemistry. A first aspect of this PhD aimed at complementing the existing database of Pb isotopic compositions of the European continental crust through the analysis of 104 K-feldspar samples separated from granites originating mainly from Catalonia, Corsica, Galicia, and Kabylie, up until this PhD blank areas on the compiled map. The resulting updated maps showing the distribution throughout Europe and the circum-Mediterranean area of the "geochemical parameters" defined by Albarède et al. (2012), which derive a model age and fractionations between U, Th, and Pb from measured Pb isotopic ratios, confirm the potential of Pb isotopes as powerful tracers of the tectonic heritage of a given region.The core of this PhD, however, was to apply this tool connecting chemistry and geodynamic history to a type of geological sample so far never analyzed for high-precision Pb isotopic compositions: crude oil. To achieve this goal, a novel analytical method was developed which allows the extraction of Pb from a few milliliters of crude oil into an aqueous solution suitable for the standard Pb purification protocol essential for high-precision Pb isotope analysis by MC-ICPMS (Fetter et al., 2019). This method was then applied to a total of 211 crude oil samples from around the world. Hydrocarbon source rocks (black shales) also were analyzed. This unique data set reveals that Pb in crude oil results from the mixing of at least three endmembers of distinct model ages: the more radiogenic endmember is identified as the oil source rocks, while the other two components, of Paleozoic and Proterozoic ages, suggest considerable interactions between crude oil and the surrounding and underlying rocks. A new model was hence proposed for oil migration (Fetter et al., submitted), taking into account the key role of deep-seated waters circulating through the sedimentary basin by calling on a long-neglected phenomenon: mutual solubility of water and oil at high temperatures.Bringing to light the complex dynamics of Pb in crude oil invalidates the use of crude oil as an alternative to K-feldspars to obtain the Pb isotopic signature of the continental crust underlying sedimentary basins. However, it opens up new promising avenues for the yet unexplored use of Pb isotopes as tracers of irresponsible oil prospection related pollution.

On se propose de caractériser les altérations du granite d'Auriat (Creuse) à partir d'un forage profond (1003.15 m). Ce mémoire comprend deux volets : - la reconnaissance des altérations du granite : études visuelle, microscopique, chimique, minéralogique et mécanique ; - l'analyse du milieu poreux. Tout au long de l'étude, nous sommes amenés à adapter les moyens d'investigation pour une petite quantité de matériau. Après une revue bibliographique, nous caractérisons le granite d'Auriat et ses altérations à partir des moyens classiques : étude visuelle du sondage, microscopie optique, MEB, diffraction de rayons X, analyses chimiques à l'échelle de la roche puis du minéral , microduretés Vickers, résistance à la compression et géophysique de laboratoire. Il apparaît que les faciès que nous définissons à partir de la couleur des feldspaths (rubéfaction) correspondent à une réalité physico-chimique. La seconde partie du mémoire débute par la mesure du volume poreux du granite. On reprend les différentes méthodes et on met au point une technique de mesure de la porosité à l'eau adaptée aux matériaux très peu poreux (< 2 %). La validité de la méthode est démontrée. La répartition des porosités en fonction des faciès montre que les granites sains sont très peu poreux (< 1 % en moyenne) et les rubéfiés légèrement plus poreux (de 0 à 2 % en moyenne). La décomposition de la porosité totale en porosité de pores et de fissures montre que le faciès sain est affecté par un système de microfissures ouvertes. Le faciès rubéfié possède une porosité de pores dominante et ses microfissures sont largement colmatées. L'essai de porosimétrie au mercure est abordé à partir des calculs utilisés en physique des hautes pressions en tenant compte des corrections de compressibilité relatives à chacun des éléments en présence. L'examen des courbes porosimétriques montre qu'il existe une infraporosité (0.001 < r < 0.01 µm) caractéristique du faciès rubéfié. Nous mesurons la perméabilité au gaz du granite, puis calculons sa surface spécifique à partir de la porosité et de la perméabilité. Enfin, nous présentons une synthèse des résultats et une prospective est envisagée.