Dans la zone de Sezia-Lanzo les roches du faciès schiste vert sont de plusieurs types. Dans les unes: gneiss albitiques, la seule paragenèse observable est celle caractéristique du faciès schiste vert. D'autres conservent une texture de roche grenue et quelques minéraux reliques, ou ont garde l'empreinte de phases métamorphiques antérieures. Bien que d'origines différentes les roches présentent des assemblages minéralogiques pratiquement identiques. L'étude minéralogique, en particulier celle de la répartition des éléments entre les minéraux, a montré que tous ces assemblages avaient cristallisé à l'équilibre et dans des conditions qui variaient peu d'un bout à l'autre de la zone. Il est probable que, lors de la phase éoalpine, se soient formés à la fois, les schistes verts et les micas schistes éclogitiques, au cours de la phase alpine, les premiers et certains des seconds auraient recristallisé dans les conditions du faciès schiste vert.

La prévisibilité des changements dans la qualité et la quantité des ressources hydriques renouvelables repose sur une étude quantitative des mécanismes qui contrôlent ces paramètres. En lien avec cette problématique, la présente étude privilégie une approche fondée sur le monitoring géochimique des exports fluviaux dissous (δ2H-δ18O, cations majeurs, carbone organique dissous (COD), Nd, Sr, 87Sr/86Sr, U, (234U/238U)). L'élude a pour objectif (i) de tracer le cycle de l'eau et (ii) de documenter les taux d'altération chimique des roches au sein des basins hydrographiques des baies d'Hudson, de James et d'Ungava (HJUB) ainsi que du fleuve Saint-Laurent. La région d'étude couvre plus de 2,8x 106km2 sur 15 degrés de latitude. Les rivières Koksoak, Great Whale, La Grande et des Outaouais et les fleuves Nelson el Saint-Laurent ont fait l'objet d'un suivi temporel alors que dix autres rivières de la région ont été échantillonnées ponctuellement (durant la fonte des neiges et l'étiage estival) afin de fournir des informations complémentaires. Les teneurs en 2H-18O des rivières étudiées présentent des variations saisonnières systématiques dont l'amplitude atteint 1 à 5%o (δ18O). L'appauvrissement en isotopes lourds marquant la fonte des neiges constitue le trait caractéristique des profils isotopiques saisonniers. Lors de la période libre de glace, des enrichissements graduels en isotopes lourds sont observés en réponse à l'évaporation. La rivière La Grande est une exception à cette règle en raison de l'effet tampon causé par les réservoirs hydroélectriques qui la ponctuent. Lorsque rapportées dans un graphique δ2H vs δ18O, les rivières définissent des droites évaporatoires situées sous la droite des eaux météoriques et ayant une pente plus faible que cette dernière. À partir de bilans de masses isotopiques, il a été estimé que 10% de l'eau atteignant le bassin de la rivière des Outaouais est évaporée avant de rejoindre l’exutoire de cette dernière dans le fleuve Saint-Laurent. De façon similaire, on estime à 5-15% les taux d'évaporation dans les bassins hydrographiques du nord-est du Canada. Les rivières drainant les bassins hydrographiques contigus du nord-est du Canada définissent un gradient isotopique latitudinal (δ18O (%o vs VSMOW) = -0.36*Latitude+4.4%o) parallèle à celui rapporté pour les précipitations au niveau de la même région. Cette observation tend à indiquer que le gradient isotopique hérité des précipitations est conservé dans les rivières, malgré les processus subséquents à la recharge des bassins. Au sein des bassins de l'HJUB, les taux d'altération des roches ont été étudiés à partir des exports fluviaux dissous. Les rivières du bouclier présentent des concentrations en cations majeurs variant entre 62 ct 360 μM, des teneurs en néodyme ([Nd]) allant de 0.57 à 4.72 nM et des teneurs en COD variant entre 241 ct 1777 μM. En comparaison, le fleuve Nelson présente des concentrations en cations majeurs plus élevées (1200-2276 μM), des [Nd] plus faibles (0.14-0.45 nM) ct des [COD] intermédiaires (753-928 μM). Au sein des rivières Koksoak, Great Whale et Nelson, les concentrations en cations dissous (Na-K-Mg-Ca-Sr) présentent des variations saisonnières qui transcrivent l'effet des conditions hydro-climatiques. Comme pour les teneurs en 2H-18O, la dilution causée par la fonte des neiges constitue le trait caractéristique des chroniques saisonnières. Les rivières étudiées exportent vers l’HJUB un flux cationique dissout (Na-K-Mg-Ca-Sr) de 8x106 tonnes*an-1. Au sein des bassins hydrographiques, les taux d'altération chimique (cationique) des roches varient entre 1.0 et 5.6 tonnes*km-2*an-1. Le contrôle lithologique est proéminent, tel que suggéré par la relation établie entre l'abondance de roches volcaniques et sédimentaires (V+S%) dans les bassins et les taux d'altération cationiques des roches (ACR): ACR=0.8*(V+S%)+0.9. Les flux de Nd sont découplés des taux d'altération des roches mais corrélés aux taux de COD (r2=0.95). Ces derniers diminuent vers le nord et semblent tributaires des conditions hydro-climatiques. Les exports fluviaux d'uranium ont été étudiés a fin de fournir des précisions sur les processus d'altération des roches. Les rivières drainant le Bouclier canadien et la Plate-Forme Intérieure présentent des signatures [U] vs (234U/238U) distinctes. Dans le fleuve Nelson (Plate-Forme Intérieure) les [U] varient entre 1.05 et 2.45 nM et les déséquilibres (234U/238U) atteignent 1.21 à 1.25. Les [U] sont plus faibles au sein du Bouclier canadien (0.04-1.24 nM) alors que les déséquilibres (234U/238U) sont plus variables (1.11-1.99). Dans l'ensemble, les rivières étudiées exportent 3.4x105 moles*an-1 d’uranium vers l’HJUB, avec un ratio (234U/238U) moyen de 1.27. Les flux d'U sont découplés des taux d’altération des roches et l'accumulation d’uranium au sein de dépôts organiques semble intervenir sur les budgets à l’échelle des bassins. Les signatures (234U/238U) distinctes des rivières étudiées pourraient offrir la possibilité de tracer les exports fluviaux dissous au sein du domaine océanique de l’HJUB. ______________________________________________________________________________

L’objectif de cette thèse est d’analyser, à différentes échelles de temps et d’espace, les transferts d’eau depuis la Loire amont jusqu’au Bassin Parisien, et entre la Loire moyenne et sa nappe alluviale. Les méthodes mises en œuvre sont l’étude statistique des débits journaliers en Loire moyenne (148 années de données) et le suivi géochimique (éléments majeurs, ¹⁸O et ²H) de la Loire et de ses affluents des bassins amont. Le suivi piézométrique et géochimique d’un site-atelier (méandre de Guilly, Val d’Orléans) a permis d’étudier finement les relations saisonnières entre la Loire et sa nappe alluviale, entre 2010 et 2012. Les débits annuels à Blois présentent une stabilité temporelle, au-delà de leur variabilité interannuelle. Des évolutions sont, néanmoins, notables dans l’occurrence des saisons hydrologiques et des débits à pleins bords, ou encore les plus faibles débits d’étiage.Si le suivi géochimique n’a pu préciser les apports, hydrologiquement complexes, de l’Allier à la Loire moyenne, l’importance des affluents de la Loire bourbonnaise, en période de hautes eaux, a été mise en évidence, et notamment les apports des affluents drainant le Morvan.En Loire moyenne, le fleuve est connecté à l’ensemble de sa plaine alluviale, à travers ses échanges avec sa nappe d’accompagnement. La nappe alluviale est rechargée par les eaux de la Loire en période de hautes eaux et se décharge lorsque les lignes d’eau s’abaissent. Les forts débits annuels de la Loire sont donc indispensables pour conserver un fonctionnement hydrologique dynamique et abondant.Cette approche globale a permis de démontrer des fonctionnements hydrologiques de la Loire, seulement ressentis jusqu’alors. / The aim of this PhD thesis was to analyze water transfer at several time and spatial scales, from upper Loire River basin to the Paris Basin, and between the middle Loire River basin and the alluvial aquifer. The main approaches were (1) the statistical analysis of hydrological time series of the Middle Loire River (148 years data) and (2) the geochemistry (major elements,¹⁸O et ²H) of the Loire River and its tributaries. At a meander scale along the Middle Loire River, the alluvial aquifer were studied by monitoring the groundwater and the river at hourly time step (2010-2012).The annual discharge data of the Loire River at Blois show an important stability, despite its interannual variability. However, evolutions are observable in the occurrence of hydrological seasons and of full-bank discharge, as well as in smaller low-water flows. Discharge inputs from the Allier River in the Middle Loire River flows could not be shown by geochemical tracers due to the hydrological complexity. Nevertheless, during the high flow periods, the importance of tributary supply is highlighted in the Bourbonnais part of the Loire River, between Roanne and Nevers, in particular the tributaries flowing from the Morvan.The Middle Loire River is connected to the alluvial plain where exchanges occur between the river water and groundwater from the alluvial aquifer. During peak flow events, the aquifer may be recharged by the Loire River while the aquifer discharges when the river water level lowers, regardless of the hydrological season. Such higher annual discharges of the Loire River are necessary to preserve a dynamic and abundant hydrological functioning of the hydrological system.

La chaîne himalayenne est influencée par le climat global et régional et joue un rôle de barrière orographique pour les circulations atmosphériques. Son évolution tectonique et la mousson asiatique qui l’affecte en font un laboratoire idéal pour les études du lien entre la tectonique, le climat et l’érosion et leurs implications pour l’altération. Des variations latérales de taux d’exhumation ont été documentées et des études paléoclimatiques ont été réalisées dans les parties centrale et occidentale de la chaîne, mais l’initiation, l’évolution et les caractéristiques de la mousson sont encore débattues. Les intensités et les taux d’altération engendrés ont été peu étudiés, surtout dans la partie orientale de l’Himalaya.Cette thèse se focalise sur les variations latérales d’Ouest en Est de l’altération, de la végétation (évolution C3/C4) et du climat, le long de l’Himalaya depuis le Miocène à partir de l’enregistrement sédimentaire du bassin d‘avant-pays. Les données apportent des nouvelles avancées pour la compréhension de l’évolution de la mousson asiatique. Pour ce travail, j’ai étudié trois coupes pré-Siwalik et Siwalik dans l’ouest de la chaîne (les coupes Joginder Nagar, Jawalamukhi et Haripur Kolar à Himachal Pradesh, Inde), qui documentent un enregistrement sédimentaire de 20 Ma, et une coupe dans l’est (la coupe de la Kameng à Arunachal Pradesh), qui quant à elle documente 13 Ma.Les isotopes stable du carbone de la matière organique ont été utilisés pour reconstruire des changements de la végétation C3 à C4 et montrent des variations importantes entre l’ouest et l’est de la chaîne, avec une augmentation brutale des valeurs dans l’ouest à ~7 Ma, ce qui indique un changement de végétation des plantes C3 à C4. Au contraire, aucune variation n’est notée dans l’est, ce qui indique que la partie orientale caractérisée par une végétation C3 ne subit pas de changement majeur de végétation. Les variations indiquent un « asséchement » du climat et notamment une plus grande saisonnalité dans la partie occidentale de la paléoplaine. La partie orientale reste trop humide pour une évolution vers une végétation en C4, sans doute à cause de la proximité de source d’humidité du Golfe du Bengale.Le long de la coupe orientale de la Kameng, il a été nécessaire d’étudier les changements de provenance et la diagenèse, pour les éliminer, avant de reconstruire les paléo-régimes d’altération. L’analyse des minéraux lourds a permis de repérer les changements de source et de montrer que seule la partie basse de la coupe a été influencée par la diagenèse. L’évolution de la minéralogie des argiles et des éléments majeurs montre que l’altération augmente avec le temps avec une période remarquable à ~8 Ma.La compilation des trois coupes occidentales représente l’enregistrement le plus long du bassin d’avant-pays himalayen avec une durée de 20 Ma. L’évolution des argiles montre une tendance similaire entre les parties occidentale et l’orientale du bassin d’avant-pays, impliquant l’évolution vers un climat plus saisonnier à partir de ~8 Ma. Les éléments majeurs indiquent une augmentation du taux d’altération avec le temps, la partie occidentale étant généralement plus altérée que la partie orientale. Les résultats des éléments majeurs et des argiles sont cohérents avec les interprétations des isotopes stables du carbone, qui indiquent un climat plus saisonnier dans l’ouest.Enfin, une nouvelle approche permettant de reconstruire les taux d’altération à partir de la composition isotopique du lithium a été testée pour la première fois dans les sédiments miocènes du bassin d’avant-pays. Les résultats montrent à nouveau un changement dans l’ouest de la chaîne, où les valeurs isotopiques deviennent plus positives avec le temps, alors que les valeurs dans l’est restent stables. Dans l’ouest, le facteur limitant du système limitant devient l’altération, alors que dans l’est le facteur limitant est l’apport. / The Himalaya orogen has major impact on global and regional climate and acts as an orographic barrier for atmospheric circulations. The interplay of the Asian monsoon system and the tectonic evolution of the mountain belt make it an ideal laboratory to study interactions between tectonics, climate and erosion, and its implications on weathering and atmospheric CO2 drawdown. Lateral variations in exhumation rates have been observed and studies on paleoclimate have been conducted in the central and western Himalaya, but the onset, the evolution and the characteristics of the monsoonal climate are still debated. Paleo weathering rates and intensities are challenging to reconstruct and remain poorly studied, especially in the eastern part of the orogen.This thesis focuses on lateral variations in climate, weathering and vegetation along the Himalayan mountain range, on weathering regimes in the eastern Himalaya since Miocene times, and on the implications for the evolution of the Asian monsoon. The foreland basin sediments of the pre-Siwalik and Siwalik Groups contain a record of tectonics and paleoclimate. The approach focuses on a direct west-east comparison; we therefore sampled three previously dated sedimentary sections in the western Himalaya, namely the Joginder Nagar, Jawalamukhi and Haripur Kolar, which combine into a timespan of 20 Ma, and the Kameng river section in the east, which spans over the last 13 Ma.Stable carbon isotopes on organic matter are used to reconstruct changes in vegetation. Stable carbon isotopes show important lateral variations, with a change toward more positive values in the west at ~7 Ma and in contrast no change in the east, indicating a change in vegetation from C3 to C4 plant in the west but not in the east. These variations implicate a change towards a dryer and more seasonal climate in the western Himalaya, whereas the climate in the eastern part remained too humid for C4 plants to evolve, due to its proximity to moisture source (Bay of Bengal).In order to reconstruct paleo weathering regimes by analyzing foreland basin sediments, it is important to take into account changes in provenance and possible influences of burial diagenesis. Results of heavy-mineral and petrographic analyses of the Kameng section provide better insight into diagenesis and provenance, showing that the older part of the Kameng section is influenced by diagenesis. Changes in provenance do not correlate with changes in clay mineralogy and major elements, which are therefore indicating an overall increase in weathering over time, with a remarkable change at ~8 Ma.The compilation of the three sections in the west represent one of the longest sedimentary records in the Himalayas, spanning over 20 Ma. Clay minerals show similar trends in the west and the east, indicating the development of a more seasonal climate starting at ~8 Ma. Major elements show a trend toward stronger weathering over time in the west and the east, but the western Himalaya are generally more weathered than in the east, which is consistent with the interpretation of the stable carbon isotope data, suggesting the climate to be more humid in the east. More runoff and erosion inhibit extensive weathering of the sediments, whereas dry sea sons with little runoff allow sediments to weather.Lithium isotopic compositions were measured on bulk sediments as a new approach to reconstruct chemical weathering rates, applied for the first time on Siwalik sediments. Results show a change in weathering intensity in the west, where lithium isotopic values become more positive over time, whereas, they stay relatively constant in the east. More positive values in the west, suggest that the system becomes more weathering-limited and more incongruent.

Le rift Est africain (REA) est une frontière de plaque en extension. Ce rift présente plusieurs stades d’extension, de l’initiation du rift en Tanzanie jusqu’à l’accrétion océanique en Afar. Le bassin de Manyara se situe le plus au sud de branche Est du REA. Il est caractérisé par la présence de volcanisme récent (< 1,5 Ma) et d’un essaim sismique dans la croûte inférieure (20 – 40 km). De par sa localisation et son contexte tectonique, le bassin de Manyara offre l’opportunité d’étudier le stade le plus précoce de l’initiation du rift. Le bassin de Manyara est composé de plusieurs types de laves hyperalcalines, les néphélinites magnésiennes (Mg# > 55) (Labait, Kwaraha), de calciocarbonatite (Kwaraha) et des néphélinites différenciées (Mg# < 35) (Hanang).Les néphélinites magnésiennes (Labait et Kwaraha) sont des laves primaires composées d’olivines et de clinopyroxènes (cpx). La modélisation géochimique des éléments en trace suggère que ces magmas primaires résultent d'un degré de fusion partielle ≤ 1 % à partir d'une péridotite à grenat et phlogopite. Ces magmas proviennent d’une profondeur > 120 km (présence de xénolites avec des conditions d’équilibre > 4 GPa). Les minéraux ont cristallisés à partir d’un magma pauvre en eau (0,1 et 0,5 pds % H2O). La calciocarbonatite et les néphélinites différenciés sont issues des néphélinites magnésiennes par cristallisation fractionnée et processus d’immiscibilité. Les néphélinites du Hanang sont riches en éléments alcalins (9,5 – 12,1 pds % Na2O+K2O) et en silice (44,2 – 46,7 pds% SiO2) et sont composés de cpx, grenat, néphéline, titanite et apatite. La zonation complexe dans les cpx (par exemple, changement brusque de Mg#, Nb/Ta, et H2O) implique une différenciation magmatique en système ouvert avec immiscibilité de liquide carbonaté et silicaté ainsi qu’un remplissage de la chambre magmatique avec des liquides primaires. La faible teneur en eau des cpx (3 – 25 ppm H2O) indique la présence d’un magma pauvre en eau (0,3 pds % H2O) lors de la cristallisation des cpx à des conditions crustales (340 – 640 MPa et 1050 – 1100 °C). L’étude des inclusions vitreuses dans les néphélines de Hanang permet de contraindre l'évolution magmatique tardive des néphélinites et le comportement des éléments volatils (CO2, H2O, S, F, Cl) lors du stockage et de la remontée du magma. Les inclusions vitreuses sont composées d’un verre trachytique, d’une phase carbonatée et d’une bulle de rétraction. Le verre trachytique contient du CO2 (0,43 pds % CO2, analyses SIMS), du soufre (0,21 à 0,92 pds% S), du chlore (0,28 – 0,84 pds % Cl) et très peu d’H2O (< 0,1 pds % H2O, analyses Raman). Le processus d’immiscibilité conduisant à la formation du carbonate se produit dans un système fermé pendant l'ascension rapide du magma, entre 200 – 500 MPa. La phase carbonatée est un carbonate anhydre et riche en Ca-Na-K-S (33 pds % CaO, 20 pds % Na2O, 3 pds % K2O, et 3 pds % S). Le liquide pré-immiscible a une composition phonolitique avec 6 ± 1,5 pds % CO2 à une pression de 700 MPa. Une étude préliminaire des inclusions par spectroscopie XANES et des roches par spectroscopie Mössbauer a permis de déterminer que les laves de Manyara se sont formées à conditions oxydantes (~ ∆FMQ +1,5).À l’initiation du rift, le volcanisme dans le bassin de Manyara est caractérisé par des magmas riches en CO2 et pauvres en H2O issus d’au moins 120 km de profondeur sous l'escarpement du rift. La présence de ces magmas riches en CO2 et la faible quantité de roches volcaniques émises à la surface peuvent indiquer que le piégeage et la percolation de ces magmas en profondeur est un déclencheur potentiel des essaims sismiques profonds. / East African Rift (EAR) is the divergent plate boundary. EAR exposes different stages of extension, from early stage rifting in Tanzania to oceanic accretion in Afar (Ethiopia). Manyara basin is the southernmost rift system of the east branch of EAR with recent volcanism (< 1.5 Ma) and a seismic swarm in the lower crust (20 – 40 km). Due to its location and tectonic setting, the Manyara basin offers the opportunity to study the earliest stage of rift initiation. Manyara volcanism is composed of several types of hyper-alkaline lavas as Mg-nephelinites (Mg# > 55) (Labait, Kwaraha), calciocarbonatite (Kwaraha) and evolved nephelinites (Mg# < 35) (Hanang).Mg-nephelinites (Labait and Kwaraha) are primary lavas mainly composed of olivine and clinopyroxene (cpx). Geochemical modelling from trace elements suggests that these primary magmas result from a degree of partial melting < 1 % from a CO2-garnet-phlogopite-bearing peridotite. These magmas have an asthenospheric source at depth > 120 km (lava carries xenoliths with equilibrium conditions > 4 GPa). The minerals were crystallized from a magma with a low H2O content (0.1 and 0.5 wt% H2O). The calciocarbonatite and evolved nephelinites are derived from Mg-nephelinites by fractional crystallization and immiscibility processes. Hanang nephelinites are silica- and alkaline-rich lavas (44.2 – 46.7 wt % SiO2, 9.5 –12.1 wt % Na2O+K2O, respectively) composed by cpx, Ti-garnet, nepheline, apatite and titanite. Complex zonation of cpx (e.g. abrupt change of Mg#, Nb/Ta, and H2O) and trace element patterns of nephelinites record magmatic differentiation involving open system with carbonate-silicate immiscibility and primary melt replenishment. The low H2O content of cpx (3 – 25 ppm wt. H2O) indicates that at least 0.3 wt % H2O was present at depth during carbonate-rich nephelinite crystallization at 340 – 640 MPa and 1050 – 1100 °C. The study of hosted-nepheline melt inclusions from Hanang allows constraining the late magmatic evolution of nephelinites during storage and magma ascent. Melt inclusions are composed by a silicate trachytic glass, a carbonate phase and a shrinkage bubble. Trachytic glass contains high content in CO2 (0.43 wt %, SIMS analyses), sulfur (0.21 – 0.92 wt % S), chlorine (0.28 –0.84 wt % Cl) and H2O low content (< 0.1 wt %, Raman analyses). Immiscibility process leading to the formation of carbonate occurs in a closed system during rapid magma ascent between 200 – 500 MPa. The carbonate phase is a Ca-Na-K-S-rich and anhydrous carbonate (33 wt % CaO, 20 wt % Na2O, 3 wt % K2O, and 3 wt % S). The pre-immiscible liquid has a phonolitic composition with 6 ± 1.5 wt % CO2 at 700 MPa. A preliminary study of melt inclusions by XANES spectroscopy and whole rocks by Mössbauer spectroscopy was used to determine these Manyara lavas were formed at oxidizing conditions (~ ΔFMQ +1.5).The early stage rifting volcanism (Manyara Basin) is characterized by CO2-rich and H2O-poor magmas from at least 120 km below the rift escarpment. The presence of CO2-rich magmas and the small amount of volcanic rocks erupted at the surface may indicate that the storage and percolation of these magmas at depth is a potential trigger for deep seismic swarms.

L’aquifère de la craie est un milieu hétérogène complexe lié à une large gamme de porosités (matrice, fractures et conduits karstiques), entrainant une forte hétérogénéité des processus et des vitesses de transfert (de 10-8 m s-1 à plusieurs mètres par jour). De plus, l’aquifère de la craie est recouvert par des formations superficielles (argiles à silex, lœss et dépôts argilo-sableux) d’épaisseurs variables, dont l’influence sur les écoulements au sein de la ZNS est encore mal connue. Le but de cette thèse est d’étudier le fonctionnement hydrodynamique et géochimique des eaux souterraines libres de la craie, et en particulier le rôle de la ZNS et des formations superficielles. L’approche suivie a consisté à étudier la variabilité spatio-temporelle du niveau d’eau de la nappe, des débits de percolation et de la géochimie des eaux souterraines et à rechercher les facteurs de contrôle de cette variabilité en la croisant aux caractéristiques de la ZNS de la craie, des formations superficielles, de l’occupation des sols et du climat. Cette approche a été mise en place à deux échelles spatiales : à une échelle régionale au Nord-Ouest du Bassin de Paris, autour de l’anticlinal de Bray et à une échelle locale sur le site de la carrière souterraine de Saint-Martin-le-Nœud (site particulièrement intéressant de moins d’un km2, donnant accès aux eaux de la nappe et aux eaux provenant de la ZNS). Les chroniques de pluie efficace, de débit de percolation et de variation du niveau d’eau ont été analysées grâce à des méthodes de traitement du signal. La géochimie des eaux a été étudiée statistiquement et par l’utilisation de traceurs naturels (ions majeurs, conductivité électrique) ou anthropiques (pesticides). A Saint-Martin-le-Nœud, l’épaisseur et la nature de la ZNS et des formations superficielles ont été étudiées grâce à des méthodes géophysiques et par le creusement de trois fosses en surfaces de la cavité. Les résultats ont montrés pour les deux échelles spatiales (1) Une variabilité temporelle relativement faible : la réponse de la nappe et l’arrivée des eaux de percolation après une période de recharge sont lentes et tamponnées ; A l’échelle régionale, les variations temporelles de la géochimie sont faibles. A l’échelle locale, l’évolution de la conductivité électrique des eaux des lacs montre des variations temporelles de la minéralisation des eaux relativement lentes. Cependant, les concentrations en NO3-, Cl- et SO42- des eaux des lacs varient significativement. (2) Une variabilité spatiale très marquée : à l’échelle régionale, les variations piézométriques sont très différentes d’un forage à l’autre. De même, dans la cavité de Saint-Martin-le-Nœud, les variations du niveau des lacs et les flux de percolation diffèrent spatialement ; La géochimie des eaux présente également une forte hétérogénéité spatiale, que ce soit à l’échelle régionale ou locale. / The Chalk aquifer is a complex and heterogeneous system associated with a wide range of porosity (matrix, fractures and karstic conduits). These characteristics lead to a high heterogeneity of transfer processes and speed (ranging between 10-8 m s-1 and several metres per day). Furthermore, the Chalk aquifer is overlaid by superficial layers (clay-with-flints, loess and clayey-sandy deposits) with varying thicknesses. The impact of these formations on groundwater flows in the unsaturated zone (UZ) is still poorly understood. The aim of this thesis was to study the hydrodynamics and geochemical characteristics of free Chalk groundwater and particularly the role of the UZ and superficial layers. The chosen approach consisted in studying the spatial and temporal variability of groundwater level, dripping water discharges and groundwater geochemistry and search for controlling factors of this variability and compare it to the characteristics of the UZ of Chalk, the superficial layers, the land use and the climate. This approach was implemented at two spatial scales: at the regional scale of the North-West of the Paris Basin, around the Bray anticlinal and at the local scale of the underground quarry of Saint-Martin-le-Nœud which is a particularly interesting site (area below 1 km2) giving access to both the water table and the UZ water. Effective rainfall (Peff), dripping water discharge and water level variation chronicles were analysed using signal processing methods. Groundwater geochemistry has been studied statistically and using natural (major ions, electric conductivity) and anthropic (pesticides) tracers. At Saint-Martin-le-Nœud, the nature and thickness of the UZ and the superficial layers have been investigated with a geophysical survey and three holes were dug in the fields above the quarry. The results showed at both spatial scales a relatively low temporal variability with low and smooth water table responses and long time between reload periods and dripping water arrival. At the regional scale, the temporal variations of groundwater geochemistry are low. At the local scale, the evolution of underground lakes water electric conductivity indicates that water mineralization displays relatively low temporal variations. However, NO3-, Cl- and SO42- concentrations in lakes water varied significantly during the study. The results also highlighted a strong spatial variability. Thus, at the regional scale, piezometric variations are very different from one borehole to the next. Similarly, in the quarry of Saint-Martin-le-Nœud, lakes water level and dripping water discharges are spatially heterogeneous. Water geochemistry also displays a strong spatial variability at both regional and local scales.

Hydrothermal systems on active volcanoes can be studied through characterization of the emitted fluids and surface discharges using major element and isotopic compositions of fumaroles and thermal springs within the volcanic area. This thesis aims at understanding the geochemistry of the existing hydrothermal systems of Kanlaon, Biliran and Bulusan volcanoes in the Philippines and the contribution of magma degassing in the formation of fluids circulating within the hydrothermal system. This study also aims at improving the geochemical monitoring program of PHIVOLCS by suggesting parameters to use in evaluating the volcano’s activity and their evolution that may lead to volcanic unrest.Kanlaon volcano’s extensive hydrothermal system evolved into two distinct hydrothermal systems independent of each other. A mature hydrothermal system represented by Pataan thermal area is characterized by neutral Na + K chloride (bicarbonate) fluids and an immature system, represented by Hagdan is characterized by the presence of acid-sulfate waters. Chemical and isotopic analyses were performed on thermals waters to classify the samples that are linked to the existence of these two hydrothermal systems. Using Cl-SO4-HCO3 relative abundances, Kanlaon’s thermal waters are classified as acid sulfate, acid sulfate-chloride, neutral chloride, and neutral bicarbonate waters. The linear trend formed by Na + K and Cl of Pataan and Mambucal samples can be explained by groundwater/meteoric dilution. This is consistent with the light sulfur isotopic signatures between δ34S = -3.4 ‰ and +1.2 ‰ of the mature hydrothermal system. This implies that the origin of sulfur is linked to the surficial oxidation of H2S. In contrast, the immature hydrothermal system shows significantly heavier sulfur isotopic composition (δ34S = +8.2 ‰), which indicates that sulfur may have originated from the disproportionation of magmatic SO2 or from the fractionation between hydrothermal sulfate and sulfide (SO42-/H2S) pairs that have achieved isotopic equilibrium.On Biliran Volcano, the area of Vulcan thermal grounds exhibits the greatest thermal activity. Thermal waters of Biliran are classified into 6 types based on their geochemistry and location on the ground. Location 1 is composed of summit springs and location 2-6 are springs found along the periphery of the volcano with varying distances from the summit springs. Immature waters are discharging from the springs located at the summit. These are the acid sulfate-chloride waters. The high concentration of SO42- and Cl- is a clear indication of the presence of magmatic HCl, H2S, and SO2. The high δ34S (+14.7 ‰ to +26.6 ‰) values suggest that these fluids were formed from the disproportionation of magmatic SO2. The acidity of the summit springs is coming from the HCl which is a contribution from the degassed magma at depth. Mature neutral (SO42- - HCO3-) Cl springs are found away from the summit moving towards the margins of the neutralization zone. Neutral Cl fluids evolved from progressive neutralization of previously acidic fluid by water-rock interaction that migrated laterally and emerged as bicarbonate waters in the periphery of the volcano. Mt. Bulusan hydrothermal system is complex and tends to show the signature of a deep neutral Cl fluid. Based on Cl and SO42-, there are two groups of springs and these are found in two different locations. Type I springs are located on Mt. Bulusan close to the crater. The predominance of HCO3- and SO42- can be associated with shallow interactions and processes (i.e. boiling of hydrothermal fluids producing steam) that modify the fluid of meteoric in origin. Major gases such as CO2(g) and H2S(g) are incorporated in the groundwater via condensation. Type II springs are located on the periphery of the volcano, far from the location of Type I springs. These springs are characterized by the presence of Cl- and HCO3- ions at concentration levels greater than SO42- concentrations. The low solubility of CO2 allows the gas phase to be transported over long distances and converted to HCO3-. The origin of Type II fluids can either be through adsorption of CO2-bearing gases, or condensation of CO2-rich geothermal steam. The proximity of one Type II spring to sea level can have a bearing on the origin of Cl- in the fluids, but the fact that all Cl- composition of these springs are quite uniform, this means that the chloride must have come from one source and that it is highly unlikely to receive any contribution from seawater. This is also supported by the Cl/B and Cl/Li composition of Type II springs. Mt. Bulusan does not have ‘pure’ neutral chloride water signature but rather a mixture of neutral Cl waters and HCO3-rich waters. / Le travail de thèse est consacré à l’étude de systèmes hydrothermaux de volcans actifs qui ont été caractérisés grâce à l’étude géochimique (éléments majeurs et composition isotopique) des fluides hydrothermaux émis en surface de zones volcaniques. L’objectif principal de la thèse est l’interprétation de la composition géochimique des fluides hydrothermaux présents dans 3 systèmes actifs :les volcans Kanlaon, Biliran et Bulusan aux Philippines. Cette étude a également pour but d’améliorer le programme de monitoring de l’activité volcanique du PHIVOLCS (Philippine Institute of Volcanology and Seismology) en proposant des paramètres géochimiques utiles à l’évaluation de l’état d’activité d’un volcan et qui peuvent également fournir de signaux précurseurs d’une activité éruptive. Dans le cas du Volcan Kanlaon, la présence de deux systèmes hydrothermaux distincts a été mise en évidence grâce à l’analyse géochimique et isotopique des eaux thermales présentes dans le massif volcanique. Un système hydrothermal « mature » caractérisé par des fluides neutres chlorures (Na+K/Cl) est présent sous la zone hydrothermale de Pataan. Le deuxième système hydrothermal, situé dans la zone de Hagdan, présente au contraire des propriétés d’un système « immature » dominé par des fluides de type acide sulfate. En comparant les abondances relatives en Cl-SO4-HCO3, différents types de composition de sources thermales sont observées :acide sulfate, acide sulfate-chlorure, neutre chlorure et neutre bicarbonate. La corrélation linéaire qui existe entre les alcalins (Na+K) et les chlorures dans les échantillons de Pataan et de Mambucal suggère une origine identique et un processus de simple dilution par des eaux d’origine météoritique. D’autre part, la signature isotopique des sulfates à Mambucal avec une gamme de valeurs de δ34S entre -3.4 ‰ et +1.2 ‰ est typique de l’oxydation à proximité de la surface de l’H2S et tend à confirmer le caractère « mature » du système hydrothermal. La signature isotopique contrastée des sulfates de Hagdan avec un δ34S = +8.2 ‰ suggère que l’origine du soufre dans ce système « immature » pourrait être liée soit à la disproportionation du SO2 d’origine magmatique soit résulté d’un fractionnement isotopique à l’équilibre au niveau du sytème hydrothermal de la paire SO42-/H2S.Dans le cas du volcan Biliran, l’activité hydrothermal principale est située dans la zone sommitale de Vulcan. 6 types de composition géochimique différents ont été mis en évidence. Dans la zone sommitale de l’édifice volcanique, des eaux « immatures » de type acide sulfate-chlorure ont été identifiées. Les concentrations élevées en SO42- et Cl- suggèrent une contribution magmatique et la présence de HCl, H2S and SO2 émis par le dégazage d’une intrusion magmatique superficielle. Les valeurs élevées en δ34S (+14.7 ‰ à +26.6 ‰) suggèrent clairement que les sulfates proviennent de la réaction de disproportionation de SO2 d’origine magmatique. D’autre part, les valeurs d’acidité de ces sources sont nettement corrélées à l’abondance des chlorures et donc à la contribution d’HCl gazeux d’origine magmatique. En périphérie de la zone sommitale, les sources chaudes sont caractérisées par des eaux « matures » de type (SO42- - HCO3-) + Cl- dont l’acidité est largement neutralisée. Des fluides neutre chlorures provenant de la neutralisation progressive de fluides acides par interaction avec les roches encaissantes et enrichis en bicarbonates sont également présents dans les zones périphériques du volcan Biliran.Le système hydrothermal du Mt. Bulusan est complexe mais tend à révéler la présence d’un réservoir profond de composition neutre chlorure. Deux groupes de sources chaudes distincts sont présents dans deux zones distinctes de l’édifice volcanique. Sur base des compositions en Cl et SO42-, deux groupes distincts de sources chaudes ont été observées. Le type I, localisé à proximité du cratère du Bulusan, est caractérisé par la prédominance de HCO3- et SO42- et pourrait résulter de la condensation et dissolution de vapeurs (H20(g), CO2(g) et H2S(g)) essentiellement hydrothermales par des eaux superficielles d’origine météoritique. Le type II, observé beaucoup plus en périphérie de l’édifice volcanique, se distingue par l’abondance des ions Cl- et HCO3- qui dominent largement les concentrations en SO42-. L’origine des sources chaudes de type II est liée à la condensation/dissolution de vapeurs hydrothermales riches en gaz carbonique, le CO2 ayant, en raison de sa plus faible réactivité chimique, la faculté de diffuser latéralement sur de longue distance au sein d’un édifice volcanique. La proximité de certaines sources de type II avec la mer tend à suggérer une origine marine pour le chlore. Cependant, le même type II est également observé à grande distance de la mer où une contribution marine est difficilement envisageable. D’autre part, les compositions relatives en Cl/B and Cl/Li des sources de type II ne semblent pas compatibles avec une origine marine. Aucune composition de fluide « mature » de type neutre chlorure n’a été observée, l’origine des fluides de type II pourrait cependant résulter d’un mélange entre des eaux enrichies en HCO3- et des eaux neutres chlorures. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au Crétacé inférieur, l'intense activité magmatique due à la dislocation du super-continent Pangée influence fortement les conditions environnementales globales. Au Barrémien terminal et Aptien basal, période géologique dont fait l'objet cette étude, le bassin Vocontien, puis Bédoulien, recouvre le Sud-Est de la France, sous un climat chaud et humide. Sur les bordures de ces bassins, des plateformes carbonatées se mettent en place. Les sédiments qui se déposent sur ces plateformes sont à l'origine de la formation urgonienne. Afin d'étudier cette formation, une charte biostratigraphique, principalement basée sur les Orbitolinidés, et un modèle de faciès ont été développés. Les assemblages faunistiques, la succession des faciès, les observations de terrain ainsi que l'étude de signaux géochimiques ont permis le découpage séquentiel de la série urgonienne le long de 54 coupes et puis, répartis sur l'ensemble du Sud-Est de la France. Les corrélations induites par cette étude stratigraphique ont mis en évidence d'importantes variations d'épaisseur et d'environnements de dépôt au sein même de la plateforme urgonienne. Ces variations sont expliquées par le jeu de failles syn-sédimentaires qui ont compartimentées la plateforme urgonienne en blocs. Sur la bordure sud du bassin Vocontien, ces failles d'orientation N30° et N110° délimitent six blocs basculés. Au sommet du Barrémien terminal, la subsidence des blocs situés le plus au sud s'amplifie jusqu'à provoquer l'ouverture du bassin de la Bédoule au sud du secteur d'étude. Cette théorie d'évolution a ensuite été testée par l'élaboration d'un modèle numérique en trois dimensions de l'Urgonien du Sud-Est de la France. Sa cohérence avec les données acquises tout au long de cette étude d'une part, et sa cohérence géométrique d'autre part, valide les théories avancées. Des analogues de l'Urgonien sont répartis dans le monde entier et notamment au Moyen-Orient où ils représentent d'importants réservoirs pétroliers. Être capable de caractériser les facteurs ayant influencé l'architecture de l'Urgonien du Sud-Est de la France permet par la suite une meilleure exploitation de ses ressources énergétiques. / During the Early Cretaceous epoch, intensive magmatic activity due to the dislocation of the super-continent Pangaea, highly influenced global environmental conditions, which were characterized by a warm and generally humic climate. In this context, carbonate platforms were important in tropical and subtropical shallow-water regions, and especially during the late Barremian and early Aptian, platform carbonates of so-called Urgonian affinity are widespread. In southeastern France, the Urgonian platform was part of the northern Tethyan margin and bordered the Vocontian and the Bedoulian basins. The goal of this thesis was the systematic study of the Urgonian Formation in this region, and in order to achieve this goal, a biostratigraphic chart and a facies model were developed. The faunistic assemblages, the facies succession, the field observations and the study of geochemical signals lead to a sequential subdivision of the Urgonian series along 54 sections and wells allocated in five different regions in southeastern France (Gard, Ardèche, Vercors, Vaucluse and Provence). Correlations from this stratigraphic study highlight important variations in thickness and depositional environments of the Urgonian series. These variations are explained by relative movements induced by syn-sedimentary faults, which divided the Urgonian platforms into blocks. On the southern border of the Vocontian basin, these faults, oriented N30° and N110°, delineate six tilted blocks. At the top of the upper Barremian carbonates, subsidence of the two southern blocks accelerated leading to the opening of the Bedoulian basin. The reconstruction of the sequence-stratigraphic and paleoenvironmental evolution of the Urgonian platforms was then tested by the construction of a 3D numerical model of the Urgonian formation of southeastern France. Firstly, its consistency with the data collected during this study, and secondly, its geometrical coherence validate the proposed theory. Urgonian analogs exist all over the world and particularly in Middle East where they constitute important oil reservoirs. The exact reconstruction of the major factors, which influenced the architecture of these formations, will allow for a better exploitation of these energy resources.

Aydat est un petit lac eutrophe et dimictique du Massif Central (France), en environnement volcanique. L'étude de la diagenèse des sédiments actuels (trappes) et récents (carottes) de ce lac, a été abordée selon les méthodes classiques de la sédimentologie, de la géochimie minérale, ainsi que par l'analyse d'une famille de constituants organiques majeurs : les polysaccharides. Les sédiments actuels ont été collectés mensuellement d'octobre 1995 à septembre 1996 à l'aide de 3 trappes réparties dans la colonne d'eau, dans la partie centrale du lac. Les carottes sédimentaires, de 50 cm de long, ont été prélevées à l'aplomb de la ligne de trappes. La fraction minérale des sédiments est dominée par des particules authigènes. Les frustules de diatomées, qui représentent plus de 80% des sédiments, contribuent de façon stable à l'enregistrement sédimentaire. En revanche, des minéraux autochtones tels que la calcite et les oxy-hydroxydes de fer et manganèse, sont fortement impliqués dans la dynamique biogéochimique lacustre, essentiellement régie par les processus redox induits par l'activité biologique. Ainsi, le comportement des éléments les plus mobiles des sédiments de fond anoxiques, qu'ils soient solubles, échangeables et/ou complexables, a pu être précisé par le biais d'attaques chimiques séquentielles. L'ensemble des données géochimiques acquises sur la phase solide des sédiments, combinées avec les analyses des éléments en solution réalisées par l'équipe du Laboratoire de Géochimie des Eaux (Université Paris VII), a permis d'établir un bilan annuel des éléments chimiques dans le lac d'Aydat. Ce bilan a notamment permis d'identifier 5 types de comportements différents des divers éléments suivis tout au long de l'année d'étude et a également permis de quantifier l'intensité du recyclage des éléments réactifs tels que Fe, Mn, Co, Ba et As, dans le réservoir lacustre. La dynamique de la matière organique, qui est essentiellement régie par les processus géochimiques lacustres via l'activité biologique, a été suivie grâce à l'analyse des polysaccharides, composés ubiquistes majeurs du règne végétal, aisément recyclés. Malgré un flux de matière organique autochtone abondant dans le lac d'Aydat, la composition des sucres neutres reflète mal la production planctonique primaire (diatomées, cyanobactéries), mais plutôt celle de la flore microbienne. L'intense activité bactérienne au sein de la colonne d'eau et surtout au niveau de l'interface eau-sédiment, qui se signale particulièrement par l'abondance d'un désoxyhexose, le rhamnose, empêche les sucres de participer significativement à l'enregistrement sédimentaire. Ainsi, ces composés métabolisables contribuent via les bactéries, aux processus diagénétiques, et donc à l'entretien des cycles biogéochimiques dans lesquels les éléments minéraux les plus réactifs sont périodiquement impliqués.

En France, des minéralisations stratiformes de fluorine spatialement liées à une discordance socle/couverture sont localisées à la base de la série sédimentaire mésozoïque du bassin de Paris autour du Morvan cristallin, avec des réserves estimées à environ 5.5 Mt de fluorine. Ce travail concerne principalement quatre gisements de fluorine développés au sein de grès/conglomérats à Antully, de calcaires à Courcelles-Frémoy et de dolomies à Pierre-Perthuis et Marigny-sur-Yonne. L’objectif est d’apporter des contraintes sur l’âge et l’origine de ces minéralisations à l’aide d’une approche pluri-disciplinaire combinant géochronologie, pétrographie, géochimie élémentaire et isotopique afin d’élaborer un modèle métallogénique. Une première étude géochronologique permet de déterminer l’âge de mise en place des minéralisations de la génération géodique de fluorine de Pierre-Perthuis à 130 ± 15 Ma. L’élaboration d’une paragenèse générale détaillée révèle deux séquences minérales de type « fluorine-barytine-quartz », précédées par un événement de dissolution/karstification affectant les phases carbonatées des roches encaissantes. Au cours de ces phases de dissolution, le fluide s’enrichit en calcium et joue un rôle majeur pour la minéralisation en fluorine. Une étude microthermométrique des inclusions fluides piégées dans les cristaux géodiques de fluorine montre la présence de fluides particulièrement riches en CaCl₂ avec des températures entre 80-100°C, et des températures ponctuellement plus élevées. L’ensemble de ces données a été confronté à l’histoire thermique du sud-est du bassin de Paris et permet d’évoquer une remontée de fluides hydrothermaux au Crétacé inférieur jusqu’à la discontinuité entre le socle et la base du bassin sédimentaire. L’origine météorique de l’eau a été identifiée par les isotopes stables de l’oxygène sur les générations de quartz. L’implication d’une source granitique a été démontrée par les rapports isotopiques ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb très radiogéniques dans la galène et l’étude des minéraux constituants du socle granitique, avec l’implication de la biotite en tant que source potentielle du fluor. Au cours du Crétacé inférieur, le soulèvement des bordures du bassin de Paris génère un gradient hydraulique susceptible de provoquer la mise en charge de fluides météoriques dans les massifs cristallins, percolant à travers le socle en profondeur (2 à 5 km). La dissolution des carbonates par les fluides ascendants hydrothermaux contenant du fluor va permettre la formation de la fluorine au cours de l’enrichissement du fluide en calcium dans le bassin au niveau de la discontinuité socle/couverture. / In France, unconformity-related stratabound fluorite deposits occurred at the base of Mesozoic sedimentary units from the Paris Basin around the Morvan Massif, and reserves are estimated to about 5.5 Mt. This work mainly concerns four fluorite deposits in sandstones at Antully, in limestones at Courcelles-Frémoy and in dolomite at Pierre-Perthuis and Marigny-sur-Yonne. The aim of this study is to constrain the age and origin of mineralizations inferred from a multi-disciplinary approach including geochronoly, petrography, elementary and isotopic geochemistry in order to produce a metallogenic model. Firstly, the geochronological study allows to determine the age of the geodic fluorite stage at Pierre-Perthuis at 130 ± 15 Ma. The detailed paragenetic sequence displays two major mineral successions of “fluorite-barite-quartz”, occurring after two dissolution or karstification events that affect the carbonate phases in host-rocks. During the dissolution event, the fluid is enriched in calcium and plays a key role for the fluorite mineralization. The microthermometric study of fluid inclusions in geodic fluorite crystals shows CaCl₂-rich fluids with temperature around 80-100°C, with sporadic higher temperatures. All these data has been confronted to the thermal history of southeastern part of Paris Basin and allows to evoke deep ascendant hydrothermal brine circulation during the Early Cretaceous at the basement/basin unconformity. The meteoritic origin of fluid is determined by the oxygen isotopic compositions in the quartz stages. The implication of basement source has been demonstrated by the radiogenic lead isotopic compositions added to the study of major minerals in basement with the involvement of biotite as a potential source of fluor. During the Early Cretaceous, it is proposed that flows of meteoric waters percolated downwards to depths of 2-5 km, driven by a hydraulic gradient due to the flexural deformation of the Paris Basin. The carbonate dissolution by the fluor-bearing ascendant hydrothermal fluids will allows the deposition of fluorite mineralization during the Ca enrichment of fluids in the basin at the basement/cover unconformity.