Situé dans la partie Nord-Ouest de l'orogenèse himalayenne, Le glacier du Chogo Lungma se développe au nord-est de la syntaxe du Nanga Parbat-Haramosh où les formations du Ladakh-Kohistan sont laminées entre Haut Himalaya et Karakorum. De nouvelles données géologiques, structurales, métamorphiques, géochimiques et géochronologiques ont permis d'une part de définir les caractéristiques des ensembles plutoniques et d'autre part de reconsidérer l'évolution tectonométamorphique du complexe métamorphique du Karakorum (KMC) en les replaçant dans un schéma géodynamique plus global. L'histoire tectonométamorphique du KMC inclut deux phases principales: (i) une phase principale D1 de plis isoclinaux N100°E à vergence Sud associés à une schistosité S1 plan axial et formés dans un régime en aplatissement dominant. Ils portent une paragenèse à Grt-Bt-Mu-Ky de pic de métamorphisme (M1: 620 - 730°C pour 7,5 - 11 kbar); (ii) une phase D2 de formation de dômes allongés N110°E à N140°E qui reprennent et déforment S1. Ces dômes sont associés à une évolution métamorphique principalement en décompression (7,5 à 4 kbar) dans le champ de la sillimanite. Nous proposons pour ces dômes un modèle d'extrusion, à composantes verticale et décrochante le long du Main Karakorum Thrust, qui sépare de Karakorum du Ladakh. La pente très raide du chemin P-T observé implique une exhumation rapide et suggère que les différentes phases observées fassent partie d'un continuum tectonométamorphique. Quatre ensembles d'orthogneiss, antérieurs à la structuration du KMC, ont été identifiés, certains présentant des similitudes avec des granitoïdes déjà connus plus au Nord dans le batholite axial ou dans le Nord-Karakorum: l'ensemble "Bukpun", de nature calco-alcaline, est un équivalent des plutons de subduction crétacés de type Hunza ou Ghamu Bar; l'ensemble subalcalin "Basha", d'origine crustale probable, se rapproche, au moins du point de vue génétique, du granite oligo-miocène du Baltoro; les caractères de l'ensemble "Bolocho" sont intermédiaires entre ceux de complexes subalcalins (Batura, Giraf) et alcalins (Koz Sar) d'âges crétacés à paléogènes); enfin, les caractéristiques de la granodiorite d'Aralter, de nature subalcaline sodique, apparaissent originales dans le Karakorum. Par ailleurs, un petit pluton syénitique (Hemasil) apparaît contemporain de la phase de formation des dômes D2. Ce magmatisme potassique, issu d'une source mantellique (ENd de +3,0 à +4,3) enrichie en éléments en traces et Terres Rares, a également subi des phénomènes d'assimilation, marqués par des enrichissements en U, Th, Hf, Zr et en Sr radiogénique (87 Sr/86Sr de 0,70431 à 0,70551), lors de son ascension dans la croûte supérieure et de sa mise en place finale. Enfin, des âges de refroidissement 40 Ar/39 Ar sur micas et amphiboles nous ont permis d'estimer un âge de formation des dômes et de mise en place de la syénite vers 9 Ma. Il apparaît donc qu'une partie de l'évolution tectonométamorphique et magmatique du KMC est très récente et en relation avec l'activation des grands décrochements régionaux comme la faille dextre du Karakorum. Elle est à rapprocher de celle du Haut Himalaya du Nanga Parbat situé à proximité.

La signature géochimique des basaltes de rides ou de points chauds nous renseigne sur la dynamique du manteau terrestre. Le manteau superficiel, échantillonné dans les basaltes de rides, nous apparaît essentiellement homogène. A l'opposè, le manteau profond, échantillonné dans les basaltes de points chauds, se révèle trés hètérogène. Ceci semble contredire la plupart des observations et contraintes issues de la géophysique : la convection du manteau est très efficace, et elle génère vraisemblablement des flux de matière importants entre parties supérieure et inférieure. Comment, dans ces conditions, préserver des zones géochimiquement très différentes ? Dans cette thèse, nous étudions les propriétés de mélange d'écoulements simples simulant la convection du manteau pour tenter de donner un sens à la signature géochimique des basaltes. Nous montrons tout d'abord que la géométrie et la vitesse des plaques lithosphériques sont cruciales pour l'efficacité du mélange de l'écoulement mantellique. Avec des conditions aux limites tridimensionnelles relativement réalistes, on peut préserver des zones hétérogènes dans un système globalement homogène. Ensuite, nous mettons en évidence le fait que la stratification visqueuse du manteau ne peut être invoquée pour expliquer les différences géochimiques entre parties superficielle et profonde. Nous montrons par contre qu'envisager l'existence d'un réservoir de croûte océanique ancienne dans la couche D" peut permettre d'expliquer la signature des basaltes. Enfin, nous présentons une étude comparative des résultats de simulations de convection et de modèles de boîtes géochimiques concernant la dynamique du manteau. Il apparaît que les seconds devraient utiliser environ 15 boîtes pour que le taux dispersion implicite des éléments reste réaliste. Ce chiffre est très supérieur à ceux des modèles de boîtes publiés dans la littérature.

Il a été récemment montré que le rapport B/Ca des foraminifères planctoniques dépend du pH des eaux de surface, tandis que celui des foraminifères benthiques dépend de la saturation en ions carbonates des eaux de fond. Ce nouveau traceur pourrait permettre de mieux contraindre les variations du cycle océanique du carbone, en particulier lors des changements glaciaire-interglaciaires (G/IG) du Pléistocène. Les objectifs de cette thèse étaient donc (1) de développer l'analyse du B/Ca des foraminifères par spectrométrie de masse (ICP-QMS) au LSCE ; (2) d'identifier certains biais potentiels de ce traceur pour en apprécier les limites; et (3) d'appliquer le B/Ca à des reconstructions paléocéanographiques. Les contaminations et la facilité avec laquelle le bore s'adsorbe (effet mémoire) rendent difficile son analyse dans les coquilles de foraminifères où le rapport B/Ca est faible, typiquement compris autour de ~ 40-120 µmol/mol pour les foraminifères planctoniques et ~ 100-250 µmol/mol pour les foraminifères benthiques. Les techniques de nettoyage des foraminifères et d'analyse par ICP-QMS que j'ai employées et améliorées permettent au final de mesurer le B/Ca des foraminifères avec une précision de l'ordre de 3.5%.A partir de l'étude de sédiments de surface prélevés le long d'un profil bathymétrique dans l'Atlantique (Sierra Leone Rise), j'ai pu montrer que la dissolution des tests de l'espèce planctonique Globigerinoides sacculifer se traduit par une perte préférentielle du bore. La dissolution croissante des coquilles de G. sacculifer le long du profil se traduit ainsi par une diminution de ~ 0.1 unités dans les estimations du pH des eaux de surface à partir du B/Ca, un ordre de grandeur similaire aux variations G/IG. Pour s 'affranchir de cet effet de la dissolution, je propose une procédure de correction basée sur le B/Ca des foraminifères benthiques (ΔCO₃²⁻ des eaux de fond). Cependant, au-delà de l'effet de la dissolution, la reconstruction du paléo-pH des eaux de surface se heurte surtout aux contradictions des études récentes concernant la calibration du coefficient apparent de partition (KD) du bore dans la calcite des foraminifères planctoniques. Pour s'affranchir de la co-variance de la température, de la salinité et du CO₃²⁻ dans les eaux de surface Atlantique, qui peut masquer le(s) facteur(s) important(s) pour la calibration du KD, j'ai réalisé l'analyse du B/Ca de l'espèce Globigerinoides ruber sur des sommets de carottes de l'Atlantique et de l'Indo-Pacifique. Mes données suggèrent qu'il n'y a pas de relation robuste entre le KD et la température ou le CO₃²⁻ des eaux de surface. Pour souligner les incertitudes sur les reconstructions de paléo-pH depuis le dernier stade glaciaire, j'ai effectué une étude de sensibilité basée sur les données B/Ca de l'espèce G. ruber prélevée dans une carotte du Canal du Mozambique et je propose plusieurs pistes pour tenter d'améliorer, à terme, la compréhension du proxy B/Ca dans les foraminifères planctoniques.Si l'utilisation du B/Ca des foraminifères planctoniques est complexe et demande encore un gros travail de compréhension et de calibration, celle du B/Ca des foraminifères benthiques est plus simple, le B/Ca étant directement lié à la saturation en ions carbonates des eaux de fond. L'analyse du B/Ca de Cibicidoides wuellestorfi à travers deux transitions G/IG (MIS16/15 et MIS12/11) au site ODP 849 (Pacifique équatorial) m'a permis de montrer que les changements de la chimie des eaux de fond estimés à partir de traceurs sédimentaires de la dissolution (e.g. teneur en CaCO3, poids et fragmentation des foraminifères,..) ont des amplitudes erronées et présentent des biais temporels. Les profils de B/Ca et du d13C des foraminifères benthiques permettent de mettre en évidence i) le lien entre dégazage océanique de CO2 et préservation des carbonates et ii) la dynamique de la compensation des carbonates sédimentaires marins.

Les Vosges sont caractérisées par la présence de nombreuses intrusions et extrusions magmatiques d'affinités variées. Elles constituent donc un excellent site d'étude pour contraindre, par la datation et la géochimie, l'évolution des évènements de ce segment de l'orogène Varisque. Ce travail révèle ainsi deux successions d'évènements magmatiques identiques, décalées dans le temps, caractérisent les domaines Moldanubien (360 à 320 Ma) et Saxothuringien (335 à 295 Ma). Ces successions d'évènements magmatiques résultent de deux processus majeurs. L'avancée des croûtes continentales subduites et sous-plaquées au niveau du Moho sous les blocs continentaux permet le passage du magmatisme calco-alcalin au magmatisme calco-alcalin riche en potassium. L'apport de chaleur par désintégration des éléments radiogéniques (K, U et Th) présents dans ces croûtes continentales subduites permet, dans un premier temps, la formation du magmatisme magnésio-potassique en profondeur. Dans un second temps, elle permet la formation du magmatisme d'origine crustale par l'intrusion du magmatisme magnésio-potassique, riche en K, U et Th, à la limite croûte moyenne - croûte supérieure. Ces successions d'évènements magmatiques et particulièrement, la présence des granites magnésio-potassiques, relient clairement les Vosges à la partie Est de l'orogène Varisque (Forêt Noire, Massif de Bohème, Alpes et Corse-Sardaigne).

En 2004 et 2007, neuf structures d'échappements de fluides (SEF), constituées de volcans de boue (VdB), d'évents de gaz (GS, gas seeps en anglais) et/ou de sources, ont été échantillonnées dans la partie émergée du Bassin de la Côte Est (BCE) de l'île nord de la Nouvelle-Zélande.L'étude granulométrique indique que la boue émise par les VdB, les roches encaissantes et les niveaux de décollement voisins sont composés d'argiles et de silts en majorité. L'étude de la fraction argileuse et de la roche totale par diffraction des rayons X (DRX) a révélé de nombreuses similitudes. Les volcans de boue, les roches encaissantes et les niveaux de décollement présentent ainsi le même assemblage minéralogique, à savoir smectite, illite, chlorite, kaolinite, quartz et feldspaths. Les proportions sont variables d'un échantillon à un autre mais le couple smectite-illite est toujours majoritaire.L'étude géochimique de la fraction solide indique que les échantillons sont riches en Si02, pauvres en Fe2O3, MgO, MnO et en alcalins, à quelques exceptions près. La composition en éléments majeurs s'organise entre un pôle argileux alcalin et un pôle carbonaté. Les spectres de terres rares sont similaires et caractéristiques des argiles ; Ils présentent également un faible degré de fractionnement, lié à la formation des carbonates. Ce sont donc les mêmes minéraux qui contrôlent la chimie des échantillons.L'étude géochimique de la phase liquide montre que l'eau impliquée dans les volcans de boue est d'origine marine essentiellement, et des réactions eau/roche similaires, notamment l'altération de smectite en illite. Cette étude a permis aussi d'obtenir une estimation de la température d'équilibre, comprise entre 60 et 110°C, impliquant une profondeur d'origine de 2 à 3 km, voire plus.L'étude géophysique indique qu'à l'aplomb des VdB et des deux sources chaudes étudiés, la croûte continentale a sensiblement la même épaisseur et que la profondeur de la croûte océanique en subduction avoisine les 20 km. A cette profondeur, la fusion de la péridotite n'est pas possible et la fusion résultante de la croûte continentale, responsable du volcanisme d'arc, non plus. Le gradient géothermique mesuré à TePuia est donc influencé par un autre phénomène, mais la modélisation de la lithosphère ne nous a pas permis de trouver lequel.Ces différentes études mettent en évidence des caractéristiques géochimiques, pétrographiques et minéralogiques communes aux volcans de boue de Nouvelle-Zélande. Les fluides impliqués dans ces structures proviendraient donc d'un même niveau source, recouvert du même assemblage sédimentaire. L'étude géophysique ne nous apporte aucune information à ce sujet mais permet cependant d'établir avec certitude que le régime thermique est le même du Nord de Hawke's Bay au Sud du BCE ; la région de TePuia est un cas particulier, peut-être influencée par le complexe volcanique de Matakaoa. / In 2004 and 2007, nine areas of fluids escapes structures (FES) with mud volcanoes (MVs), gas seeps (GSs) and springs, were sampled in the East Coast Basin (ECB) emerged part of New Zealand's north island.The grain size study indicates that the mud emitted by MVs, like surrounding rocks and decollement layers in the vicinity, is mainly composed of clays and silts. Clay fraction and whole rock XRD study revealed many similarities. Mud volcanoes, surrounding rocks and decollement layers have exactly the same mineral assemblage, i.e. smectite/illite, chlorite, kaolinite, quartz and feldspars. The proportions vary from one sample to another but the couple smectite/illite is always majority.The geochemical study of the solid fraction indicates that the samples are rich in Si02, low in Fe2O3, MgO, MnO and alkaline, with a few exceptions. The major element composition is organized between a pole and a pole clay alkaline carbonate. The REE patterns are similar and characteristics of clays They also have a low degree of fractionation, due to the formation of carbonates. So these are the same minerals that control the chemistry of samples.The liquid phase geochemical study shows that water involved in the MVs is mainly of marine origin, that water/rock reactions are similar, including weathering of illite in smectite, allowed us to obtain an estimate of the water equilibrium temperature between 60 and 110°C, implying an origin depth of 2-3 km.The geophysical study indicates that directly above the MVs and the two hot springs studied, the continental crust has substantially the same thickness and the depth of the subducting oceanic crust is around 20 km. At this depth, the melting of the peridotite is not possible and the resulting fusion of continental crust, responsible of arc volcanism, neither. The geothermal gradient measured at TePuia is influenced by another phenomenon, but the modeling of the lithosphere does not allow us to find which one.These studies show geochemical, petrographical and mineralogical characteristics common to mud volcanoes in New Zealand. Fluids involved in these structures therefore come from the same parent bed, covered with the same sedimentary package. The geophysical study gives us no information about it but nevertheless allows us to establish with certainty that the thermal regime is the same from Northern Hawke's Bay to the south of the ECB; TePuia region is a special case, perhaps influenced by the Matakaoa volcanic complex.

La thèse est basée sur une étude pétrologique et géochimique de xénolites mantelliques provenant du centre du craton sibérien et de l’Asie centrale entre le lac Baïkal et la Mongolie. Le but est d’établir l'état redox du manteau lithosphérique continental dans ces deux domaines géodynamiques distincts (ancien craton, ceinture mobile phanérozoïque) et mettre la fugacité d’oxygène en relation avec le régime thermique et la spéciation des fluides C-O-H. Les fugacités d’oxygène sont calculées sur la base des rapports Fe2+/Fe3+ dans les minéraux (spinelles et grenats) de péridotites, obtenus par spectrométrie Mössbauer. En détail, l’étude porte sur : (i) les microstructures et la composition minéralogique et chimique des xénolites ; (ii) les rapports Fe2+/Fe3+ dans les minéraux par spectrométrie Mössbauer; (iii) les températures et pressions d’équilibration des xénolites; (iv) la fugacité d’oxygène à partir des compositions des minéraux; (v) la spéciation des fluides C-O-H coexistant avec les roches mantelliques. Les résultats supportent les trois conclusions majeures. (1) La fugacité d’oxygène dans le manteau Iithosphérique au centre du craton sibérien décroît de +1 à -4 ΔlogʄO2 (FMQ) entre 70 et 220 km, accompagnée de variations latérales significatives. (2) L’état redox du manteau lithosphérique en Asie centrale est très hétérogène avec une décroissance importante lors de la transition spinelle-grenat de +0 à -3 ΔlogʄO2 (FMQ) à 50-90 km. (3) La spéciation des fluides C-O-H évolue avec la profondeur depuis H2O-CO2 en haut du manteau vers H2O-CH4 à la limite lithosphère-asthénosphère, indépendamment du profil thermique et de l’épaisseur de la lithosphère / The thesis is based on a petrologic and geochemical study of mantle xenoliths from the central Siberian craton and the Baikal-Mongolia region of central Asia. Its goal is to establish the redox regime of the lithospheric mantle in these two domains with distinct tectonic settings and age and relate it to thermal regime and the speciation of C-0-H fluids. Oxygen fugacity is calculated based on Fe2+/Fe3+ ratios in spinel and garnet of mantle peridotites obtained by Mössbauer spectroscopy. The study deals with the following topics: (i) microstructures, chemical and mineralogical composition of the xenoliths; (ii) Fe2+/Fe3+ ratios in minerals by Mössbauer spectroscopy; (iii) equilibration temperatures and pressures using mineral thermo-barometry; (iv) oxygen fugacity from mineral compositions using oxybarometry; (v) proportions of molecular components in C-0-H fluids coexisting with the studied rocks. The three main conclusions of this study are: (1) Oxygen fugacity in the lithospheric mantle in the central Siberian craton decreases from +1 to -4 ΔlogʄO2 (FMQ) at depths from 70 to 220 km and shows significant lateral variations. (2) The lithospheric mantle beneath the Baikal-Mongolia region shows important redox heterogeneities, with a sharp decrease in oxygen fugacity (from +0 to -3 AlogfO2 (FMQ)) during the transition from the spine! to garnet facies peridotites at 50 to 90 km. (3) The speciation of C-O-H fluids changes with depth from essentially H2O-CO2 in the shallow lithospheric mantle to H2O-CH4 at the lithosphere-asthenosphere boundary regardless of the thermal state and the thickness of the lithosphere

Situé au SE de l’Espagne, le Campo de Cartagena est un cas emblématique extrême des changements hydrologiques et environnementaux causés par l’utilisation intensive des eaux souterraines pour l’agriculture dans les zones semi-arides du pourtour méditerranéen. Le développement agricole a entraîné la surexploitation des horizons les plus profonds de l’aquifère multicouche, tandis que l’augmentation de la recharge liée au retour d’irrigation causait une remontée des niveaux dans la nappe superficielle libre. Un grand nombre de forages multi-crépinés permettent une connexion artificielle entre les différents aquifères, et donc un possible transfert de contaminants d’origine agricole depuis la nappe superficielle vers les nappes profondes. Suite à la montée des niveaux piézométriques dans la nappe superficielle, un débit permanent est maintenant observé dans le réseau hydrographique. S’y ajoutent les rejets incontrôlés de saumures issues d’usines privées de désalinisation d’eau souterraine, aboutissant eux aussi à l'exutoire du système, la lagune de la Mer Mineure. Dans ce contexte, comprendre la complexité de l’évolution du bilan hydrique est un enjeu scientifique majeur. Le premier axe de recherche a consisté en une large tâche de collecte et d’interprétation d’informations sur l’évolution du système aquifère multicouche au cours du siècle passé. Elle a permis de mettre en évidence l’inversion des gradients hydrauliques entre les trois premiers aquifères et des baisses de niveau piézométrique atteignant 500m. Malgré 40 ans de chroniques piézométriques et géochimiques, les possibilités d’interprétation étaient limitées par les rares descriptions techniques complètes de forages. Une méthode reposant sur la méthode d’apprentissage automatique Random Forest a donc été mise en œuvre et a permis d’identifier l’aquifère d’origine de 107 échantillons d’eau souterraine, avec des résultats bien meilleurs à ceux de l’Analyse Discriminante Linéaire (LDA) ou des arbres de décision (CART). Le deuxième axe de recherche a été motivé par la difficulté d’actualiser le bilan hydrique du système aquifère, où le retour d’irrigation s’ajoute à l’infiltration des précipitations comme source de recharge de la nappe superficielle. Des traceurs environnementaux (14C, 13C, 2H, 18O, 3H) ont été employés pour caractériser l’évolution à long terme de la recharge des nappes ainsi que les principaux processus de mélanges, discriminés entre échelle régionale (entre aquifères) et locale (au sein des forages). L’identification des échantillons correspondant à une recharge ancienne (pré-anthropisation) ou à une recharge moderne (post-anthropisation) à permis de quantifier une augmentation des taux de recharge dans la plaine de plus d’un ordre de grandeur en conséquence de la mise en place de l’activité agricole, soit de 10 mm.an-1 à 210 mm.an-1. Le troisième axe de recherche a été la quantification de la décharge sous-marine d’eau souterraine (SGD) vers la lagune de la Mer Mineure à l’aide des isotopes du radon (222Rn) et du radium (223Ra, 224Ra), combinés à une modélisation hydrodynamique de la lagune pour comprendre l’impact des apports anthropiques sur le bilan de radionucléides. Les principales zones de SGD ont été localisées, de même que la zone d’influence du panache de radionucléides issus des eaux de surface et des rejets de saumure. Finalement, les bilans de masse en été et en hiver aboutissent à des flux de SGD totaux (incluant les recirculation salines) de 7.2 à 15.9 108 m3.an-1 (222Rn), 21.9-44.7 108 m3.an-1 (224Ra) et 6.9 108 m3.an-1 (223Ra, hiver). Cette étude d'un cas extrême d’anthropisation présente un large intérêt bien au-delà du système aquifère multicouche du Campo de Cartagena ou de la région de Murcie. Les méthodes mises en place dans cette thèse pourront être appliquées dans d’autres sites méditerranéens où l’exploitation de l’eau souterraine suit une évolution comparable, continue et apparemment inexorable. / The Campo de Cartagena area in the Murcia region (SE Spain) is an emblematic case of the hydrological and environmental changes caused by the intensive use of groundwater for agriculture in semiarid Mediterranean areas. Agricultural development supported by the multi-layer aquifer system has led to the overexploitation of the deep layers, while irrigation return flow and the subsequent increased recharge rates increased water table levels in the unconfined layer. In addition, a large number of boreholes of the area are screened in several aquifers and allow an artificial connection between different groundwater masses. Moreover, as a consequence of the water table increase in the shallow aquifer, a permanent flow appeared in the last kilometres of the surface watershed. Together with the uncontrolled release of brines from private groundwater desalination, it induced a permanent surface flow of water to the main outlet of the system, the Mar Menor lagoon. In this context, understanding the complex evolution of the whole system and how the water balance is affected is a hard task.The first research focus aimed at collecting and reviewing all kind of existing data in order to reconstruct the evolution along one century of the multi-layer aquifer system. It highlighted an inversion of the vertical hydraulic gradient between aquifers and the decrease of water table levels up to 500 m for the deepest layer. Facing the difficult identification of the origin of groundwater samples, a method based on the Random Forest (RF) machine learning technique was developed. Despite the difficulty of an unequal dataset, accuracy over 90% was reached and 107 groundwater samples of unknown origin could be classified. Results were much better than using Linear Discriminant Analysis (LDA) or Decision Trees (CART).The second research axis was motivated by the difficulty to update the water balance of the multi-layer aquifer where irrigation return flow represents an additional source of recharge, added to the limited rainfall infiltration. Environmental tracers (14C, 13C, 2H, 18O, 3H) were combined to high-resolution temperature loggings to investigate the long-term evolution of recharge in the Campo de Cartagena aquifer system and discriminate local mixing processes (infra-boreholes) from regional mixing processes (between aquifers). Both pre-anthropization and post-anthropization recharge regime could be identified and quantified. Before the development of agriculture, recharge varied from 17 mm.a-1 in the mountain ranges to 6 mm.a-1 in the plain. In response to the increase of agricultural activity, recharge fluxes were amplified up to 210 mm.a-1 in irrigated areas.The third research axis consisted in quantifying submarine groundwater discharge (SGD). In order to decipher the influence of the different water sources on the Mar Menor, a radon (222Rn) and radium (223Ra, 224Ra) survey was combined with the hydrodynamic modeling of the lagoon. The areas of influence of a plume of radionuclides from the river were identified, the main areas of SGD were located and a location for a submarine emissary was proposed. Mass balances in winter and summer seasons provided total yearly SGD fluxes of water of 7.2-15.9 108 m3.a-1 (222Rn), 21.9-44.7 108 m3.a-1 (224Ra) and 6.9 108 m3.a-1 (223Ra, in winter). Water level effect, rather than tidal pumping, was identified as the main driver for recirculated saline groundwater, while fresh submarine groundwater discharge from the aquifer was about 1% of total SGD. As the case study is an extreme case of anthropization, these results present a wide interest that is not limited to the Murcia region or the Campo de Cartagena aquifer. The methods developed in this thesis might be used in other Mediterranean sites where groundwater exploitation seems to follow a continuous and inevitable increase.

Dans les environnements semi-arides la ressource en eau est soumise aux irrégularités du climat. Les eaux de surface sont très irrégulièrement réparties dans le temps et dans l'espace. Le cumul annuel des précipitations est généralement faible et les évènements sont rares et intenses, causant des crues violentes et une forte érosion. Les eaux souterraines constituent souvent la principale ressource pérenne utilisable et elles sont largement mises à contribution. Pour pallier aux conséquences néfastes de ces régimes hydrologiques, des projets de grands barrages ont été menés dans ces zones pour favoriser le stockage d'eau. Paradoxalement, la mise en place de ces ouvrages crée un déficit en eau dans certaines zones en induisant des pertes par évaporation et la diminution de la recharge des nappes. Des situations complexes nouvelles sont ainsi créées, nécessitant des modes de gestions adaptés. En Tunisie centrale, le bassin versant du Merguellil fournit un exemple de processus hydrologique profondément modifié par la construction d'un grand barrage. Le bassin revêt une importance stratégique pour la région. Il alimente la plaine de Kairouan qui constitue le plus fort potentiel de développement agricole du pays et dont la nappe alluviale est surexploitée. Les écoulements intermittents de l'oued rechargeaient autrefois la nappe phréatique de la plaine. Le barrage d'El Haouareb construit en 1989 bloquant désormais les écoulements de surface, la recharge se produit plus en amont via le socle calcaire fissuré de l'ouvrage. Cette modification du fonctionnement hydrologique entraine une perte significative d'eau par évaporation et concentre la recharge à l'extrême amont de la plaine, au pied du barrage. Le but de cette thèse est d'identifier les mécanismes de recharge qui s'opèrent au niveau du seuil d'El Haouareb. L'infiltration depuis le lac de barrage a été quantifiée d'après le bilan hydrologique de la retenue et cet état de 56 % de perte par infiltration, 24 % de perte par évaporation, 14 % utilisés pour l'irrigation et 6 % relâchés depuis 1989. Le bilan a été fait à des pas de temps plus fin pour permettre de modéliser les entrées dans le système aquifère.L'identification des flux transitant à travers le seuil calcaire a été menée en croisant des approches hydrodynamiques (analyse du signal) et géochimiques (profils et chronique de CE et températures, chimie des ions majeurs, isotopes stables de la molécule de l'eau). La confrontation des différentes méthodes a permis de consolider les résultats et de pallier aux imperfections de certaines données de terrain dans un contexte hydrologique et hydrogéologique complexe. Un modèle simplifié de l'aquifère fracturé et un schéma de fonctionnement du seuil ont ainsi pu être établis, permettant d'anticiper l'évolution des mécanismes de recharge dans le bassin du Merguellil sous des contraintes climatiques futures. / In semi-arid environment, surface waters are unevenly distributed in time and space and particularly vulnerable. The total annual rainfall is generally low and the rain events are rare and intense, causing severe flooding and erosion. Therefore, the groundwater resource is widely exploited, often inducing overexploitation problems.To overcome the negative consequences of these hydrological regimes, large dam have been built to increase the water storage. These structures can paradoxically create a water deficiency in some areas by inducing evaporation losses and reducing aquifer recharge. In central Tunisia, the Merguellil catchment provides an example of hydrological processes profoundly changed by the construction of a large dam. The basin is of strategic importance for the region. It feeds the great agricultural plain of Kairouan which suffers f overexploitation for decades. Before the building of the El Haouareb dam, the Merguellil intermittent flows were the main source of recharge to the Kairouan plain aquifer. Dam El Haouareb built in 1989 now blocking surface runoff, recharge occurs further upstream through the cracked limestone base of the structure. This modification of the hydrological causes a significant loss of water by evaporation and concentrate recharge of the plain at the foot of the dam.The purpose of this thesis work is to identify the recharge mechanisms occurring at the threshold of El Haouareb. Infiltration from the lake was quantified calculating the water budget of the reservoir. The total water budget between 1989 and 2006 was made up by: infiltration 56%, evaporation 24%, abstraction 14% and dam releases 6%. Calculations had been conducted for smaller time scale to allow the quantification of the entries in the aquifer system.The identification of flows passing through the calcareous threshold was conducted by crossing hydrodynamic approaches (signal analysis) and geochemical (profiles and records of electrical conductivity and temperature, major ions, stable isotopes of the water molecule). The comparison of different methods helped to consolidate the results and to overcome the imperfections of some field data in a hydrological and hydrogeological complex context.A basic model and a simplified diagram of the El Haouareb aquifer have been established and allow anticipating the evolution of recharge in the Merguellil catchment under future climatic pressure.

L'objectif principal de ce travail, a été d'étudier les phénomènes qui influencent la variation de la composition de gaz (CH4- CO2- H2S) pendant l'exploitation industrielle, dans le play Florida-Minero du Bloc Pirineo du Basin de Sabinas au Mexique. Entre le Jurassique et le Crétacé, le Basin de Sabinas dans le Nord-est au Mexique, a été un important réservoir de sédiments, formés principalement par des roches siliciclastiques carbonatées, riches en matière organique d'origine marine et continentale (prédominant). Ce bassin est actuellement un important producteur de gaz méthane dans la région, et les roches mères plus importantes, ils sont très matures, produit d'un enfouissement profond, jusqu'aux 8 km. Variations de flux de chaleur importants pendant l'enfouissement, est la raison principale ont été ce pourquoi le bassin produit seulement du gaz sec. Les effets diagénétique, influencent le fonctionnement du système pétrolier, et sont attribués en grande partie à l’up-lift de l'Orogénie Laramide (49 - 24 Ma). Ces effets en relation avec la circulation de fluides sont des produits de réactions de type TSR, lesquels est étudiés en détail dans ce travail. Afin de comprendre mieux, l'évolution géochimique de la formation, la migration et stocké du gaz, et d'évaluer l'histoire diagenética spécifiquement du bloc Pirineo, ce travail est développé, en utilisant de model géochimique (1D, 2D), et géométrique 3D. Pour calibrer les modèles en température et pression, ils ont été utilisés dans conjoint des données géochimiques et géophysiques. Les techniques pour effectuer cette recherche, ont été les micrographies ; optique, électronique de baillage et rayons X, ainsi come le Rock-Eval 6, dC13 gaz, dC13 y dO18 sur les roches. Les résultats de ces analyses, avec la thermométrie et l'spectrométrie Raman, appliqué à des inclusions fluides, ont permis de définir mieux les étapes de migration d'hydrocarbures et la chronologie de la charge des réservoirs. Les modèles géochimiques ont été calibrés en utilisant dans une première étape, le %Ro et le Bottom Hole Temperature (BHT), et dans une seconde étape la pression/température des inclusions fluides, qui représentent les conditions thermodynamiques des fluides au moment de la migration. Ainsi en fonction des résultats obtenus, nous pouvons définir deux hypothèses; - La première sur le cracking primaire du kerógeno sans migration de pétrole avant l'uplift, et - La deuxième, sur le cracking secondaire avec migration de gaz pendant et après l'uplift, ceci pour la roche mère plus importante (La Casita). Ce phénomène d’up-lift, à provoque une érosion calculée, entre 1.2 et 2.2 Km à cette époque, le système des failles, il resté en fonctionnant comme route de migration d'huile, et ceux-ci ont été stockés dans les réservoirs supérieurs, qui par des effets de l'érosion ont disparu. L'utilisation d'un modèle géochimique en 2D, a été déterminante pour impliquer dans la vitesse de sédimentation et ainsi connaître théoriquement le TOC initiale préservé. L'application de une cinétique mixte, pour produire CH4 et CO2, a été possible en appliquant deux cinétiques qui coïncident avec le comportement de la matière organique dans le bassin (TIII, Pepper et Corvi, 1995 ; CO2, IES 1993). Ceci a permis, pouvoir estimer le potentiel pétrolier initial des roches mères et l'évolution du système pétrolier, en particulier pour l'histoire formation et accumulation de l'huile. Après le Crétacé Moyen, l'huile stocke dans la Formation La Casita, a commencé sa transformation en gaz. La fracturation produit dans l’up-lift, il a permis un dégazage de CO2 d'origine magmatique, et ce dans l'ensemble avec la CH4 accumulé, à migre avec une circulation d'eau. Les réservoirs actuels de gaz, sont dans des pièges anticlinaux, en production actuellement. Il convient d'indiquer, que l'existence d'huile dans des inclusions fluides, dans affleurements minéraux de fluorine, dans les alentours à les Failles La Babia et San Marcos, est interprété en accord avec les résultats du modèle, comme huile migrée pendant l’up-lift, pour le cracking primaire d'une autre roche mère, comme la Formation La Peña. L'interprétation de sections séismiques 2D, on utilise dans la construction de modèles géochimiques 1D - 2D et géométrique 3D. Les résultats de ces modèles sont confirmés et sont comparés, avec les données de production. Ces ressources ont permis d'établir une histoire cohérente de la diagénesis pour le Bloc Pirineo. En accord avec les modèles, ils existent réservoirs de gaz non reportés dans anciens études, cette affirmation est soutenus, par les études pétrographiques et géochimiques de 27 échantillons de carottes, pour 4 puits exploratoires, ainsi que 162 échantillons de cuttings de 15 puits. Ce travail montre la combinaison des ressources pétrographiques, géochimiques et géophysiques, pour effectuer la construction d'un modèle intégral de bassin (1D-2D et 3D), en permettant de proposer une reconstruction régionale du système pétrolier. Dans cette étude on observe l'existence de phénomènes de sulfate réduction, qui provoque la transformation des roches réservoirs dans couvertures et vice versa, ainsi que la production de CO2 et H2S, en fonction des interactions eau-roche. / History the origin, evolution, migration and stock of hydrocarbons in the Sabinas Basin, (NE Mexico): Implication in the integration to petrography, geochemical and geophysics studies in the numeric models 1D, 2D and 3D. The main objective of this work was to study phenomena that influence the time variation of the composition of gases (CH4-CO2-H2S) during the industrial operation of the gas in the Florida-Minero field of the Pirineo Block, in Sabinas basin in the northeast of Mexico. Among the Latter Jurassic and Latter Cretaceous, the Sabinas basin in the northeastern of Mexico, was an important deposit of sediments formed by mainly mixed siliciclastic and carbonate sediments, rich in organic matter of marine and continental origin (predominant). This basin is now a major producer of methane gas in the region and the most important source rocks show the high maturity on the product of a deep burial reaching up to 8 km. Variations of major heat flow during the burial process were the main reason for why just basin produces only dry gas. The diagenetic effects influence in the operation of oil system and are attributed largely to the up-lift of the Laramide Orogeny (49 - 24 ma). These effects in relation to the circulation of fluids are reaction products of TSR, which are studied in detail in this work. To understand better the geochemical evolution of the formation, migration and storage of gas, and to assess the diagenetic history specifically of the Pirineo block, this work was developed using a geochemical modeling (petroleum system 1D, 2D) and geometric 3D. To calibrate the temperature and pressure were used in geochemical and geophysical data set. The geochemical techniques and observation for this investigation were the microscopes; SEM, DRX, and other techniques; Rock-Eval 6, dC13 gas, dC13 and dO18 on rocks. The results of these tests in conjunction with the observations and estimates of thermometry and Raman spectroscopy, applied to fluid inclusions, allowed defining better the stages of hydrocarbon migration and the chronology of the load of the reservoir rocks. The geochemical models were calibrated using as a first step, the% Ro and the BHT, and a second stage the pressure / temperature of the fluid inclusions, which represents the thermodynamic conditions of the fluids at the time of the migration. So based on the obtained results, we can define two hypotheses; - One on the primary cracking of the kerogen without petroleum migration before the uplift, and - A secondary cracking with gas migration during and after the uplift, this for the most important source rock La Casita. This phenomenon of up-lift bring a calculated erosion, between 1.2 and 2.2 km. To this time, the system of faults remained working like route of oil migration, and these were stored in the upper reservoir, which subsequently effects of erosion disappeared. The use of a geochemical model in 2D, was crucial to infer the sedimentation velocity, and thus to know theoretically initially the TOC preserved. The application of mixed kinetics to produce CH4 and CO2, it was possible to apply two kinetic that match with the behavior of organic matter in the basin (TIII, Pepper and Corvi, 1995; CO2, IES, 1993). This allowed estimating the initial petroleum potential of source rocks and petroleum system evolution, particularly the history of formation and accumulation of the oil and gas. After the Middle Cretaceous, the oil trapped in La Casita formation began its transformation into a gas. Fracturing of the up-lift product allowed a migration of CO2 of magmatic origin and this altogether with the accumulated CH4 migrated with a water circulation. The reservoirs rocks of these gases are found in anticline traps, currently exploited. It should be noted that the existence of oil in fluid inclusions in mineral outcrops of fluorite in the neighborhoods to the La Babia and San Marcos faults, is interpreted according to the model results as oil migrated in primary cracking of other bedrock is La Peña Formation, during the up-lift. The interpretation of 2D seismic sections was used in geochemical models and geometric 3D. The results of these models are confirmed and compared with production data. These resources allowed establishing a coherent history of diagenesis for the Pirineo block. According to the models, there are no reported gas reservoirs in the reports; this affirmation is supported by petrographic and geochemical studies of 27 samples for 4 exploratory wells, as well as 162 samples of cuttings from 15 wells. This research shows the combination of the petrographic, geochemical and geophysical resources, for the construction of a comprehensive model (1D-2D and 3D), allowing to propose a regional reconstruction of the petroleum system. In this study we observed the existence of sulfate phenomena reduction, causing the transformation of the rocks-store in stamps and vice versa, as well as the production of CO2 and H2S, based on water-rock interactions. / El objetivo principal de este trabajo, fue el estudiar los fenómenos que influyen, sobre la variación con el tiempo de la composición de gases (CH4-CO2-H2S), durante la explotación industrial del gas, en el campo Florida-Minero, del Bloque Pirineo de la Cuenca de Sabinas en México. Entre el Jurasico Tardío y el Cretácico, la Cuenca de Sabinas en el Noreste de México, fue un importante depósito de sedimentos, formados principalmente por rocas siliclasticas carbonatadas, ricos en materia orgánica de origen marino y continental (predominante). Esta cuenca es actualmente un importante productor de gas metano en la región, y las rocas madres mas importantes, muestran una sobre madurez, producto de un sepultamiento profundo que alcanzo hasta los 8 km. Variaciones de flujo de calor importantes durante el enterramiento fueron la razón principal por lo que la cuenca produce solamente gas seco. Los efectos diagenéticos influyen en el funcionamiento del sistema petrolero y son atribuidos en gran parte al up-lift de la Orogenia Laramide (49 – 24 Ma). Estos efectos en relación con la circulación de fluidos son productos de reacciones de tipo TSR, los cuales son estudiados en detalle en este trabajo. Con el fin de comprender mejor, la evolución geoquímica de la formación, migración y almacenado del gas, y de evaluar la historia diagenética específicamente del bloque Pirineo, este trabajo se desarrollo, utilizando un modelado geoquímico (1D, 2D), y geométrico 3D. Para calibrar los modelos en temperatura y presión se utilizaron en conjunto datos geoquímicos y geofísicos. Los técnicas geoquímicas y de observación para realizar esta investigación fueron las microscopias; óptica, electrónica de barrido y rayos X, así como el análisis Rock-Eval 6, dC13 gas, dC13 y dO18 sobre las rocas. Los resultados de estos análisis en conjunto con las observaciones y estimaciones de la termometría y espectrometría Raman, aplicado a inclusiones fluidas, permitieron definir mejor las etapas de migración de hidrocarburos y la cronología de la carga de los almacenes. Los modelos geoquímicos fueron calibrados utilizando en una primera etapa, el %Ro y el BHT, y en una segunda etapa la presión/temperatura de las inclusiones fluidas, que representan las condiciones termodinámicas de los fluidos en el momento de la migración. Así en función de los resultados obtenidos, podemos definir dos hipótesis; - una sobre el cracking primario del kerogeno sin migración de petróleo antes del uplift, y - un cracking secundario con migración de gas durante y después del uplift, esto para la roca madre más importante La Casita. Este fenómeno de up-lift provoco una erosión calculada, entre 1.2 y 2.2 Km. A esta época, el sistema de fallas permaneció funcionando como ruta de migración de aceite, y estos se almacenaron en los reservorios superiores, que posteriormente por efectos de la erosión desaparecieron. La utilización de un modelo geoquímico en 2D, fue determinante para inferir en la velocidad de sedimentación y así conocer teóricamente el TOC inicial preservado. La aplicación de una cinética mixta para producir CH4 y CO2, fue posible al aplicar dos cinéticas que coinciden con el comportamiento de la materia orgánica en la cuenca (TIII, Pepper y Corvi, 1995; CO2, IES, 1993). Esto permitió, poder estimar el potencial petrolero inicial de las rocas madres y la evolución del sistema petrolero, en particular para la historia de formación y acumulación del aceite. Después del Cretácico Medio, el aceite entrampado en la Formación La Casita comenzó su transformación en gas. La fracturación producto del up-lift permitió un dégazage de CO2 de origen magmático y este en conjunto con el CH4 acumulado migro con una circulación de agua. Los almacenes de estos gases se encuentran en trampas anticlinales, explotados actualmente. Cabe señalar que la existencia de aceite en inclusiones fluidas en afloramientos minerales de fluorita en las cercanías a las fallas La Babia y San Marcos, se interpreta de acuerdo a los resultados del modelo como aceite migrado durante el up-lift, durante el cracking primario de otra roca madre, como la Formación La Peña. La interpretación de secciones sísmicas 2D, se utilizo en la construcción de modelos geoquímicos 1D - 2D y geométrico 3D. Los resultados de estos modelos son confirmados y comparados con los datos de producción. Estos recursos permitieron establecer una historia coherente de la diagénesis para el bloque Pirineo. De acuerdo a los modelos, existen reservorios de gas no reportados en los informes, esta afirmación esta sostenida, por los estudios petrográficos y geoquímicos de 27 muestras de núcleos para 4 pozos exploratorios, así como 162 muestras de esquirlas de 15 pozos. Este trabajo muestra la combinación de los recursos petrográficos, geoquímicos y geofísicos, para realizar la construcción de un modelo integral de cuenca (1D-2D y 3D), permitiendo proponer una reconstrucción regional del sistema petrolero. En este estudio se observo la existencia de fenómenos de sulfato reducción, que provocan la transformación de las rocas almacén en sellos y viceversa, así como la producción de CO2 y H2S, en función de las interacciones agua-roca.

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. / This thesis is devoted to the study of the geodynamic evolution of the panafrican belt in NW Angola, lying on the western margin of the Congo craton. This orogenic belt, resulting from the late neoproterozoic – early paleozoic convergence of the São Francisco and Congo cratons, can be subdivided into two main domains: 1) an eastern foreland made of folded neoproterozoic sediments and 2) a western hinterland made of magmatic and metamorphic rocks. Our structural, petrological, geochemical and geochronological studies lead to the recognition of two main units within this hinterland : 1) an upper eastern unit made of gneiss and micaschists (P-Tmax : 8-12 kbar, 650-680°C) that preserves D1 deformation structures related to the ENE transport of nappes and 2) a western lower unit made of gneiss and migmatites (P-Tmax : 7-9 kbar, 700-750°C) that were affected by a polyphased deformation. Our geochronological study shows that this belt contains ~2Ga old granites that were involved in a polyphased panafrican evolution between 540 Ma for syn-D1 peak metamorphic conditions and 480 Ma for the last stages of recrystallization and exhumation of high grade rocks. The synthesis of all data leads to a precise reconstruction of P-T-D-t paths in both tectono-metamorphic units and to comparison of this panafrican belt with similar belts distributed on both sides of the Atlantic ocean. This work attests of the complexity of the geodynamic processes resulting in the Gondwana assembly and implying both large cratonic landmasses and intercalated microplates.