Les carbonatites sont des roches magmatiques essentiellement composées de carbonates (calcite et/ou dolomite) d'origine magmatique. Leur statut pétrographique en tant que liquide magmatique ou cumulat reste à l'heure actuelle fort contreversé. Cette thèse de doctorat à pour objectif une étude pétrographique fine de ces roches couplée à des microanalyses in-situ des éléments en trace des principaux minéraux (carbonate, apatite).

Dans le secteur de Taxco-Zihuatanejo (Mexique méridional) affleurent six séquences volcano-sédimentaires et/ou volcano-plutoniques d'arc datées du Jurassique supérieur au Crétacé inférieur qui se sont accrétées au craton nord-américain à la fin du Crétacé inférieur. La séquence de Taxco-Taxco Viejo comprend des andésites, des dacites et des rhyolites calco-alcalines interstratifiées dans une sédimentation exclusivement détritique. Elle est affectée par un métamorphisme syncinématique de basse température (221-276°C). Cette formation représente vraisemblablement le témoin d'un arc insulaire édifié sur un substratum continental. La séquence de Teloloapan comprend des pillow lavas basiques surmontés en concordance par des dépôts volcanoclastiques à lentilles de calcaires récifaux de l'Aptien et des calcaires récifaux de Aptien-Albien. Elle est affectée par deux métamorphismes de bas degré : (1) hydrothermal océanique et (2) syn-cinématique. Le volcanisme comprend surtout des basaltes et des andésites calco-alcalins avec de rares roches acides (andésites et rhyolites tholéïtiques). Comparées aux séries calco-alcalines d'arc intraocéanique, les basaltes et andésites sont enrichis en HFSE et LREE. Les basaltes et andésites présentent des différences géochimiques et un eNd compris entre +4,6 et +1,6. Cette séquence s'est développée dans un environnement d'arc insulaire intra-océanique. La séquence plutono-volcanique d'Arcelia comprend un ensemble plutonique qui repose en klippe sur des basaltes en coussins recoupés par des filons basiques. La sédimentation est soit micritique au sein de la pile volcanique soit pélitique à radiolaires au sommet et datée de l'Albien-Cénomanien. Laves et filons sont affectés par un métamorphisme statique et hydrothermal prehnite-pumpellyite. Les roches basiques d'Arcelia, y compris les rhyolites, montrent des affinités de tholéïte typique d'arc insulaire intra-océanique (eNd compris entre +8 et +6). La séquence de Huetamo représente le comblement d'un bassin fortement subsident qui se développe entre des îles volcaniques appartenant à un environnement d'arc insulaire. La séquence volcano-sédimentaire de Zihuatanejo albo-cénomanienne est composée de pyroclastites et de laves calco-alcalines déjà différenciées, associées à des calcaires récifaux et/ou des couches rouges continentales. Le complexe de subduction de Las Ollas comprend des blocs de roches basiques et ultrabasiques enchâssés dans une matrice de serpentine ou de flysch. Ces blocs sontaffectés par un métamorphisme HP-BT. Les roches basiques montrent des affinités de tholéïtes d'arc, appauvries en terres rares légères. Leurs caractères géochimiques communs suggèrent qu'elles représentent des fragments dissociés d'un croûte supérieure d'un arc insulaire intra-océanique, formée aux tous premiers stades de l'activité de l'arc. Les affinités magmatiques des séries d'arc mésozoïques du "Guerrero terrane" sont très diversifiées à la fois d'une séquence à l'autre et à l'intérieur d'une même séquence. Cependant, deux ensembles peuvent être reconnus : (1) des tholéïtes d'arc appauvries à légèrement enrichies en LREE, composées exclusivement de basaltes et de leurs filons nourriciers et présentes à Arcelia et Las Ollas; quelle que soit la séquence, des cumulats ultrabasiques et basiques sont tectoniquement associés aux laves; leur source mantellique appauvrie (eNd compris entre +8 et +5,5) est du type Lherzolite à spinelles; (2) des séries calco-alcalines enrichies ou appauvries en HFS. Les roches basiques prédominent dans la série calco-alcaline enrichie en HFS (Famille I), représentée par les basaltes et les andésites de l'Aptien-Albien de Teloloapan qui dérivent d'une source enrichie de "Type Lherzolite à grenat". La série appauvrie en HFS (eNd compris entre +9 et +7,5) est représentée par les andésites de Zihuatanejo et les galets de l'Aptien-Albien de Huetamo (Famille II) qui dérivent d'une source mantellique appauvrie, identique à celle des tholéïtes mais avec des taux de fusion partielle moins élevés. Enfin la famille III regroupe les laves de Taxco et présente des caractères intermédiaires entre les familles I et II. Ainsi, les séquences magmatiques orogéniques du "Guerrero terrane" reflètent la complexité de cet arc ou de ces arcs qui, néanmoins, ont fonctionné pratiquement en même temps.

. 21 ont des teneurs en Os > 1 ppb et des rapports 187Re/188Os < 3. Leurs TRD ERUPT varient de 0.7 à 2.3 Ga (moyenne 1.7 Ga). Les analyses isotopiques du Re/Os de 9 péridotites résiduelles (0.1-1.2% Al2O3) donnent des âges TRD ERUPT variant de 1.4 à 2.3 Ga (maximum de probabilité 2.1 Ga) Les cratons sont de vastes portions de lithosphère continentale formés d’une croûte continentale type TTG et d’un manteau lithosphérique épaissi (>200km), froid (40 mW/m²) et composé majoritairement par des péridotites fortement réfractaires (Mg#WR>0.92, Al2O3-CaO <1%), échantillonnées sous forme de xénolites lors des éruptions kimberlitiques. Il est admis que les péridotites cratoniques ont été formées par de hauts degrés de fusion partielle, cependant, les fortes teneurs en SiO2 de certaines xénolites impliquent des mécanismes de fusion très particuliers. De plus, les fortes teneurs en FeO, TiO2, REE, en cpx et en grenats d’un grand nombre d’échantillons ne sont pas cohérentes avec une origine résiduelle. En effet la majorité des péridotites cratoniques a subi des transformations qui masquent actuellement leur composition initiale. C’est pourquoi les conditions de la fusion et les processus post-formation qui affectent le manteau cratonique demeurent très mal contraints. Udachnaya est la seule kimberlite du craton Sibérien qui fournit des xénolites de péridotite de tailles suffisantes pour les études géochimiques et isotopiques (>>100g). Cette thèse se base sur une grande collection de xénolites de péridotites (>50) particulièrement fraîches i.e. les olivines et les autres minéraux sont préservés de l’altération et les pertes au feu des roches totales (LOI) sont <2%. Les péridotites sont des harzburgites et des lherzolites, généralement pauvres en cpx (<6%) du faciès à spinelle et à grenat, avec des microstructures aussi bien grenues que déformées. Cette collection est représentative de l’ensemble du profil lithosphérique (du Moho jusqu’à 220km). La majorité des péridotites à spinelle est pauvre en opx (<20%). Les péridotites riches en silice sont moins courantes dans le manteau cratonique sibérien que ce que l’étude de Boyd et al. (1997) a montré. Seul ¼ des péridotites à spinelle de notre collection a des compositions en opx >30%. Les péridotites à spinelle, pauvres en opx ont des compositions en éléments majeurs proches d’un résidu de fusion. Contrairement aux autres études, leurs compositions en Al2O3, FeO et Mg#WR définissent des trends qui, comparés aux études expérimentales, indiquent une origine par 38% d’une fusion fractionnée par décompression entre 7-4 GPa et ≤1–2 GPa ; ce qui est en accord avec les modélisations des éléments en trace. L’origine des péridotites riches en silice est incertaine, et l’hypothèse d’une interaction avec des liquides de subduction est peu probable : leurs compositions en SiO2 et FeO diffèrent des péridotites d’arc, et leur δ18OWR ~5.3 ± 0.2‰ est proche de la valeur référence pour le manteau (5.5‰). 1/3 des péridotites à grenat grenues a des compositions similaires aux péridotites à spinelle et indiquent donc des conditions de formation similaires. Le grenat, dans la majorité de ces péridotites, est d’origine résiduelle, contrairement au cpx qui lui est clairement d’origine métasomatique. La majorité des péridotites à grenat forme des séquences d’enrichissement en FeO, TiO2 et REE par rapport aux péridotites résiduelles. Cela traduit un métasomatisme modal (précipitation de cpx et de grenat), et ce par interaction entre le protolite des péridotites avec un magma riche en Si, Al, Fe (Ti, REE). Les cpx sont en équilibre avec un liquide de composition kimberlitique. Les kimberlites sont des magmas pauvres en Si, Al, Fe et ne peuvent pas être responsables du métasomatisme modal, mais un magma parent peut avoir interagi avec la roche peu de temps avant l’éruption. 28 péridotites ont été analysées pour obtenir leur composition isotopique Re/Os et leur composition en PGE / English abstract not supplied by the author. Résumé en anglais non fourni par l'auteur.

En dépit de son importance pour les écosystèmes aquatiques, l’origine et les mécanismes de production du carbone organique dissous (COD) sont toujours sujets à discussion. Cette thèse vise à mieux comprendre le rôle joué par l’hydrologie tant sur les mécanismes de production et la location des sources du COD que sur les flux et les processus de transfert du sol vers les cours d’eau. Un suivi haute fréquence des eaux du sol et de rivière a été réalisé sur la totalité d’un cycle hydrologique dans le bassin versant expérimental de Kervidy-Naizin (Morbihan, Observatoire de Recherche en Environnement (ORE) AgrHys). Le COD contenu dans ces eaux a été caractérisé par sa composition isotopique en carbone (δ13C), et ce suivi a été complété par l’analyse de la dynamique de la nappe. L’analyse des variations saisonnières de concentration et de composition du COD révèle l’existence d’un relais dans les sources et les mécanismes de production du COD dans les sols des zones de fond de vallée en phase avec les changements de régime hydrologique du bassin. Ainsi, lors de la période automnale de remontée de la nappe, le compartiment COD présente un caractère faiblement aromatique et une composition isotopique particulière, suggérant une origine microbienne. Ce réservoir de très faible taille (5% du flux annuel de COD exporté par le cours d’eau) est entièrement épuisé par les premières crues d’automne. La mise en charge de la nappe en versant conduit à la mobilisation d’un second réservoir de COD caractérisé par une aromaticité élevée et une signature isotopique proche de celle de la matière organique des sols. Ce compartiment correspond au fond humique « ancien » des sols et présente une taille nettement plus important que le premier (90% du flux annuel). Cependant ce compartiment ne se limite pas au COD produit dans sols des zones de bas-fond mais comprend aussi des apports de matières organiques issues des sols de bas de versant. Enfin, le rabattement de la nappe au milieu du printemps marque le début de la période d’assèchement du bassin versant et le retour dans les sols de bas-fond d’un COD faiblement aromatique et isotopiquement similaire à celui observé en automne. En conséquence, la teneur et la composition du COD véhiculé par le cours d’eau varient fortement à l’échelle saisonnière (variabilité temporelle des processus de production du COD). Les horizons superficiels des sols des zones de bas-fond sont la principale source de COD, par lesquels transitent entre 60 et 80% du flux de COD exporté lors des événements de crues. Concernant le réservoir humique, un résultat important est qu’il semble limité dans les sols de bas de versant, alors qu’il semble au contraire illimité dans les sols de bas fond. Au final, les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse démontrent le contrôle majeur de la dynamique de la nappe sur les mécanismes de production de COD par le sol ainsi que sur la localisation spatiale et les flux de COD transférés de ces sols vers les cours d’eau à l’échelle de la saison. Ils valident également l’hypothèse émise selon laquelle l’exportation du COD par les cours d’eau ne résulterait pas d’un simple « flushing » du COD produit dans les sols de bas-fond mais mobiliserait plutôt un ensemble de sources localisées le long du continuum rivière-zone de bas-fond-zone de versant, et dont le caractère plus moins limité du réservoir expliquerait les dynamiques des concentrations en COD annuelles observées à l’exutoire de ces bassins. Un autre résultat majeur de cette thèse est la qualification des isotopes comme outil de traçage des sources et de la dynamique du COD dans les bassins versants. Un point clé de ce travail est la différenciation isotopiques des réservoirs COD des sols de bas-fond et des sols de bas de versant, qui a permis pour la première fois de révéler la participation de l'un et de l’autre au flux exporté à l’exutoire et d’estimer quantitativement leur contribution respective à ce même flux. / Despite its importance to aquatic ecosystems, origin and production mechanisms of dissolved organic carbon (DOC) are still subject to discussion. This thesis aims to better understand the role of hydrology in controlling both DOC production in soils and export by stream waters. High frequency monitoring of soils and streams waters was carried out during an entire hydrological cycle in the Kervidy-Naizin catchment (Morbihan). The DOC was characterized by its stable carbon isotopic composition, and groundwater table dynamic was also analyzed during the same period. The analysis of seasonal variations in both DOC concentration and composition reveals a succession in the sources and mechanisms of production of DOC in soils of valley bottom in line with changes in the hydrological regime of the basin. Thus, during the autumn period of rising water-table, the COD compartment has a low aromatic character and a particular isotopic composition, suggesting a microbial origin. This reservoir of very small size (5% of the annual flux of DOC exported by the stream) is fully exhausted by the first autumn storm events. The increase of water-table in the upland domain leads to the mobilization of a second DOC pool characterized by a high aromaticity and a isotopic signature similar to those of soil organic matter. This compartment corresponds to "old" humic fraction of the soil and has a size much larger than the first (90% of annual flux). However, this compartment includes contributions of DOC from riparian soils and also upland soils. Finally, the water-table drawdown in the middle of spring marks the beginning of the drying period of the catchment and the return to the soil of the “fresh” DOC pool. As a result, concentration and composition of DOC transported by the stream vary greatly across a seasonal scale (temporal variability of production processes DOC). The surface horizons of soils riparian soils are the main source of DOC, which handle between 60 and 80% of stream DOC flux during flood events. An important result is that the DOC pool seems limited in upland soils, while its seems no-limited in riparian soils. Finally, the results obtained in this thesis demonstrate the major control of the dynamics of the water-table on the mechanisms of production of DOC from the soil as well as the spatial location of DOC sources and DOC flux transferred from the soil to stream through the hydrological cycle. They also validate the hypothesis that DOC export by rivers mobilizes rather a set of sources located along the upland-riparian-stream continuum. Another major result of this thesis is the validation of stable carbon isotopes as a tool for tracing sources and dynamics of DOC in the catchment.

IDans la région de Dabakala située au Nord-Est de la Côte d’Ivoire, la croûte birimienne de l’Afrique de l’Ouest comporte trois séries volcano-Sédimentaires, toutes orientées NNE-SSW: celle de la Haute Comoé à l’est, celles du Haut-N’Zi et de Fettêkro à l’ouest. Elles constituent l’encaissant d’importants massifs granitiques datés à 2,1 Ga, l'ensemble formant une ride granitique bordée par deux sillons volcano-Sédimentaires.Les données pétrographiques et géochimiques montrent que les volcanites présentent des variations de composition continues de basalte à rhyolite. Les métabasites, subalcalins à alcalins montrent une source de type lherzolite à spinelle, avec une possible contamination crustale. Leur environnement de mise en place serait un contexte de subduction. Les andésites montrent une affinité avec les arcs insulaires continentaux matures, suggérant un modèle de subduction avec délamination crustale. Les volcanites acides, également mises en place dans un contexte d’arc volcanique, terminent la lignée calco-Alcaline.Les plutonites de la région de Dabakala, comprenant des massifs de pegmatite, granite, granodiorite, diorite, tonalite et trondhjémite, sont liées à des arcs volcaniques et caractérisent un magmatisme calco-Alcalin de marge active. Les métasédiments se reportent quant à eux dans le champ des arcs insulaires continentaux.Au plan structural, la région de Dabakala présente des directions de fractures majeures orientées N-S à NNE-SSW senestres pour la plupart (les plus anciennes), N90° à N100° dextres (les plus récentes), NW-SE dextres ou senestres. Une structure significative, de direction N075° à N080° est identifiée pour la première fois: la faille de Sarala (FSr). La carte structurale du prospect aurifère de Bobosso indique globalement un fort développement des linéaments NNE-SSW recoupés par des linéaments NW-SE. Les premiers dessinent une mégastructure de premier ordre dénommée Zone Tectonique de Bobosso (ZTB), abritant plusieurs structures secondaires avec des lentilles minéralisées.Concernant la minéralisation aurifère, le prospect de Bobosso dans la série de la Haute-Comoé présente une déformation polyphasée avec une déformation cassante à l’origine de la formation de plusieurs générations de veines de quartz. La minéralisation aurifère présente un contrôle structural principalement marqué par les filons de quartz liés à la mise en place d’intrusions dans les basaltes et les andésites. Il existe deux types de minéralisations: une disséminée et l’autre filonienne. Cette distribution bimodale de l’or a été également mise en évidence dans les gisements de la ceinture Ashanti au Ghana et dans plusieurs gisements aurifères mondialement connus.La minéralisation disséminée serait syngénétique, d'après l’existence de teneurs élevées dans les sections de sondages sans aucun filon de quartz. La minéralisation filonienne est évidemment épigénétique. Les teneurs les plus élevées ont été obtenues dans les zones de sondages montrant la présence de lentilles, veines et filons de quartz, calcite ± tourmaline ± sulfures. La paragenèse métallifère est essentiellement constituée de pyrite, mais également de pyrrhotite, chalcopyrite et d’arsénopyrite, avec présence de magnétite et d’hématite. L'or n’est jamais visible à l’oeil nu, même dans les sections de forage présentant les plus fortes teneurs.Nous pouvons retenir une principale phase de minéralisation dans le prospect aurifère. Elle est de type hydrothermal et liée à la mise en place de granitoïdes dans les métasédiments et les volcanites lors de la fermeture des bassins à la fin de l’orogenèse éburnéenne. La minéralisation filonienne montre de plus fortes teneurs en Or. / In Dabakala region located in the northeastern part of Côte d'Ivoire, the birimian crust of West Africa displays three volcano-Sedimentary series: the Upper Comoé serie to the east, and the Upper N'Zi and Fettêkro series to the west. These three volcano-Sedimentary series are NNE-SSW oriented and enclose an important granitic mass dated to 2.1 Ga; thus constituting a granitic ridge bordered by two volcano-Sedimentary trenches.Petrographic and geochemical data show that these pyroclastic rocks have basalts, andesites, andesite basalts, dacites, rhyolites and rhyodacites compositions. Metabasites are generally subalkaline to peralkaline and show their source composition between those of N- MORB and E- MORB. Fettêkro serie basalts, with La / Yb values between 1.43 to 1.83 and La values between 2.21 to 5.6, are close to average of Nauru basalts and belts’ mafic. Their magmatic source would be spinel lherzolite type, with probably possible crustal contamination in an environment of implementing intra -Oceanic environment with building oceanic plateaus. Andesites show an affinity to continental and mature island arcs basalts, corresponding to a subduction model with crustal delamination. Acid volcanics are implemented in a volcanic arcs context and follow a calc-Alkaline suite.The plutonic rocks of the Dabakala region are composed to pegmatite, alkali and natural granite, granodiorite, diorite and gabbro. These rocks correspond to syn-Collisional volcanic arc plutonites, and are probably related to a calc-Alkaline magmatism of active margins. Metasediments generally defer in the field of continental island arcs.Structurally, the Dabakala region has major fractures directions oriented NS to NNE-SSW sinistral for most (older), N90° to N100° dextral (latest), NW-SE to NNW-SSE dextral or sinistral. A significant structure, oriented N075° to N080° is identified for the first time: the Sarala fault (FSr). The structural map of the Bobosso gold prospect generally indicates a strong development of NNE-SSW lineaments cut by NW-SE lineaments. The first ones draw a first order megastructure called Bobosso Tectonic Zone (ZTB), containing multiple secondary structures or mineralized lenses.Concerning gold mineralization, the Bobosso prospect (Upper-Comoé serie) has a polyphase deformation with brittle deformation as manifested in several ways. The latter is the cause of the formation of several generations of quartz veins. Gold mineralization presents mainly a structural control by quartz veins, related to the development of intrusions in basalts and andesites.. Two types of mineralization may be mentioned: disseminated and vein. This bimodal distribution of gold has also been highlighted in the Ashanti belt deposits in Ghana and several gold deposits known worldwide.Disseminated mineralization is syngenetic and relies on the existence of high grade in sections of surveys without quartz vein. The vein mineralization is evidently epigenetic. The highest grades were obtained in sections showing the presence of lenses, veins and quartz veins, tourmaline ± calcite ± sulfides. The metalliferous paragenesis consists essentially of pyrite, but pyrrhotite, chalcopyrite and arsenopyrite with presence of magnetite and hematite. Gold is not visible, even in the drill sections with the highest grades.We retain two main phases of mineralization in the Bobosso gold prospect: 1) a first phase (SEDEX type) occurred while opening rear arc basins. It occurs mainly in the metasediments and 2) a second phase (hydrothermal) related to the implementation of various granitoids in the metasediments and volcanics when closing pools at the end of the eburnean orogeny. Vein mineralization shows higher grades of gold.

L’utilisation de la minéralogie magnétique en tant que marqueur des changements environnementaux dans les tourbières a été envisagé dès 1986 (Richardson, 1986) mais n’a pas été réellement prise au sérieux jusque très récemment (Hutchinson and Armitage, 2009; Mighall et al., 2009). Notre étude se proposait d’abord de déterminer quelles techniques sont les plus adaptées à des mesures sur tourbe (acquisition progressive d’ARI et ARA associées à leurs désaimantations AF) et comment les mettre en place afin de garantir la qualité des mesures malgré les nombreuses contraintes : faiblesse du signal, évolution temporelle de la minéralogie, caractère meuble et instable des dépôts. Le protocole d’étude de la minéralogie magnétique a ensuite été appliqué à trois carottes prélevées dans le marais de la Trézence (Charente-Maritime, France) en parallèle d’analyses géochimiques à même de retracer l’histoire environnementale du site (analyse élémentaire, isotopes du plomb, rapport C/N,datations radiocarbones). A la confrontation des résultats, il apparaît qu’une partie des variations de minéralogie magnétique correspond aux indications environnementales apportées par les paramètres géochimiques. Les autres variations mises en exergues peuvent être interprétées en termes d’indicateurs de processus pédologiques non observable avec les paramètres géochimiques étudiés. / Despite a first study dating from 1986 (Richardson, 1986), magnetic mineralogy in peat was not considered and used as a potential palaeoenvironmental proxy until very recently. The first aim of our study was to determine what technics can be used on peat (SIRM, SARM and their demagnetization) and how, to overcome the specific problems arising from the use of peat : very low magnetic signal, evolution of the signal through time, etc. The relevant magnetic procedure was then applied to three peat cores frome La Trézence peat bog(Charente-Maritime, France) along with geochemical analyses giving informations on the environmental evolution throught time. After comparison of all the results, part of the magnetic mineralogy variations fits with environmental evolution. The other part can be concidered as a proxy of pedologic processes that studied geochemical parameters do not show.

Ce travail de thèse s’intéresse aux interactions entre la solution et la pellicule d’altération, appelée gel, qui se forme lors de la lixiviation des verres borosilicatés d’intérêt nucléaire, et plus spécifiquement dans ce travail, sur le verre à six oxydes ISG. Afin de mieux comprendre les mécanismes de formation du gel, ainsi que ses propriétés de passivation, une étude combinant analyses expérimentales et simulations de dynamique moléculaire (DM) est réalisée.Dans un premier temps, l’étude se focalise sur la structure du verre sain dans le but de mieux appréhender les processus de lixiviation. Pour ce faire, des analyses par spectroscopie RMN sont réalisées. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par DM afin de valider la simulation. Cette dernière permet alors une exploration complète de l’ordre à courte et moyenne distances. Elle montre en outre une distribution homogène des formateurs de réseau et l’absence de zones enrichies en bore. Ce dernier, que l’on sait fortement soluble, a tendance à fragmenter le réseau silicaté, affectant de ce fait sa réactivité.Les processus de formation du gel sont ensuite étudiés expérimentalement, dans des conditions favorisant la passivation (90 °C, pH 7, solution saturée en silice). Nous mettons en évidence un fort effet des éléments exogènes en solution, notamment les alcalins faiblement hydratés tels que le potassium et le césium. Ces derniers entrainent ainsi une chute marquée de l’altération du verre. Afin de comprendre cet effet, les gels formés en présence de différents alcalins sont caractérisés. Les analyses montrent un départ congruent du bore et du sodium, et une incorporation du potassium et du césium de la solution qui prennent le rôle de compensateur de charge des unités [AlO4]- assuré par le calcium dans les gels formés en milieux sans alcalin ou contenant des alcalins fortement hydraté comme le lithium ou le sodium. Les différents gels présentent des degrés d’hydratation variés, en accord avec les résultats de simulation de DM de la diffusion de l’eau dans une silice nanoporeuse en milieu alcalin. Ces simulations montrent que la combinaison d’effets stériques (taille des alcalins) et physico-chimiques (énergie d’hydratation) entraine une diminution de la quantité d’eau dans les porosités contenant des ions potassium ou césium.Par ailleurs, les différents gels obtenus dans les conditions d’altération précitées sont fortement polymérisés, indiquant une réorganisation du réseau silicaté à la suite du départ des éléments facilement hydrolysables comme le bore. Cette réorganisation a lieu sans hydrolyse complète des tétraèdres de silicium, ce qui invalide dans ce cas le modèle de formation des gels par dissolution congruente/précipitation. La spéciation de l’eau au sein du gel, obtenue en combinant ATG et RMN du proton, permet de plus de déterminer quantitativement la répartition des atomes d’oxygène au sein du gel (atomes d’oxygène pontants, non pontants ou H2O).Ces données sont alors utilisées pour l’interprétation d’expériences de traçage en milieu enrichi en eau marquée en 18O d’échantillons pré-altérés. Ces expériences, menées à différentes températures, mettent en évidence pour la première fois une réorganisation continue du réseau du gel, avec une diminution au cours du temps de l’accessibilité des espèces mobiles (H2O et hydroxyles) au verre sain du fait de la maturation de la porosité au sein du gel. Nous déterminons différentes diffusivités pour l’eau en fonction de la topologie du gel et proposons l’hypothèse que cette atténuation progressive de la réactivité du réseau soit à l’origine du caractère passivant du gel. / This work aims at understanding water interactions with the altered layer, called gel, formed during borosilicate nuclear glass corrosion. Specifically, we focus on the corrosion of the six oxides ISG. To better understand gel formation mechanisms, as well as gel passivating properties, experimental studies are combined to molecular dynamics simulations.First, this study focuses on the characterization of the pristine glass structure. Experimental analysis (NMR) provides some information to validate the simulated structure. As a result, an improved understanding of the pristine glass short- and medium-range orders is obtained. We also observe that network formers are homogeneously distributed, with no area enriched in boron for instance. Boron is known to be highly soluble, and tends to divide the silicate network, which would affect its reactivity.The gel formation is then studied experimentally in conditions favoring the passivating effect of the glass (90 °C, pH 7, silica-saturated solution). A strong effect of exogenous elements in solution, particularly weakly hydrated alkalis such as potassium and cesium, is observed, with a notable decrease of glass corrosion. To better understand this effect, all gels are characterized. A congruent release of boron and sodium is observed, while potassium and cesium are incorporated. They then act as charge compensator for [AlO4]- units. Calcium usually plays this role in gels formed in solutions with no alkali or containing strongly hydrated alkali such as lithium and sodium. The hydration degree differs for the various gels present, as confirmed by MD simulation of water diffusion in nanoporous amorphous silica in presence of alkali. These simulations highlight a combined impact of sterical effects (alkali size) and physicochemical effects (hydration energy) leading to a decrease of water quantity in the nanopores containing potassium and cesium.Moreover, all the gels formed in the above mentioned leaching conditions are highly polymerized, which indicates a reorganization of the network following the leaching of hydrolysable species such as boron. This reorganization happens without complete hydrolysis of silicon atoms, which invalidate the congruent dissolution/precipitation model in this case. Water speciation inside the gel is determined combining TGA and NMR, giving access to quantitative oxygen repartition in the gel (bridging oxygen, non-bridging oxygen or H2O).This data are then used for the interpretation of tracing experiments carried out in H218O rich solution on prealtered samples. The results demonstrate for the first time that the network reorganizes continuously over time, with a decrease of mobile species (H2O and hydroxyls) accessibility due to the maturation of the porosity within the gel. We determine various water diffusivities as a function of the gel topology and propose the hypothesis that this decreasing reactivity of the network is the source of the passivating nature of the gel.

L'altération des lithologies himalayennes a potentiellement impacté le cycle global du carbone. Pour pouvoir contraindre et comprendre les processus qui se sont produits dans l'Himalaya et qui ont affecté ces cycles, nous devons être distinguer les signatures de l'altération du silicate et du carbonate dans la charge dissoute des fleuves de l'Himalaya. Des études antérieures ont tenté de le faire en utilisant diverses méthodes mais il n’existe toujours pas de consensus clair sur l’ampleur et le flux de l’altération du silicate dans l’Himalaya. Cette thèse propose l'utilisation du 40Ca comme traceur pouvant améliorer la quantification du flux d'altération du silicate et du carbonate dans la charge dissoute des rivières himalayennes. Des travaux antérieurs ont montré que le budget de l'eau de mer 40Ca est dominé par une source de manteau, de sorte que les carbonates marins ont une signature homogène de 40Ca indiscernable par rapport à la valeur du manteau. En revanche, la croûte supérieure de silicate devrait avoir développé une composition radiogénique. La différence entre la signature en Ca radiogénique des lithologies de carbonate et de silicate peut donc être utilisée pour différencier l’altération du carbonate et du silicate dans la charge dissoute des rivières. Nous présentons ici une étude géochimique comprenant des analyses de Ca radiogénique des rivières drainant les principales unités lithologiques de l'Himalaya, ainsi que des résultats provenant de sédiments, de substrat rocheux, de sol et de gravier. Nos résultats montrent que les carbonates de l’Himalaya ne présentent pas d’excès de 40Ca radiogénique malgré des signatures très variables 87Sr/86Sr, alors que les sédiments sont radiogènes (+0.9 à +4). Ceci suggère que pour Ca, contrairement à Sr, l'échange isotopique entre les lithologies silicate et carbonate a été minime. La composition en Ca radiogène de l'eau des rivières va de +0.1 dans les captages à prédominance carbonatée à +11 dans les rivières drainant des bassins versants silicatés. Pour les grandes rivières, les estimations du budget relatives à l’altération du silicate et du carbonate sur la base des éléments principaux et la composition en Ca radiogénique tendent à concorder. Cependant, pour certaines rivières plus petites, en particulier celles drainant des bassins à dominance silicatée dans les formations cristallines de HHC et du LH, certaines divergences sont observées. Celles-ci ne peuvent pas être attribuées à une définition imprécise de la composition chimique ou radiogénique en Ca des pôles de mélange utilisés pour la modélisation budgétaire, car les valeurs requises pour résoudre le modèle ne sont pas raisonnables. Ils ne peuvent pas non plus être expliqués par la précipitation de carbonates secondaires dans les rivières car la composition non radiogénique de carbonates suggère que ce processus n'est que mineur. Au contraire, ces différences peuvent être dues à la dissolution des traces de calcite radiogénique contenues dans les lithologies de silicate HHC et LH. Le vieillissement de ce matériau, qui ne représente qu'une infime partie de la surface du captage du silicate, pourrait produire une proportion substantielle du Ca radiogénique et pourrait ainsi avoir une influence significative sur le calcul des budgets de ces bassins à partir des données isotopiques. Néanmoins, comme cet effet est observé principalement dans les bassins à faible taux d’érosion des silicates, son influence sur les estimations du flux global de vieillissement du silicate sera mineure. Plus généralement, les résultats de cette thèse impliquent que le système 40Ca permet une résolution de problématiques qui ne peuvent pas être approfondies avec succès à l'aide d'isotopes Sr dans l'Himalaya. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour définir la gamme complète des compositions de Ca radiogénique dans l’Himalaya afin de répondre clairement aux questions concernant les flux d’altération des silicates / Weathering of Himalayan lithologies has had a potential impact on the global carbon cycle. To be able to constrain and understand the processes that occurred in the Himalayas that affected these cycles, we must be able to distinguish the signatures of silicate and carbonate weathering in the dissolved load of Himalayan rivers. Previous studies have attempted to do this using a variety of methods but there is still not a clear consensus on the magnitude and flux of silicate weathering in the Himalaya. This thesis proposes the use of 40Ca as a tracer that could improve the quantification of the silicate and carbonate weathering flux in the dissolved load of Himalayan rivers. Previous work has shown that the 40Ca budget of seawater is dominated by a mantle source, such that marine carbonates have a homogeneous 40Ca signature indistinguishable from the mantle value. In contrast, the upper silicate crust is expected to have developed a radiogenic composition. The difference between the radiogenic Ca signature of carbonate and silicate lithologies can be therefore used to differentiate between carbonate and silicate weathering in the dissolved load of rivers. Here, we present a geochemical survey, including radiogenic Ca analyses, of rivers draining the main lithological units of the Himalaya, as well as results from sediments, bedrock, soil and gravel. Our results show that Himalayan carbonates exhibit no radiogenic 40Ca excesses despite highly variable 87Sr/86Sr signatures, whereas sediments are variably radiogenic (+0.9 to +4). This suggests that for Ca, unlike for Sr, isotopic exchange between the silicate and carbonate lithologies has been minimal. The radiogenic Ca composition of river water ranges from +0.1 in carbonate dominated catchments to +11 in rivers draining silicate catchments. For large rivers, silicate and carbonate weathering budget estimates based on major elements and radiogenic Ca compositions tend to agree. However, for some smaller rivers, especially those draining silicate dominated basins in the HHC and LH formations, some discrepancies are observed. These cannot be attributed to poor definition of the chemical or radiogenic Ca composition of the endmembers used for budget modeling, as the values required to bring the estimates into agreement are unreasonable. They also cannot be explained by precipitation of secondary carbonates in the rivers as the non-radiogenic composition of the carbonate fraction of sediments suggests that this process is only minor. Rather, these discrepancies may be due to the dissolution/weathering of trace amounts of radiogenic calcite contained within HHC and LH silicate lithologies. The weathering of such material, which represents only a tiny fraction of the area of the silicate catchment, could yield a substantial proportion of the radiogenic Ca and may thus have a significant influence on the isotopically based weathering budgets of these basins. Nevertheless, as this effect is observed primarily in basins with low silicate erosion rates, its influence on estimates of the overall silicate weathering flux will be minor. More generally, the results of this thesis imply that the 40K–40Ca system can resolve issues that cannot be successfully addressed using Sr isotopes in the Himalaya. Further work is needed to define the full range of radiogenic Ca compositions in the Himalaya in order to clearly answer questions regarding silicate weathering fluxes

Le segment 16°N de la dorsale Est-Pacifique (EPR) interagit avec le point chaud des Mathématiciens (PCM). A partir de l’analyse géochimique de 120 échantillons de verres basaltiques prélevés par submersible Nautile (campagne à la mer PARISUB 2010) coulée par coulée, ce travail présente une étude à très petite échelle de l’hétérogénéité chimique du manteau sous quelques kilomètres de dorsale (15°37’N et 15°47’N). Les résultats obtenus témoignent d’une variabilité géochimique jamais observée à si petite échelle sous une dorsale. Le degré d’hétérogénéité du manteau dans cette zone est comparable à celui de l’ensemble de l’EPR. Cette diversité est le produit du mélange entre trois sources mantelliques principales, caractérisant l’influence et l’hétérogénéité du point chaud. La densité de l’échantillonnage offre une résolution spatiale en adéquation avec les données bathymétriques, ce qui a permis de coupler les deux approches et faire une reconstruction spatio-temporelle de l’évolution géochimique et morphologique du système EPR/PCM.Celle-ci commence il y a environ 600 ka par le gonflement du segment et un changement général dans la composition du manteau ambiant, suivi de deux sauts d’axe successifs en direction de la chaîne il y a 250 et 150 ka. Lors de cette phase de rapprochement de nouvelles signatures géochimiques émergent ponctuellement dans les MORB. Parmi elles,une signature relique de manteau appauvri régional, une autre d’hétérogénéité enrichie locale, et enfin celle de deux types d’hétérogénéités contenues dans la source du PCM.Cette dernière, n’apparaît dans les MORB qu’au cours des 100 dernières années autour de 15°44’N, et constitue une signature géochimique inédite pour des MORB. Ce nouveau composant a la particularité d’avoir du Pb très peu radiogénique ("Unradiogenic Lead Component", ULC) associé à des signatures isotopiques en Sr, Nd et Hf enrichies.Les compositions en éléments majeurs, traces et isotopes (Sr, Nd, Hf, Pb et He) suggèrent l’implication de matériel métagabbroique, ancien (>2Ga) à affinité continentale.La présence de sulfures dans la source permettrait d’expliquer le Pb peu radiogénique.Le recyclage dans le manteau supérieur de pyroxénites à sulfures, provenant de la partie profonde d’anciens arcs continentaux permettrait d’expliquer l’origine de ULC. Les basaltes ULC seraient donc les témoins volcaniques de la fusion de ce réservoir discret qui contribue à résoudre le paradoxe du Pb. / 120 Mid-Ocean-Ridge basaltic (MORB) glasses were collected on discrete lava flow (~200m sampling interval) during submersible dives along the East-Pacific-Rise (EPR), between 15°37’N and 14°47’N, precisely where the ridge intersects the Mathematicianshotspot track. The data display a geochemical variability that has never been observedalong a ridge at such a small spatial scale. The range of isotopic compositions along this 15 km segment is commensurable to that of the entire EPR. It can be accounted for by a mixture of three main components, representative of the hotspot heterogeneity.The dense sampling, along and across the ridge segment, matches the resolution of themicro-bathymetric data, which made the spatio-temporal reconstruction of the geochemical and morphological evolution of the EPR/Mathematician hotspot system possible.The latest starts 600 kya with the segment inflation and a global change in the ambient mantle composition, followed by two successive jumps of the ridge axis (250 and 150 kya) towards the seamounts chain. During this phase as the two systems are getting closer,new geochemical signatures emerge in MORB. Among them, relics of regional depleted mantle, small enriched local heterogeneities, and two types of heterogeneities belonging to the hotspot source. The last one become apparent only during the last 100 yearsaround 15°44’N, and constitutes a novel geochemical signature for MORB. This new component’s most noticeable property is its very unradiogenic Pb ("Unradiogenic Lead Component", ULC) associated with mostly enriched Sr, Nd and Hf isotopic signatures. Putted together, major, trace elements and isotopes (Sr, Nd, Hf, Pb and He) suggest anancient (>2Ga) lower continental metagabbroic origin for this material, while the involvement of sulfides is considered in order to explain the unradiogenic lead compositions. Overall, the preferred model for the formation of ULC is the recycling within the uppermantle of sulfide bearing pyroxenites coming from continental arc roots. ULC-influenced basalts represent magmatic witnesses of the melting of this cryptic reservoir that can contribute to solve the Pb paradox.

Les astéroïdes Cérès et Vesta ont motivé la mission spatiale Dawn parce qu'ils représentent deux embryons planétaires différents restés relativement intacts depuis leur formation. Vesta est large- ment considéré comme le corps parent des météorites HED témoins d'une activité magmatique probablement due à la présence de l'isotope radioactif 26Al qui était suffisamment abondant pour permettre la fusion interne des corps rocheux primitifs. La composition d'une surface planétaire peut être mesurée grâce à l'analyse des rayons gammas qu'elle produit. Pour la sonde Dawn cela est rendu possible par l'instrument GRaND et la scintillation d'un cristal de BGO. Cette thèse présente l'analyse des spectres gammas de Vesta par deux outils de séparation aveugle de source: l'analyse en composantes indépendantes (ICA) et la factorisation en matrice non-négative (NMF). Ces méthodes sont aussi appliquées à un jeu de données lunaire comparable et déjà bien interprété. Des spectres synthétiques lunaires permettent de tester ICA et NMF. La séparation de spectres élémentaires s'avère délicate même si on peut distinguer les éléments K, Th et Fe en raison des propriétés statistiques de leur signaux sources plus favorables. On mesure la sensibilité d'ICA-NMF à la variabilité chimique de la surface pour des Lunes artificielles, ce qui permet d'expliquer l'absence de séparation d'un signal élémentaire clair dans le cas de Vesta. Malgré les observations de la sonde Dawn et le nombre important d'informations fournies par les HED, il n'y a pas de consensus sur la formation des HED. On met souvent en avant l'existence d'un océan magmatique global sur Vesta, alors que la migration de la principale source chaleur, contenue dans le premier minéral fondu, le plagioclase, ne permet pas la fusion totale. On met en oeuvre un modèle de migration des magmas, basé sur les équations de la compaction. On adapte ce modèle en utilisant un diagramme d'équilibre de phase olivine-anorthite-quartz. Cela permet de calculer l'évolution de la minéralogie en fonction du temps et de la profondeur. Les résultats montrent que les eucrites et les diogénites pourraient être une caractéristique commune des gros corps accrétés tôt dans l'histoire du système solaire. / Asteroids Vesta and Ceres motivated the space mission Dawn because they represent two different planetary embryos that remained relatively intact since their formation. Vesta is broadly considered as the parent body of the HED meteorites suite that are witnesses of a magmatic activity probably due to the presence of the radioactive isotope 26 Al which was present in significant amount to cause internal melting of primitive rocky bodies. The composition of a planetary surface can be quantified through the analysis of the gamma rays it produces. This is made possible for the Dawn spacecraft by the instrument GRaND and the scintillation of a BGO crystal. This thesis presents the analysis of gamma ray spectra from Vesta by two blind source separation methods: the independent component analysis and the non negative matrix factorization. These methods are also applied to an equivalent lunar dataset already well interpreted. Lunar synthetic spectra are used to test ICA and NMF. The separation of elementary spectra is delicate although K, Th and Fe can be discriminated due to the more favorable statistical properties of their source signals. The sensitivity of separation to the chemical variability is assessed based on artificial lunar spectra, which allows to explain the lack of separation of a clear elemental signal in the case of Vesta. Despite the observations of Dawn and the important collection of HED data, there is no consensus on the conditions of the vestan magmatism. A global magma ocean is often put forward, whereas the migration of the heat source, contained in the easiest mineral to melt, plagioclase, does not allow it. A model of melt migration is implemented, based on two-phase flow equations. This model is combined with the olivine-anorthite-quartz equilibrium phase diagram. This allows to predict the mineralogy as a function of depth and time. Results obtained show that eucrites and diogenites may be a common feature of large bodies accreted early in solar system history.