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.

Située à cheval sur la frontière franco-italienne, à proximité du col du Petit-Saint-Bernard, la zone du Versoyen est pincée entre le houiller briançonnais et les massifs cristallins externes, et se rattache structuralement à la zone des Brèches de Tarentaise (extrémité SW de la zone valaisane). Elle est constituée, d'écailles de serpentinites associées à des lentilles gneissiques, et d'un ensemble volcano-sédimentaire caractérisé par des filons-couches basaltiques différenciés, intrusifs dans une série pélitique d'âge Crétacé inférieur à moyen. Dans les parties sommitales du bâti, un débit en coussins est souvent observé. La trilogie ophiolitique classique n'est pas complète, en effet, sont absents les termes mafiques grenus et le "sheeted dike complexe" proprement dit (qui, en l'occurrence, pourrait être représenté par les sills). L'environnement géotectonique, dans lequel le complexe ophiolitique s'est développé, a pu être mis en evidence grâce à des diagrammes de discrimination géochimiques; il s'agirait d'un petit bassin, engendré dans une faille transformante, de type golfe de Californie. D'autre part, ces ophiolites et leurs sédiments associés ont subi une histoire métamorphique complexe qui a pu être retracée, grâce à une étude pétrographique détaillée et à l'analyse par microsonde des minéraux clés, selon le scénario suivant: Lors de la mise en place des sills se produit un métamorphisme de contact, à caractère thermique et hydrothermal, qui a eu lieu aux contacts sills - sédiments encaissants; il a principalement engendré des roches porcelanées, les adinoles. Un métamorphisme de fond océanique a suivi probablement peu après, occasionnant une remobilisation importante d'éléments volatils et produisant également, en certains secteurs, une spilitisation. Ensuite la zone du Versoyen a ete affectée par le métamorphisme régional alpin, à caractère polyphasé, représenté par 3 faciès; le premier, le faciès éclogitique (déjà mentionné lors d'études précédentes, mais considéré jusqu'alors comme "metamorphisme transporté"), a pu être défini comme s'étant développé in situ". La découverte de l'omphacite dans plusieurs secteurs du Versoyen et l'extension géographique de l'apparition de la jadéite notamment, permettent de cerner les conditions P-T qui ont permis la cristallisation des paragenèses éclogitiques; elles se situent entre 7 et 16 kbars, et 300 et 600* C. Un contexte géodynamique inédit est envisagé, soit une zone de subduction avec, conjointement, des phénomènes de surpression, engendrées par un chevauchement,tectonique majeur. Les faciès métamorphiques qui ont suivi sont : le facies schistes bleus, cristallisant, lui aussi, dans des conditions de P-T relativement extrêmes, et le faciès schistes verts, nettement rétrograde. Une approche géochronologique a été tentée, par l'isochrone, calculée pour les glaucophanes, métamorphisme paroxysmal (HP-BT) à 65 ± 16 M.a. ,

L'aquifère du Trarza s'étend sur environ 40 000 km2 dans le sud-ouest mauritanien, entre le fleuve Sénégal au sud, l'Océan Atlantique à l'ouest et les formations métamorphiques de la chaîne des Mauritanides au nord et à l'est ; il est contenu dans les sédiments du Continental Terminal et du Quaternaire. L'objectif de cette thèse est d'étudier avec une double approche géochimique (ions majeurs, 18O, 2H, 14C, 13 C) et hydrodynamique les processus de recharge de la nappe en réponse aux changements environnementaux. Les campagnes de terrain menées entre 2010 et 2012 ont significativement complété les rares mesures anciennes. Le niveau de la nappe ne semble pas avoir connu d'évolution significative durant les cinquante dernières années malgré un pompage localement important. L'écoulement général des eaux souterraines de la nappe se produit du sud vers le nord, c'est-à-dire du fleuve Sénégal vers la dépression au nord de Boutilimit où la nappe est à plus de 30 m sous le niveau de la mer. Le croisement des approches hydrodynamique et géochimique a montré que, dans cette zone semi-aride, la dynamique de la nappe est influencée par les multiples changements actuels et anciens de l'environnement (depuis les transgressions quaternaires et les paléotracés du fleuve jusqu'aux différents barrages régulant le cours du fleuve Sénégal). La nappe est principalement alimentée par l'infiltration latérale des eaux de surface du fleuve Sénégal et dans une moindre proportion par les précipitations. La minéralisation des eaux souterraines reste largement influencée par les résidus des transgressions quaternaires. L'évaporation marque fortement les eaux de surface avant et durant leur infiltration. Des calculs encore très préliminaires faits par différentes méthodes indépendantes suggèrent une recharge annuelle inférieure ou égale à 5 % des précipitations, soit de 5 à 10 mm.

Le diagnostic du SAGE Loire au niveau de la plaine du Forez (42) relate une dégradation du potentiel hydrogéologique et une pollution des nappes superficielles par les nitrates et les pesticides. Ces problèmes nécessitent une gestion durable et équilibrée de la ressource en eau. Une partie de la demande en eau est assurée par la ressource souterraine. Les eaux souterraines exploitées sont : les eaux des formations alluviales superficielles pour l'irrigation et l'AEP ; et les eaux minérales des niveaux aquifères profonds du bassin sédimentaire sous-jacents aux alluvions pour le thermalisme et de mise en bouteille.La synthèse des connaissances disponibles a révélé des insuffisances dans la description des aquifères superficiels. En effet, elles ne permettent pas d'appréhender comment fluctue la ressource dans le temps et ne prennent pas en compte l'origine de la recharge des aquifères superficiels. Ainsi, le travail de thèse se focalise sur ces deux points particuliers :- l'identification du fonctionnement transitoire des aquifères est abordée par caractérisation physique des écoulements s'appuyant sur l'analyse de 4 points de suivi piézométrique permanent et la modélisation numérique des écoulements permettant de reproduire les fluctuations piézométriques observées.- l'origine de la recharge des aquifères alluviaux est abordée par caractérisation géochimique des écoulements (analyses en ions majeurs et isotopes δ180, δ2H, δ13C et A14C). Cette approche a mis en évidence des apports d'eaux profondes alimentant localement les aquifères superficiels.La méthodologie proposée, couplée physique et géochimie, permet de mieux préciser la vulnérabilité des aquifères investigués, en vue d'une meilleure gestion future.

Dans cette recherche notre effort s'est essentiellement porté sur les divers problèmes concernant les roches éruptives (pétrographie, dynamisme des émissions volcaniques, géochimie), mais sans oublier les autres phénomènes géologiques, car ils ne peuvent pas évidemment être séparés les uns les autres. Dans la première partie une étude assez détaillée de la stratigraphie, nous permet non seulement de préciser la succession des formations sédimentaires et volcaniques, depuis le Permien jusqu'au Quaternaire, mais aussi d'esquisser les conditions paléogéographiques de notre région qui sont très importantes pour la compréhension du dynamisme des éruptions volcaniques. En particulier, nous avons pu dater et individualiser les différentes phases volcaniques avec certitude, grâce aux déterminations paléontologiques des niveaux fossilifères interstratifiés. Dans la deuxième partie (pétrographie et dynamisme des éruptions volcaniques), nous avons essayé de montrer la variété des constituants de chaque phase volcanique et d'interpréter leurs modes de mise en place. La troisième partie (plutonisme et métamorphisme) est consacrée à l'étude des massifs plutoniques et aux métamorphismes subis parfois par les roches volcaniques et intrusives.

De récentes études ont démontré que plus de 1300 km² du fond du chenal laurentien sont baignés par des eaux dont les concentrations d'oxygène dissous sont en deçà de 62.5 µM ou 2 mg/l, correspondant au seuil qui définit l'hypoxie. Une des causes possibles du développement de l'hypoxie serait l'eutrophisation des eaux de surface liée à l'augmentation de l'activité agricole et industrielle dans les Basses-Terres du Saint-Laurent. Les apports accrus en nitrates rendraient compte d'une productivité primaire et d'un flux de carbone organique croissant. La dégradation de cette matière organique exportée dans les eaux profondes pourrait contribuer à l'appauvrissement progressif de celles-ci en O₂ dissous. Dans ce contexte, nous avons analysé les sédiments de deux carottes récoltées le long du chenal laurentien entre Tadoussac et Les Méchins afin de retracer les variations de productivité depuis le dernier siècle et ainsi, de vérifier si ceux-ci révèlent des indices d'une eutrophisation. Les résultats obtenus (carotte boîte AH00-2220; 48°38,33'N, 68°37,82'W; 324m et CR02-23; 48°42.008'N/68°38.894'W; 345m) révèlent une augmentation récente (après 1960 AD) du δ¹³ Corg que nous interprétons comme une augmentation des apports de matière organique marine. De la même façon et sur le même intervalle de temps, la concentration des kystes de dinoflagellés augmente, tout comme leurs flux, ce qui pourrait refléter un accroissement de la productivité primaire. Nous notons aussi une tendance semblable dans la concentration et du flux de réseaux organiques de foraminifères qui reflète probablement un accroissement de la productivité benthique liée à l'augmentation du flux de matière organique aux sédiments. Les concentrations et les flux de tests de foraminifères benthiques sont caractérisés par la même tendance d'augmentation récente. Nous notons aussi l'apparition et l'augmentation progressive de la présence des taxons Brizalina subaneriensis et Bulimina exilis entre les années 1960 et 1970. Ces taxons se singularisent par leur forte tolérance aux faibles concentrations d'oxygène et aux flux de carbone élevés. Les résultats obtenus dans cette étude appuient l'hypothèse d'une augmentation des flux sédimentaires de matière organique marine associés à une augmentation de la productivité primaire dans cette partie de l'estuaire du St-Laurent. Cette augmentation de productivité pourrait bien être un facteur important dans la diminution récente des teneurs en oxygène dissous, il est donc important d'explorer plus en détail cette hypothèse afin de mieux connaître les mécanismes en cours dans l'estuaire du St-Laurent et leur relation avec l'hypoxie récente des eaux de fond. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Hypoxie, Eutrophication, Foraminifères, Géochimie, Saint-Laurent.

Les Basses-Terres du Saint-Laurent renferment des saumures ayant des salinités équivalentes à 10 fois la salinité de l'eau de mer. Ces saumures, trouvées dans les unités cambro-ordoviciennes du Potsdam, Beekmantown, Chazy, Black River et Trenton, sont parfois associées à des accumulations de gaz naturel. Junex Inc. possède plusieurs puits dans la région de Bécancour où l'on retrouve ces saumures et accumulations de gaz naturel. On développa donc, en partenariat avec la société Junex, un projet permettant de caractériser les saumures en y analysant les concentrations et les rapports isotopiques en gaz rares. L'objectif initial de ce projet était de déterminer la provenance de ces saumures, d'évaluer un temps de résidence et de contraindre un âge de migration, s'il y avait lieu. Les analyses en ions majeurs (Ca, Na et CI) et isotopiques (δ¹⁸O, δD et ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) indiquent que les saumures ont probablement interagi pendant un certain temps avec une roche silicatée, impliquant que les saumures auraient migré verticalement du socle ou du grès de base à leur position stratigraphique actuelle. Afin de mieux caractériser l'origine des saumures, on échantillonna du gaz provenant de 8 puits appartenant à la société Junex Inc. Ces échantillons furent analysés au laboratoire de gaz rares de l'Université du Michigan pour les divers isotopes d'hélium, néon, argon, krypton et xénon. Les résultats des isotopes de ceux-ci présentent une signature mantellique diluée par une production radiogénique et une contamination atmosphérique. Les relations entre les principaux isotopes radiogéniques (⁴He, ²¹Ne* et ⁴⁰Ar*) suggèrent que ceux-ci sont tous présents et produits dans la roche. On peut donc déduire que le signal mantellique provient d'une source avec un rapport ²¹Ne/²²Ne plus faible que celui des MORB (0.075) et implique donc la présence d'une source plus profonde. On s'est inspiré du modèle de Torgersen pour produire un modèle de vieillissement du signal mantellique. En testant un signal mantellique initial provenant des Montérégiennes, soit une source de type HIMU, on obtient des âges correspondants, soit entre 66 Ma et 250 Ma. Puisque le modèle est concordant, on peut affirmer que les Montérégiennes sont la source la plus plausible pour le signal mantellique observé. On peut aussi statuer que les saumures et les gaz rares mantelliques observés ont probablement une origine commune. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Géochimie des gaz rares, Saumures, Gaz naturel, Bécancour, Intrusions Montérégiennes.

La rivière Noire est un sous-bassin de la rivière Yamaska. Elle est située dans la zone de transition entre deux formations géologiques principales du Québec, soit les Basses-Terres du Saint-Laurent et les montagnes appalachiennes. Dans ce secteur les dépôts meubles sont discontinus et d'étendue limitée; le socle rocheux est très fracturé et hétérogène. Cette région rurale fortement exploitée par l'agriculture intensive et l'industrie porcine présente un fort potentiel de contamination d'origine agricole de l'eau souterraine. Un échantillonnage d'eau souterraine effectué sur l'ensemble du bassin a permis de quantifier les paramètres physico-chimiques de l'eau, les principaux ions, incluant les teneurs en nitrates, ainsi que les contenus en ¹⁸O et deutérium. Ces données sont des indicateurs utiles pour identifier les types d'eau et pour établir des relations entrée-sortie sur l'aquifère. Ces informations, combinées aux données géologiques et à la carte piézométrique, permettent d'identifier des sous-secteurs dans les directions d'écoulement souterrain. Le modèle Modflow a été utilisé pour simuler les scénarios de géologie et de recharge du bassin et ainsi tester la pertinence des directions d'écoulement identifiées précédemment. Ainsi, la rivière Noire et certains de ses tributaires majeurs ont été identifiés comme étant des drains importants de l'aquifère. L'étude du bassin a montré que la direction régionale de l'écoulement de l'eau souterraine est orientée vers le nord-ouest et est principalement régie par la topographie et les propriétés du roc. L'aquifère est vulnérable puisqu'il est de nature libre. D'ailleurs, 31 % des puits échantillonnés présentent des concentrations en nitrates supérieures à 1,0 mg N-NO₃/l probablement d'origine anthropique. La complémentarité des approches utilisées dans le cadre de ce projet a été concluante en ce qui a trait à la caractérisation des écoulements souterrains sur un bassin régional. La modélisation représente adéquatement les caractéristiques du bassin mises en évidence par la caractérisation hydrogéologique et la géochimie. Une meilleure compréhension de la circulation des eaux souterraines sur le bassin versant de la rivière Noire aidera à délimiter les zones les plus vulnérables du bassin, ce qui permettra de réduire le potentiel de contamination de cet aquifère. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Hydrogéologie, Géochimie, Piézométrie, Modélisation, Modflow.

L'étude des paramètres hydrodynamiques et de la charge piézométrique des aquifères ne suffit pas pour appréhender le fonctionnement hydrogéologique des grands bassins sédimentaires. Il est nécessaire de tenir compte de l'ensemble des couches et de leurs comportements hydrogéologiques sur le long terme. Ces systèmes sont en effet trop souvent analysés sur le court terme avec l'hypothèse que le régime hydrodynamique était stabilisé avant l'exploitation humaine. C'est donc sous une vision nouvelle que la compréhension de l'aquifère des Sables Infra-Molassiques, et plus globalement du système multicouche sud-aquitain, est abordée avec comme objectif son intégration dans un modèle hydrodynamique.<br />L'interprétation des données isotopiques et géochimiques a montré que seuls des transferts verticaux en complément ou non à un écoulement horizontal étaient à même d'expliquer les résultats des analyses et a permis d'exposer l'idée d'une phase de recharge importante à la fin du Pléistocène. La reconstitution du paléoclimat local a été entreprise afin de proposer un scénario des périodes potentielles de recharge du système aquifère sud-aquitain sur les 40000 dernières années. L'ensemble de ces résultats a révélé l'instabilité des conditions d'alimentation de ce multicouche et donc son état transitoire.<br />Une analyse majeure des caractéristiques géologiques, hydrogéologiques et géothermiques a été engagée et les données mises en cohérence afin de proposer un modèle couplé hydrodynamique et thermique 3D permettant d'étudier l'évolution récente mais également de longue durée. Comportant onze couches, l'extension du modèle est d'environ 32000 km². L'ajustement dans le modèle des données de température a été réalisé. Le calage en transitoire court d'exploitation avec les prélèvements et l'activité de deux stockages de gaz a été effectué. La simulation des variations eustatiques sur les derniers 100000 ans a montré la faible influence de celles-ci sur la nappe des Sables Infra-Molassiques. La simulation des variations de recharge liées aux fluctuations paléoclimatiques sur 40000 ans, objectif final de ce travail, a été exécutée et a permis d'établir trois principaux axes d'écoulement en cohérence avec les contraintes géochimiques. L'importance des transferts verticaux et horizontaux a pu être approchée à l'aide de bilans de flux. Enfin, la baisse piézométrique actuellement observée serait la conséquence des prélèvements de ces trente dernières années et, dans une moindre mesure, de la vidange naturelle du système amorcé il y a 150 ans, suite à une recharge importante au cours du Petit Âge Glaciaire.<br />Ce travail a mis en exergue l'existence d'échanges entre les différentes couches (aquifères et formations peu perméables), la recharge par drainance verticale importante dans certains secteurs ainsi que le régime transitoire sur plusieurs centaines voire milliers d'années avec un caractère continu. Au final, la compréhension de ce type de multicouche d'extension régionale nécessite de se détacher de la vision commune d'un fonctionnement qui n'aurait débuté qu'avec l'exploitation anthropique sur un système hydrodynamiquement stabilisé.

La première partie de cette étude concerne la distribution de Nb et Ta à l'échelle microscopique dans les roches mantelliques. On a mesuré à la microsonde électronique leurs concentrations dans des microphases titanifères (rutile), afin d'étudier le rôle de ces phases dans le fractionnement des deux éléments.<br />La seconde partie concerne la distribution de Nb et Ta dans les différentes enveloppes terrestres. A partir d'analyses en roche totale par ICP-MS, on a étudié les variations des rapports Nb/Ta, Nb/Th et Ta/La dans les grands réservoirs géochimiques représentant la Terre Silicatée. La plupart ont un rapport Nb/Ta moyen infrachondritique (< 17,5). Seule la couche lithosphérique située à l'interface croûte-manteau se distingue par des rapports Nb/Ta suprachondritiques, attribués à la migration de faibles fractions de liquides enrichis en volatiles. Cependant, cette couche, peu épaisse et faiblement concentrée en Nb et Ta, ne peut contrebalancer les valeurs infrachondritiques des autres réservoirs.<br />Trois raisons nous conduisent à réfuter l'hypothèse d'un réservoir à Nb/Ta élevé « caché » dans le manteau convectif et alimenté par les zones de subduction, proposée pour contrebalancer ces valeurs infrachondritiques: (1) la valeur moyenne de Nb/Ta dans les arcs n'est pas significativement inférieure à celle des basaltes océaniques, (2) les valeurs faibles de Nb/Ta dans la croûte continentale ne sont pas un héritage de la subduction mais l'aboutissement de la différenciation intracrustale et (3) l'étude des basaltes océaniques n'a pas révélé de composant mantellique à Nb/Ta élevé dans leur source.<br />Finalement, l'inversion des données de Nb, Ta, Th et La à l'échelle de la planète montre qu'une incorporation de Nb dans le noyau peut expliquer le rapport infrachondritique de la Terre Silicatée. Les résultats fournissent une estimation du coefficient de partage de Nb entre noyau et manteau primitif de 0,25 ± 0.08, en accord avec les données expérimentales récentes.