Cette étude vise à caractériser la composition chimique d’enclaves de pyroxénites échantillonnées par le volcanisme cénozoïque intraplaque de la province volcanique de Azrou Timahdite dans le Moyen Atlas marocain afin de préciser leur origine et leur signification dans le cadre de l’évolution géodynamique du manteau sous l’Afrique du Nord. Les interprétations sont basées sur une étude pétrologique et sur des données géochimiques à l’échelle de la roche totale et du minéral. Les données sont utilisées dans le cadre du débat récurrent pour savoir si les pyroxénites représentent d’anciens événements magmatiques ou sont des fragments de croûte océanique recyclés dans le manteau lithosphérique. Les données géochimiques montrent que les pyroxénites du Moyen Atlas ont été formées par différents processus : 1 - recyclage de croûte océanique dans le manteau lithosphérique; 2 – réactions entre un magma et des roches basiques anciennes ; 3 – cristallisation dans le manteau à partir d’un magma enrichi. L’origine et l’âge des pyroxénites formées par recyclage de la croûte océanique ou par réaction entre un magma et des roches plus anciennes sont difficile à interpréter dans le cadre de l’évolution géodynamique de cette région. Par analogie avec les massifs de Ronda et de Beni Bousera, ces pyroxénites pourraient représenter d’anciennes roches basiques isolées depuis très longtemps dans le manteau lithosphérique sous-Continental. Ces fragments de croûte océanique et certaines signatures crustales peuvent être reliés à des processus de subduction pan-Africains. Dans ce cas, ces pyroxénites ont gardé leur signature géochimique intacte, sans modification significative au cours du temps. / The Ph.D. study is aimed at characterising the composition of pyroxenite xenoliths brought to the surface by Cenozoic intraplate volcanism in the Azrou Timahdite district of Middle Atlas (Morocco) to unravel their origin and significance in the frame of the geodynamic evolution of the North Africa lithospheric mantle. The interpretations are based on a petrological approach and on reliable geochemical information at both bulk rock and mineral scale. The data are used to address a largely debated and crucial issue, namely whether pyroxenites do represent ancient magmatic events or section of subducted crust recycled into the lithospheric mantle. The geochemical data revealed that the Middle Atlas pyroxenites formed through different processes: 1 – recycling of older oceanic crust in the lithospheric mantle; 2 – reactions between mantle melt and older mafic layers; 3 – magmatic crystallization from enriched melts at mantle depth. In an overall geodynamic scenario, the origin and age of the pyroxenites interpreted as fragments of recycled oceanic crust and as products of melt-Rock interaction processes are not completely understood. By analogy with Ronda and Beni Bousera these pyroxenites could represent old mafic rocks that have been isolated in the subcontinental lithospheric mantle for very long time spans. The fragments of oceanic material and the crustal components recorded by pyroxenites may be tentatively related to subduction processes occurred during Pan-African times. If so, these pyroxenites maintained for long time their pristine geochemical signatures without marked changes.

Ce travail explore la possibilité de passer d'un couple de modèles développés pour de petits bassin versant, à un modèle capable de simuler un bassin de plus grande superficie (« upscaling »). Il étudie en parallèle l'adaptation du couple de modèles ASPECTS / WiTCh à deux petits bassins versants à la géologie contrastée et le comportement hydrochimique du bassin supérieur de la Moselle. Le premier volet de ce travail est l'étude du couple de modèle ASPECTS / WiTCh et des adaptations à y faire pour pouvoir l'utiliser sur des sites contrastés des Vosges. Le premier site est situé sur les grès, le deuxième sur la partie granitique du massif. Le modèle s'est révélé capable de reproduire les débits journaliers ainsi que les concentrations moyennes observées dans les ruisseaux sur les deux sites, sauf pour quelques éléments sur granite. On a pu montrer que les variations saisonnières d'acidité de la rivière étaient très dépendantes du cycle de l'azote dans le modèle. Le second volet est l'étude des variations saisonnières de la composition chimique et isotopique de l'eau de la Moselle à un pas de temps de 2 semaines. Les valeurs enregistrées le long de la rivière confirment qu'il s'agit d'un mélange entre deux pôles chimiques et montrent que ses variations saisonnières sont principalement liées au débit. On pourrait modéliser le bassin par un modèle à deux couches, l'une profonde correspondant à l'étiage, l'autre superficielle correspondant aux crues. Les analyses isotopiques permettent de préciser les contributions relatives de ces deux couches lors de la fonte des neiges, mais nécessiteraient des mesures très précises de l'eau de pluie pour être utilisées lors des crues / This work investigates the possibility of using a pair of numerical models scaled for small watersheds to model greater scale basins (upscaling). It deals with two complementary approaches: the adaptation of the ASPECTS / WiTCh model pair to two small watersheds displaying contrasted geology and the study of the global behavior of the upper Moselle river basin. The first part of this project is the study of the ASPECTS / WiTCh model pair behavior and the adaptations it needs to produce satisfying results for two contrasted watershed in the Vosges mountains. The first site is located on the sandstones part of the mountain while the other one is on the granitic part. The model proved capable of predicting the daily water flows as well as the average annual concentrations measured in the streams on both sites but for a few elements on the granitic one. Seasonal variation in stream water acidity has been shown to be heavily contingent on the nitrogen cycle model. The second part of this project studies seasonal variations in the chemical and isotopic composition in the Moselle river on a two-week basis. Samples collected along the river confirm that the water composition is the product of two chemical poles mixing in and indicate that seasonal variations are mainly due to changes in the water flow. The basin could be represented by a two-layer model, the lower one for the low water periods, the upper one for the floods. Isotopic analysis let us characterize the relative contribution of these two layers during snow-melt but more precise rainwater data are needed for these samples to be used with flood analysis

Ces travaux de thèse apportent de nouvelles contraintes sur la concentration et le comportement de l’H dans le manteau lithosphérique et reposent sur l’étude pétro-géochimique de trois séries de xénolites de péridotites à spinelle, associant les concentrations en élément majeurs et en traces y compris l’H dans les minéraux dits anhydres (les NAMs, ici, olivine, pyroxènes) et hydratés (amphibole). Les effets de la remontée des xénolites dans du magma hôte sur les concentrations en H des NAMs ont pu être étudiés sur une série de xénolites de péridotite du champ volcanique d’Eifel (Allemagne). Une variation intra cristalline de concentration en H peut être identifiée dans l’olivine et non dans les pyroxènes coexistant. Ces profils de concentration en H peuvent être utilisés pour estimer des vitesses de remontées des magmas. Dans le cas des volcans étudiés, ces vitesses sont estimées entre 3.5 et 12 m.s-1. Ces résultats suggèrent que les pyroxènes sont de meilleurs proxy que l’olivine pour quantifier la concentration mantellique de l’H. Les xénolites de Ray Pic (Massif Central, France) ont permis de discuter dans un contexte de point chaud, l’effet de la fusion partielle et du métasomatisme à grande échelle sur les concentrations en H des NAMs. Les concentrations en H des minéraux ne suggèrent pas de lien avec le métasomatisme subit, qu’il soit modal, cryptique, à rapport liquide/roche élevé ou faible. Cependant, en comparant les concentrations en H avec un marqueur de la fusion partielle (Yb du cpx), l’H semble avoir un comportement similaire à une MREE (e.g., Sm ; D(cpx/liquide)~0.29). Enfin, des xénolites composites associant une péridotite accolée à un agent métasomatique ont permis de cibler l’influence du métasomatisme de petite échelle (pluri-centimétrique). L’interaction magma roche identifiée sur une harzburgite en contact avec du basalte montre dans les cas des olivines, des variations chimiques couplé entre éléments majeurs en fonction de leur proximité au filon et les concentrations en H. Plus l’olivine se rééquilibre avec le liquide moins elle contient d’H. Parallèlement dans cette étude, trois échantillons présentent une lherzolite en contact avec une pyroxénite avec 14% d’amphibole, une clinopyroxénite avec 40 % d’amphibole et une amphibolite (98% d’amphibole). Cette contiguïté avec un filon métasomatique permet l’étude du comportement de l’H en contexte de percolation en bordure de filon. Chaque échantillon présente des concentrations en H homogènes pour chacune des phases minérales. Cependant plus les filons contiennent d’amphibole moins il y a d’H dans les NAMs. D’autre part, une nouvelle fois, la corrélation positive entre les concentrations en H des NAMs et le Sm(cpx) en tant que marqueur de métasomatisme suggère que l’H se comporte comme une MREE.En conclusion, les minéraux des spl-harzburgites contiennent en moyenne un peu plus d’H que ceux des spl-lherzolites. Les concentrations en H des olivines sont sensibles à la dévolatilisation lors de la remontée dans le système magmatique et le rééquilibrage avec le magma. Au contraire, les concentrations en H des pyroxènes, spécialement l’opx, sont très homogènes suggérant des concentrations mantelliques. Le comportement de l’H lors de la fusion partielle et du métasomatisme reste complexe ; nos données suggèrent que l’H suit les MREE tel que le Sm. / This thesis provides new constrains on H concentrations and H behaviour in the lithospheric mantle and is based on a petro-geochemical study on 3 spinel-peridotite xenoliths series with major and traces elements analyses, including H in nominally anhydrous minerals (NAMs, olivine and pyroxenes) as well as hydrous minerals (amphibole).Ascent effects through a magmatic system on H concentration of NAMs are studied for a xenoliths series from the Eifel volcanic field (Germany). Intracrystalline variation in H concentration are observe in olivine but not in the coexisting pyroxenes. Such H concentration profiles are used to calculate the rate of magma ascent. For the studied volcanoes, the calculated rate of magma ascent is between 3.5 and 12 m.s-1. Such H concentration variations imply a devolatilisation affecting only olivine, whereas the pyroxenes are homogeneous and then can be used as a better proxy for mantle H concentrations.Ray Pic xenoliths (French Massif Central) belongs to a mantle plume setting, implying the possibility to assess the effect of partial melting and large scale metasomatism on H concentration of NAMs. The H concentrations determined do not suggest a strong link with the suffered metasomatism whether modal, cryptic, at low or high melt rock ratio. However, using H concentrations and a marker of the partial melting (Yb in cpx), H seems to behave as a MREE (e.g., Sm, D(cpx/melt) ~ 0.29).Finally, the composite xenoliths with a peridotite adjacent to a metasomatic agent allow to target the influence of small scale metasomatism (pluri-centimetric). A magma-rock interaction between a harzburgite and a basaltic patch shows that, for olivines, chemical variations in major element as a function of olivine proximity to the vein, is coupled to H concentrations of NAMs. More the olivines are close to equilibrium with the basalt, more the H concentrations are low. Alongside in this study, three samples consist of a lherzolite adjacent a pyroxenite (14% amphibole), to a clinopyroxenite (40% amphibole) and to an amphibolite (98% amphibole) respectively. This special relationship with a metasomatic vein allows to study the behaviour of H during wall rock percolation. Each sample display homogeneous H concentration within each NAMs. However, H concentration is inversely correlated to modal content in amphiboles in the peridotite. Furthermore, a positive correlation between H in NAMs and Sm(cpx) here as a marker of metasomatism suggests, again, that H behaves as a MREE.To conclude, minerals from harzburgite contain in average a bit more H than the one in lherzolite. The H concentration in olivine are sensitive to degassing during magma ascent toward the surface and reequilibrium with magma. On the contrary, H concentration in pyroxenes, especially opx, are very homogeneous suggesting mantle concentration. The behaviour of H during partial melting and metasomatism is complex. However, our data suggest that H broadly follows MREE.

Cette thèse présente une quantification du CO2 dans le manteau lithosphérique Pannonien par l'étude de xénolites de péridotites remontées par le volcanisme alcalin de la Bakony, au nord du lac Balaton. Les études texturales et compositionnelles de xénolites ont mis en évidence un métasomatisme polyphasé du manteau lithosphérique. Le dernier épisode métasomatique résulte de la percolation de liquides silicatés de type adakite, issus de la fusion d'une lithosphère subductée. Lors du métasomatisme, ces fluides primaires ont réagi avec des amphiboles métasomatiques, pour former les magmas parents de la suite calco-alcaline observée à la surface du bassin. Le bilan CO2 de ces magmas et du manteau sous Pannonien a été contraint par une approche innovante couplant : (1) de la microtomographie au rayonnement synchrotron, (2) des mesures NanoSIMS, Raman et microthermométriques, et (3) des modélisations thermodynamiques. Les concentrations en CO2 des fluides primaires ont été quantifiées entre 9.0 et 25.4 wt. %, validant ainsi une source riche en fluides. Des teneurs de ~2000 ppm de CO2 ont été estimées comme représentatives du manteau lithosphérique Pannonien. Cet important réservoir lithosphérique de CO2 est probablement drainé par le système tectonique décrochant de la Mid Hungarian Zone, entrainant l'omniprésence de CO2 mantellique dans le Bassin pannonien. / This work presents a quantitative investigation of the CO2 in the lithospheric mantle by the study of peridotite xenoliths brought up to the surface by alkaline volcanism in the Pannonian Basin (Central Europe). Textural and geochemical studies of mantle xenoliths highlight a polyphased metasomatism of the lithospheric mantle. The last metasomatic event is related to the percolation of silicate melts of adakite-like compositions, originated from slab melting. During metasomatism, primary fluids reacted with metasomatic amphiboles to form parental melts of the calc-alkaline series observed at the surface of the Pannonian Basin. The CO2 budget of adakite-like magmas and of the mantle below the Pannonian Basin was then constrained by an innovative approach on mantle xenoliths using (1) synchrotron X-ray microtomography, (2) NanoSIMS, Raman spectroscopy and microthermometry, and (3) thermodynamic models. The CO2 concentrations in adakite-like melts were estimated between 9.0 and 25.4 wt. %, in agreement with a fluid-rich source. CO2 concentrations of ~2000 ppm were determined as representative of the Pannonian lithospheric mantle. This significant CO2 lithospheric reservoir is probably tapped by the major shear zone of the Mid Hungarian Zone, resulting in the omnipresence of mantle CO2 in the Pannonian basin.

Le gisement nickélifère latéritique de Nouvelle-Calédonie, développé au toit de la Nappe des Péridotites, représente près de 20% des ressources mondiales en nickel. Afin de mieux comprendre la formation de ce gisement, notre étude, portant sur le massif de Koniambo, se singularise par la volonté de ne pas se focaliser uniquement sur la zone minéralisée. L’approche employée a combiné : i) l’analyse de la déformation interne de l’ensemble du massif, ii) la caractérisation isotopique de deux sous-produits supposés de l’altération supergène que ont les veines de quartz et les veines de magnésite, iii) la modélisation 3D du gisement nickélifère, basée sur les données de plus de 6000 forages de subsurface et sur l’étude d’affleurements ponctuels au sein de la zone minéralisée. L’évolution spatiale et temporelle de la déformation associée à la serpentinisation est décrite au travers des ~800 m d’épaisseur structurale du massif de Koniambo. La partie supérieure du massif, très fracturée, préserve la marque d’au moins deux événements précoces de déformation. Le premier est associé au réseau de failles à antigorite et le second au réseau de failles à serpentine polygonale. La semelle serpentineuse, épaisse de ~200 m, est constituée de brèches et mylonites et enregistre un cisaillement tangentiel diffus associé à la serpentine polygonale et à la magnésite. La semelle représente ainsi un niveau de décollement majeur en base de nappe. Entre la semelle et le haut du massif, un niveau intermédiaire est identifié, caractérisé par la présence de zones de cisaillement plurimétriques probablement connectées à la semelle. La caractérisation 3D de la distribution du nickelau sein du niveau saprolitique, à l’échelle du gisement comme à l’échelle de l’affleurement, permetde mettre en évidence l’existence de processus impliquant une redistribution non pas seulement verticale, comme il est classiquement admis, mais aussi latérale, mécanique ou associée à des fluides, à l’origine d’importants enrichissements locaux. L’analyse isotopique des veines de quartz associées au minerai garniéritique met en évidence les conditions d’hydrothermalisme de basse température associées à leur formation. La caractérisation structurale et isotopique (couplage ''isotopes stables'' et ''clumped isotope thermometry'') des veines de magnésite situées dans la semelle serpentineuse permet de documenter leur caractère syn-tectonique et la nature météorique et de basse température du fluide dont elles sont issues. Ceci nous amène à proposer que la tectonique active a pu faciliter l’infiltration de l’eau météorique impliquée dans le processus de latérisation depuis le sommet jusqu’à la base de la nappe. / The New Caledonia nickel laterite ore deposit, developed at the top of the Peridotite Nappe, hosts about 20% of the nickel resources worldwide. In order to better understand the formation of this eposit, our study, focusing on the Koniambo Massif, is not restricted to the ore zone but concerned with the whole peridotite pile. Our approach combined: i) the analysis of the internal deformation of the massif, ii) the isotopic characterization of quartz and magnesite veins which are suspected to represent by-products of the laterization process, iii) the 3D modelling of the lateritenickel ore deposit, based on a dataset of ~6000 subsurface boreholes and the study of some outcrops located into the mineralized area. The spatial and temporal evolution of the deformation associated with serpentinization is described across the ~800 m-thick rock pile of the Koniambo Massif. The upper part of the massif is densely faulted and preserves the record of two early deformation events. The first one is associated with synantigorite faults and the second one with syn-polygonal serpentine faults. The ~200m-thick serpentine sole is composed of breccias and mylonites and records pervasive tangential shearing associated with polygonal serpentine and magnesite. Thus, the serpentine sole represents a major décollement at the base of the nappe. Between the sole and the upper part of the massif, anintermediate structural level is identified, characterized by the presence of plurimetric shear zones that probably merge with the sole.The 3D characterization of the nickel distribution in the saprolite level, at both deposit and outcrop scales, gives evidence for processes implying not only vertical (as commonly assumed) but also lateral nickel redistribution. This lateral transport ismechanical or associated with fluids and leads to significant local enrichments. The isotopic characterization of the quartz veins associated with garnieritic ore shows that they formed under low temperature hydrothermal conditions. The structural and isotopic (coupling “stable isotope” and “clumped isotope thermometry”) characterization of the magnesite veins located at the serpentine sole shows that they are syn-tectonic and derived from low temperature meteoric water. As a result, we propose that active tectonics has enhanced the infiltration of the meteoric waters involved in the laterization process down to the base of the nappe.

Les régions de socle cristallin, pourtant largement représentées à l'échelle mondiale, sont réputées pour leurs modestes ressources en eaux souterraines. La valorisation des eaux souterraines dans les régions de socle est majoritairement limitée aux formations altérées et fissurées de sub-surface. Cependant, ces ressources sont souvent négligées au profit des eaux de surface en raison de leurs faibles débits d'exploitation et de leurs vulnérabilités aux polluants anthropiques. De récentes études de prospection et de recherche ont révélé la présence de ressources souterraines importantes, au delà des horizons superficiels classiquement exploités. Cependant peu d'informations spécifiques à ces ressources profondes sont disponibles, notamment concernant la structure des systèmes aquifères et leurs particularités hydrogéologiques. Par cette étude nous mettons clairement en évidence la présence de ressources en eau conséquentes dans le socle cristallin profond du Massif Armoricain. Ces ressources sont associées à des systèmes de failles assurant des capacités de drainage des réservoirs de stockage connectés. Les réservoirs de stockage superficiels et bordiers assurent l'alimentation en eau du réseau de fracture principal. Cette capacité de drainage est dépendante de la géométrie du plan de faille perméable. Les failles sub-horizontales sont les structures les plus efficaces dans cette fonction. Le stockage dans les formations bordières au système de faille apparaît déterminant pour assurer un débit d'exploitation conséquent. Cette étude permet d'établir une conceptualisation générale de ces systèmes de faille, tant d'un point de vue hydrodynamique que géochimique, et apporte des pistes de réflexions pour la gestion et la protection de telles ressources en eau. / Crystalline basement regions, although largely represented at continental scale, are characterized by a low groundwater resources availability. Groundwater in crystalline areas appear to be mostly limited to weathered and fractured reservoirs at sub-surface depths. But these resources are often disregarded in favor of surface water because of low yields and their vulnerability to anthropogenic contaminants. Recent specific studies have revealed the presence of significant groundwater resources beyond the superficial reservoirs traditionally exploited. However, only few specific information is available concerning these type of resources, especially concerning their structural aquifer morphology and their hydrogeological properties. This study demonstrates the presence of substantial groundwater resources in the Armorican Massif crystalline basement. These resources are associated to fault systems providing drainage capacity of connected reservoir storage. Water supply of the main permeable fault domain during pumping is ensured by sub-surface and burdened reservoir storage. The drainage capacity is dependent on the geometry of the main permeable fault. Sub-horizontal faults are the most efficient structures to warrant this function. Storage in burdened formations of the fault system appears to ensure high groundwater yield. This study establishes hydrodynamic and geochemical conceptualization of a fault system, and provides thinking points in term of management and protection to ensure groundwater resources availability.

Les cherts archéens permettent de contraindre les environnements primitifs qui ont vu l’apparition de la vie sur Terre. Ces roches siliceuses se forment selon trois processus : les C-cherts (cherts primaires) se forment par précipitation chimique de silice océanique sur le plancher, sous la forme d’une boue siliceuse ou en tant que ciment dans les sédiments de surface; les F-cherts (cherts de fracture) précipitent dans les fractures de la crôute depuis les fluides circulant; les S-cherts (cherts secondaires) sont issus de la silicification de roches préexistantes lors de la percolation de fluides enrichis en silice. Ces processus sont largement acceptés mais des questions majeures subsistent : comment reconnaître ces différents types de chert ? Quelle est l’origine de la silice et sous quelle forme a-t-elle précipité ? Quel signal chimique est porté par les cherts et comment s’en servir pour les reconstructions paléo-environnementales ? Ces questions sont abordées à travers trois sites de la ceinture de roches vertes de Barberton, en Afrique du Sud. L’approche adoptée combine l’analyse des structures sédimentaires et de déformation, de la pétrologie et de la composition chimique et isotopique de ces unités. Dans ces sites, la formation des cherts est étroitement liée à l’environnement de mise en place. La sédimentation clastique (turbidites) est à l’origine des C-cherts de Komati River, déposés sous la forme d’une boue siliceuse par adsorption de silice sur les particules argileuses en suspension. En absence de contribution continentale, les alternances de cherts noirs et blancs de Buck Reef sont interprétées comme issues de variations climatiques à l’échelle saisonnières (chert noir), voire glaciaires/inter-glaciaires (chert blanc). Les cherts de fracture de Barite Valley sont liés à la précipitation de silice depuis une suspension colloïdale thixotrope remontant à travers la croûte. La composition chimique des cherts est contrôlée par leur environnement de mise en place, et représente un mélange entre une phase siliceuse et une phase contaminante, indépendamment des processus qui ont précipité la silice. Les cherts de Komati River et de Barite Valley sont enrichis en Al, K, Ti, HFSE et en REE, ce qui est attribué à la contamination de la matrice siliceuse par la présence de phyllosilicate. Une telle contribution clastique peut expliquer les larges gammes de δ30Si dans les cherts de Komati River (-0.69‰à +3.89‰), et la majorité des valeurs positives est probablement liée à la contribution de l’eau de mer. Dans les dykes de Barite Valley, les δ30Si très négatifs (-4.5‰ à +0.22‰) sont cohérents avec l’origine hydrothermale basse température des fluides initiaux. A Buck Reef, l’absence de contribution continentale s’exprime dans les cherts blancs par une minéralogie exclusivement microquartzitique et par des concentrations extrêmement faibles en éléments traces (i.e. ΣHFSE et ΣREE<1ppm). 2% de carbonates et 3-4% de matériel continental (e.g. argiles) suffisent à masquer le signal siliceux dans ces cherts purs. Nous ne pouvons conclure sur la présence d’un signal océanique dans ces cherts par manque de fiabilité des proxys océaniques modernes (appauvrissement en LREE, enrichissement en La et Y). Reconnus à la fois dans des quartz océaniques, hydrothermaux, magmatiques et pegmatitiques, ils ne permettent pas d’identifier un signal d’eau de mer dans les cherts archéens. Les δ 18O de ces cherts indiquent la présence de circulations fluides secondaires à moins de 100°C, et leurs δ 30Si négatifs ou positifs (-2.23‰ et +1.13‰ en moyenne) montrent la contribution de fluides différents au moment de leur formation. Le couplage des observations pétrologiques et de terrain est la seule approche fiable pour reconnaître le mode de mise en place des cherts. Leur composition chimique dépend plus des conditions environnementales que des caractéristiques du fluide initial. / Archean cherts potentially constrain the primitive environment in which life emerged and evolved. These siliceous rocks formed by three processes : C-cherts (primary cherts) formed by the chemical precipitation of oceanic silica, either as a siliceous ooze (or silica gel) on the seabed, or as cement within still soft sediments at the surface ; F-cherts (fracturefilling cherts) precipitated from circulating fluids in concordant or crosscutting veins in the shallow crust ; S-cherts (secondary cherts) are the result of the metasomatism (silicification) of preexisting rocks during the percolation of silica-rich fluids. These processes are generally accepted but major questions remain unsolved : how to recognize various chert types ? Where does the silica come from and how did it precipitate ? What chemical signal is hosted in cherts and how can it be used for paleo environmental reconstructions ? These questions are addressed here using three sites in the Barberton Greenstone Belt, South Africa, which contain a variety of cherts deposited in very different environments. The approach combines field description of sedimentary and deformation structures, the characterization of various chert petrologies, and the study of their chemical and isotopic composition. In these three sites, chert formation strongly depends on the environmental setting. Clastic sedimentation is directly linked to C-chert formation at Komati River, where the silica was deposited as a viscous, siliceous ooze by sorption process onto suspended clay particles. A continental contribution is absent at Buck Reef, and the black and white banded cherts (C-cherts) are interpreted to have formed by chemical precipitation of oceanic silica during seasonal (black chert) and maybe glacial/inter-glacial (white chert) climatic variations. The fracture-filling cherts from Barite Valley precipitated from a thixotropic colloidal suspension that migrated upward through the crust. The chemical compositions of cherts from these three sites are essentially controlled by the environment of deposition, and represent mixtures of a siliceous and contaminant phases, independent from the silica precipitation mode. Komati River C-cherts and Barite Valley F-cherts are both enriched in Al, K, Ti, HFSE and REE, which represents the contamination by phyllosilicates of the microquartzitic fabrics. Such a clastic contribution may account for the wide range of δ30Si in Komati River cherts (-0.69‰ to +3.89‰) although the majority of positive values is attributed to seawater involvement. In the dykes, δ30Si is strongly negative (-4.5‰to +0.22‰) and is consistent with the low-temperature hydrothermal nature of these fluids. At Buck Reef, the lack of continental contribution is expressed in the white cherts, by a mineralogy exclusively composed of microquartz, and by extremely low trace element contents, i.e. HFSE and REE below 1ppm. We calculate that 2% of carbonates and 3-4% of clastic particles (i.e. clay, feldspar) would be enough to mask the silica composition in these high purity cherts. A marine signature was not recognized in their geochemistry because of the unreliability of commonly used modern proxys (i.e. LREE depletion, La and Y enrichment). These features were identified in oceanic, hydrothermal, magmatic and pegmatitic quartz and thus do not reliably identify an oceanic signal in Archean cherts. Because the δ 18O values in these white cherts indicates secondary fluid circulations at <100°C, their negative or positive δ30Si values (-2.23‰ and +1.13‰ in average) most probably represent different fluid contributions at the time they formed. The combination of field and petrological observations appears to be the most reliable approach to classify cherts and to deduce their origin, and we show here that their chemical composition depends more on the environmental conditions than on the primary fluid characteristics.

La grotte de Tabon (Palawan, Philippines) est un site préhistorique majeur en Asie du Sud-Est. Elle a livré des fossiles d’Homo sapiens datant du Pléistocène supérieur, rares dans la région. Pourtant, son histoire demeure mal connue : d’importantes altérations physiques et chimiques compliquent la lecture de sa stratigraphie, tandis que des objets archéologiques sans contexte clair entravent l’élaboration d’une chronologie fiable. Cette étude jette un nouveau regard sur la grotte de Tabon à travers une approche pluridisciplinaire des sciences de la Terre. Elle explore notamment l’environnement et le climat des premiers hommes anatomiquement modernes dans la région. Les résultats mettent en lumière une période clef entre 40 et 33 ka BP, caractérisée par des climats plus secs, des paysages plus ouverts et une empreinte humaine marquée dans la grotte. Cette période a également été ponctuée par un court épisode d’humidité qui a laissé un spéléothème gypsifère étendu en guise de témoin. Dans l’avenir, de nouvelles approches, prenant en compte les contraintes particulières du site, pourraient permettre de souligner davantage la valeur scientifique et patrimoniale unique de la grotte de Tabon, une fenêtre sur les premiers périples de notre espèce à travers les archipels d’Asie du Sud-Est. / Tabon Cave (Palawan, Philippines) is a key prehistoric site in Southeast Asia, one of the few to have yielded Homo sapiens fossils from the Late Pleistocene. Its history remains poorly understood: heavy physical and chemical alterations have greatly complicated its stratigraphy, and contextually isolated archaeological finds hamper the construction of a clear chronology. This study reexamines Tabon Cave using a multi-pronged geosciences approach to explore environment, climate, and early modern human presence in the region. The results reveal a major period in the cave’s history between 40 and 33 ka BP, when drier climates, more open landscapes, and active human use of the cave were briefly spaced by a wet episode that left an extensive, gypsiferous speleothem. Future innovative research approaches spurred by the unique constraints of the site will undoubtedly further highlight the unique scientific and heritage value of Tabon Cave, a window into the earliest odysseys of our species across the archipelagos of Southeast Asia.

Le travail présenté ici a été effectué autour du postulat qu’il existe un lien étroit entre minéralisation métallifère et géodynamique. Ce dernier agit ainsi sur l’initiation et l’évolution de la minéralisation. La minéralisation de manganèse de Bouarfa à l’Est du Haut Atlas Orientale formait un bon candidat pour cette étude compte tenu de la forte sensibilité du Mn aux processus de remobilisation supergène et de la géodynamique de la chaîne atlasique qui est composée d’une histoire extensive mésozoïque et d’une histoire compressive cénozoïque. Les observations de terrains, pétrographiques et minéralogiques attestent de l’existence de plusieurs épisodes minéralisateurs à Bouarfa. De plus, les datations (U-Th)/He sur oxy-hydroxydes de fer suggèrent que les épisodes les plus tardifs se mettent en place lors de la diagenèse, au cours du Jurassique (inf ?)-moyen. D’un point de vue géodynamique, le Haut Atlas de Bouarfa se distingue de l’ensemble du Haut Atlas Oriental. En effet, le raccourcissement du à l’inversion atlasique y est très faible (≈ 3km sur le front Nord de Bouarfa) comparé aux reste de la chaine. Le domaine du Haut Atlas de Bouarfa, où aucun accident majeur méso-cénozoïque de socle n’est observable, se comporte comme un haut de socle entre le Haut Atlas et l’Atlas Saharien. L’histoire thermique du Haut Atlas de Bouarfa est analogue à celle du bloc de la meseta marocaine à l’ouest du Moyen Atlas. Nous proposons que la concentration de la déformation à Bouarfa est uniquement due à la mise en place d’un bassin jurassique étroit faiblement subsidents (maximum de remplissage sédimentaire de près de 2 km) contrôlé par des accidents normaux en relais se développant dans le prolongement terminal du bassin plus subsident de l’Atlas Saharien. Le bassin jurassique étroit de Bouarfa se trouve probablement fortement affecté par les cycles transgressif-régressif du Lias, entrainant ainsi des épisodes de fermeture et l’anoxie du bassin permettant l’accumulation du Mn dissous. Lors de la diagenèse précoce, le Mn précipite pour former la minéralisation primaire en Mn principalement composée de manganite et hausmannite voire pyrolusite. Concernant l’apport du Mn, les résultats géochimiques indiquent une origine felsique. Ceci peut s’expliquer par l’existence d’une hypothétique source volcanogénique éloignée du bassin expliquant ainsi l’enrichissement préférentiel en Mn par rapport au Fe, et/ou par l’altération des roches détritiques encaissantes. La localisation d’accidents à Bouarfa permet, durant l’histoire subsidente jurassique, la circulation diagénétique de fluides responsables de la mise en place de la remobilisation de la minéralisation primaire et de la précipitation de la minéralisation secondaire ainsi que la mise en place de dolomitisation s.l. tardive qui elle-même présente de fort enrichissement en Mn. L’absence de remobilisation en association avec les épisodes atlasiques à Bouarfa semble être une particularité par rapport aux autres minéralisations prises dans les séries sédimentaires mésozoïques du Haut Atlas. / The following work postulates that there is a tight link between the establishment of an ore deposit and the regional geodynamic. This one is a motor or modulates the evolution of the mineralization. The manganese ore deposit of Bouarfa, at the East of the Eastern High Atlas, was ideal to this study as the manganese is highly mobilized during supergen processes while the geodynamic of the atlasic system is composed of a mesozoïc extensive step followed by a cenozoïc compressive event. The field works, petrographic and mineralogical observations highlight several mineralization periods at Bouarfa. Moreover, (U-Th)/He dating upon iron oxi-hydroxides suggest that the last event takes place during (lower?)-middle Jurassic diagenesis. The geodynamic of the Bouarfa High Atlas distinguish itself from the Eastern High Atlas system. The shortening related to atlasic inversion is very lower (≈ 3 km through the northern front at Bouarfa) than in the rest the chain. The Bouarfa High Atlas, where no main meso-cenozoïc fault was described through the basement, is an elevated basement between the Eastern High Atlas and the Saharan Atlas. The time-temperature story of Bouarfa is similar to the one of Moroccan meseta, westward the Middle Atlas. We propose that the localization of deformation at Bouarfa is related to the existence of normal faults, in the extension of the Saharan Atlas, that control the low subsidence of a tight Jurassic basin. The tight Jurassic basin of Bouarfa might be influenced by the Liassic transgressive-regressive cycles, leading to closing and anoxic event in the basin improving the accumulation of dissolved Mn. During early diagenesis, Mn precipitate forming the primary Mn ore deposit mainly composed of manganite, hausmannite and pyrolusite. The source of the Mn supply has been identified geochemically being related to felsic rocks. This could be explained by a possible the spreading of a distant exhalative source which enhances the separation between Fe and Mn and/or by the leaching of the detrital host rocks. The localisation of faults in Bouarfa allowed the circulation of fluids during the Juarssic diagenetic story, causing the weathering of the primary mineralization and the precipitation of the second one, as the establishment of a later dolomitisation s.l. enriched in Mn. The lack of an atlasic remobilization of the ore deposit of Bouarfa is uncommun compared to the other sedimentary ore deposits in the High Atlas.

Les causes du refroidissement climatique global qui caractérisent le Crétacé supérieur (~100 – 65 Ma) ne sont pas encore bien établies. L’évolution de la courbe des températures des eaux de fond et de surface des océans montre une accélération de ce refroidissement au cours du Campanien (~84 Ma), aussi l’objectif de ce travail était-il d’explorer les causes possibles de ce refroidissement en se focalisant sur l’étude des sédiments d’âge Campanien de divers bassins sédimentaires téthysiens, boréaux et atlantiques.Le premier objectif fut de déterminer l’extension spatiale des changements de cortèges argileux dans la Téthys et le domaine boréal. La minéralogie des argiles de plusieurs sites (hémi)pélagiques, sélectionnés selon un transect N-S de 5 à 45° N, a révélé une intensification de l’altération continentale au Campanien, marquée notamment par des apports accrus de kaolinite. Au cours du temps, ces apports liés au soulèvement de nouveaux domaines continentaux semblent se propager du Sud au Nord. Cette propagation est très certainement gouvernée par le mouvement antihoraire de la plaque africaine et de son rapprochement progressif de la plaque européenne. L’intensification de l’altération continentale semble aussi s’accompagner de la mise en place d’une ceinture climatique plus humide à l’origine du développement des bauxites.Le Campanien est également marqué par d’importantes modifications paléogéographiques, telles que l’élargissement de l’Atlantique Sud et Nord ainsi que la restriction du domaine téthysien. Le déplacement des masses continentales est probablement à l’origine d’une réorganisation majeure des courants océaniques. Dans le domaine téthysien, au Crétacé supérieur la courantologie est dominée par le « Tethyan Circumglobal Current » (TCC), courant latitudinal traversant l’océan téthysien et le passage des Caraïbes, d’est en ouest, qui semblerait s’intensifier au Campanien. Nous avons donc tenté de reconstituer l’évolution de la circulation profonde du TCC au cours du Crétacé supérieur, grâce une approche fondée sur les isotopes du néodyme (Nd). L’évolution de l’ɛNd des eaux de fond locales de trois sites (hémi)pélagiques situés sur le trajet potentiel de ce courant a été analysé à partir de la fraction carbonatée des sédiments : la coupe de Shahneshin à l’entrée du corridor téthysien (bassin du Zagros, Iran), la coupe de Gubbio – la Bottaccione dans la Téthys centrale (bassin des Marches – Ombrie, Italie) et le forage DSDP Site 146 dans le passage des Caraïbes (bassin du Venezuela, mer des Caraïbes). L’ɛNd de la fraction résiduelle des sédiments a également été déterminée, afin de discuter l’impact potentiel des échanges locaux eau-sédiments. L’évolution de l’ɛNd des eaux de fond locales, couplée à la minéralogie des argiles et à celle de l’ɛNd des résidus a révélé que les signatures minéralogiques et géochimiques des sites de Shahneshin et 146 semblent être affectées de façon significative par des processus locaux (tectonique, volcanisme). Une augmentation de l’écart entre l’ɛNd de l’eau de fond locale et des résidus est cependant compatible avec des apports accrus d’eaux du Pacifique dans l’est de la Téthys au cours du Campanien. Le site de Gubbio semble quant à lui recevoir des apports d’eaux atlantiques en profondeur, suggérant que si le TCC est présent dans cette région, il n’atteint pas la base de la colonne d’eau au niveau de ce site. / The origin of the Late Cretaceous (~100 – 65 Ma) global cooling is not yet well understood. The evolution of sea surface and bottom temperatures shows an acceleration of the cooling during the Campanian stage (~84 Ma). The main goal of this study was to explore the processes driving this cooling, focusing on Campanian sediments from the Tethyan, Boreal and Atlantic realms.The clay mineralogical assemblages of several (hemi)pelagic sites, selected along a S-N transect, from 5° to 45°N, reveal an increase in continental weathering during the Campanian, expressed by enhanced kaolinite inputs. The detrital input related to the uplift of new continental areas seems to evolve from south to north. This propagation is likely linked to the anticlockwise rotation of the African plate and the progressive closure to the Tethys Ocean. Enhanced continental weathering seems also linked to more hydrolysing conditions in the studied regions, resulting in bauxite development.The Campanian stage was characterised by major palaeogeographic changes, such as the widening of south and north Atlantic oceans and the closure of the Tethyan realm. The motion of continental plates is likely responsible for a major reorganization of the oceanic currents. During the Late Cretaceous, the so called “Tethyan Circumglobal Current” (TCC) current flows latitudinally through the Tethyan Ocean to the Caribbean gateway, from east to west, and seems to intensify during the Campanian stage. Thus, we tried to reconstruct the evolution of the deep oceanic circulation within the TCC pathway during the Late Cretaceous, based on a geochemical approach using the neodymium (Nd) isotopes. The evolution of ɛNd of local bottom water of three (hemi)pelagic sites located on the possible pathway of this current has been analysed on the carbonate fraction of the sediments : the Shahneshin section located at the main entrance of the Tethyan passage (Zagros basin, Iran), the Gubbio – la Bottaccione section located at the centre of the Tethys (Umbria – Marche basin, Italy) ocean and the DSDP site 146 located in the Caribbean gateway (Venezuela basin, Caribbean sea). The ɛNd of the insoluble fraction of the sediments was analysed, in order to discuss of the role of local exchanges between water and sediments. The evolution of the deep water ɛNd along with that of residue ɛNd and clay mineralogical assemblages shows that geochemical and mineralogical signatures of Shahneshin and 146 sites are largely controlled by local processes (tectonic and volcanism), although an increased input of radiogenic Pacific waters may be detected at Shahneshin during the Campanian. The Gubbio site seems to be influenced by atlantic waters entering western Tethys, suggesting that the TCC did not reach the base of the water column at this site.