Suite au déluge qui a marqué la région du Saguenay en 1996, une couche de nouveaux sédiments a recouvert les sédiments du secteur amont du fjord du Saguenay. Avant le déluge cette zone était caractérisée par la présence de sédiments contaminés, associés au déversement incontrôlé d’effluents liquides, pratiqué dans le passé par les industries de la région. La couche de sédiments déposés en 1996 a enfoui les sédiments contaminés et constitue donc une barrière isolante composée de matériaux plus propres. Afin d'estimer l'efficacité à long terme de la couche, un nouveau modèle numérique (TRANSCAP-1D) a été développé. Ce modèle simule la migration de composantes dissoutes dans une colonne de sédiments et considère l'advection, la diffusion/dispersion, et l'effet de la bio-irrigation. La formulation mathématique représente un milieu à double porosité, composé de pores et de trous ou tubes de vers. Le modèle a été calé avec les profils de concentration de l'arsenic dissous qui ont été mesurés à deux stations du fjord du Saguenay, après la déposition de la couche de recouvrement naturelle. Par la suite, une analyse de sensibilité a été réalisée afin d'évaluer l'impact de certains paramètres caractérisés par une variabilité ou incertitude importante aux sites à l'étude. Les résultats montrent que les paramètres associés à la bio-irrigation ont un impact significatif sur la migration des contaminants dissous vers la colonne d'eau. Par la suite, nous avons réalisé une analyse d'incertitude en utilisant la méthode Monte Carlo et les résultats ont été intégrés dans une analyse de décision pour le design d'une couche de recouvrement potentielle. Le cas présenté est hypothétique et concerne la réhabilitation d'un site contaminé qui est fréquenté régulièrement par la population de bélugas du Saint Laurent. L'exemple illustre les avantages de l'application de l'analyse de décision pour trouver l'alternative correspondante au coût total plus bas, en considérant les coûts et les risques d'échec associés au projet de réhabilitation. / In 1996 two days of intense rainfalls caused severe flooding in the Saguenay region and a new sediment layer was deposited on the upstream area of the Saguenay fjord. In the past, this area was exposed to the uncontrolled discharge of industrial effluents and the sediments were contaminated. The new sediment layer buried the contaminated sediments and constitutes a natural barrier of cleaner material, which isolates the contaminants from the water column. A new numerical model (TRANSCAP-1D) was developed in order to estimate the effectiveness of the natural barrier in isolating the contaminated sediments from the overlying water column. The model simulates the migration of dissolved compounds in a sediment column and includes advection, diffusion/dispersion and the effect of bio-irrigation. The mathematical formulation represents a double porosity medium, composed of sediment pores and tubes or burrows dug by worms. The model was calibrated using the concentration profiles of dissolved arsenic measured at two stations of the Saguenay fjord, after the capping event. Thereafter, a sensitivity analysis was performed in order to evaluate the impact of certain parameters showing a great variability and uncertainty at the studied sites. The results indicate that the parameters associated to bio-irrigation have a significant impact on the migration of dissolved contaminants towards the water column. Thereafter, we performed an uncertainty analysis, using the Monte Carlo method. The results were integrated in a decision analysis for the design of a capping layer in a hypothetical case of sediment remediation. The presented case considers a contaminated site regularly frequented by the beluga population of the St. Lawrence Estuary. The example illustrates the advantages of the application of the decision analysis method, which is used to find the least cost option, considering the costs and failure risks associated to the remediation project.

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Dans une problématique de réinterprétation géodynamique de la zone de suture Yarlung Zangbo (ZSYZ) au sens large, la pétrographie, la chimie minérale et la li- thogéochimie ont été effectuées sur des roches mafiques, ultramafiques et sédimentaires provenant de trois unités géologiques situées immédiatement au sud des ophiolites de la ZSYZ : le mélange ophiolitique crétacé précoce, le mélange de Yamdrock mésozoïque et le flysch triasique tardif. La majorité des roches mafiques du mélange ophiolitique montrent des caractéristiques géochimiques typiques d'un bassin d'arrière-arc, certaines d'un arc intra-océanique. De même, les roches ultramafiques possèdent des caractéristiques géochimiques qui suggèrent une origine dans un environnement de supra-subduction. Ces caractéristiques varient selon le taux de fusion partielle et le degré d'interac- tion magma-manteau enregistrés par les péridotites. Une analogie peut être faite avec des systèmes océaniques modernes de type arc-bassin. Le mélange ophiolitique résulte bien de la désagrégation des massifs ophiolitiques sus-jacents. Les roches mafiques du mélange de Yamdrock montrent une affinité géochimique avec le magmatisme intra- plaque océanique (de type OIB). Les roches mafiques du flysch triasique montrent une signature géochimique double qui suggère qu'elles dérivent d'une même source magma- tique intraplaque enrichie, mais qu'elles ont subi des processus d'assimilation et de cris- tallisation fractionnée (ACF). Cette contamination crustale continentale semble résulter de la dislocation de la Plaque Indienne lors de l'ouverture de l'Océan Néo-Téthys. Une analogie peut être faite avec le point chaud de la Réunion, dans l'Océan Indien, et les Trapps de Deccan, à l'ouest de l'Inde. Les roches sédimentaires de ces deux unités possèdent une signature géochimique qui concorde avec un environnement de déposition le long d'une marge passive et avec une source au niveau de la croûte continentale supérieure ancienne de l'Inde. Les blocs mafiques d'affinité intraplaque induiraient une contribution mafique et les batholites granitiques démembrés une contribution felsique à la source de ces turbidites. L'évolution paléozoïque du bassin néo-téthysien a ainsi été reconstituée en fonction de l'environnement tectonique défini pour chaque unité géologique associée à la ZSYZ.

Évaluer le potentiel géothermique d’une mine inondée est une tâche complexe qui nécessite la réalisation d’un test hydraulique et la modélisation de l’écoulement de l’eau souterraine à travers un réservoir non conventionnel. Cette tâche peut être efficacement complétée en réutilisant les anciennes infrastructures minières. Lors de cette étude, un puits de ventilation débouchant dans les galeries souterraines a été converti en ouvrage de captage d’eau profond. L’ancien puits de ventilation 1100 des Mines Gaspé à Murdochville au Canada a été utilisé pour effectuer un essai de pompage durant 3 semaines à un débit moyen de 0.062 m3/s. L’objectif principal des travaux encourus était d’évaluer le potentiel géothermique du site minier. Lors de l’essai, moins de 3,65 m de rabattement ont été observés et la température moyenne de l’eau pompée a été de 6,7 °C. Le comportement de la nappe souterraine durant l’essai a été reproduit à l’aide d’un modèle d’éléments finis tridimensionnel simulant l’écoulement de l’eau à travers les galeries. Les prédictions du modèle ainsi qu’un bilan énergétique simplifié suggèrent que le taux d’extraction d’énergie durable est atteint à un débit de pompage de 0.049 m3/s, ce qui indique un potentiel géothermique de 765 kW. Cette énergie pourrait être extraite à l’aide de pompes à chaleur géothermiques afin de chauffer les bâtiments du parc industriel de Murdochville. / Assessing the low-temperature geothermal potential of a flooded mine site is a complex task involving hydraulic testing and modelling of an unusual man-made reservoir. It can be achieved efficiently taking advantages of the former mine infrastructures such as mining shaft that provided here a deep well directly connected to the mine workings. The former mining shaft P1100 of the flooded Gaspé Mines near Murdochville, Canada, was used to perform a pumping test during a study with the objective of assessing the geothermal potential of the mine site. Water was pumped during 3 weeks at a rate averaging 0.062 m3/s with a mean recovery temperature equal to 6.7 °C and less than 3.65 m drawdown was observed. The hydraulic response of the pumping test was reproduced with a threedimensional finite element model that simulates groundwater flow through the mine workings. Model predictions and a simplified energy balance calculation suggested that the sustainable energy extraction rate is attained at a pumping rate of 0.049 m3/s which yield a geothermal potential of 765 kW. This energy could be extracted with geothermal heat pumps used for space heating at Murdochville industrial park.

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Iron meteorites are Fe-Ni alloys that are thought to represent samples of the cores of differentiated asteroids. A minority of the iron meteorites contain silicate inclusions, the so-called silicate-bearing or non-magmatic iron meteorites. The presence of chemically evolved silicate inclusions in a high-density Fe-Ni metal raises questions about their origin. The IIE group belongs to the non-magmatic iron meteorites and contains primitive as well as evolved silicate inclusions. The object of this thesis is to investigate the formation processes of the silicate-bearing iron meteorites by examination of the primitive IIE irons. The first chapter provides an overview of the state of the art of silicate-bearing iron meteorites and highlights the existing open questions. The second chapter discusses the most important analytical techniques that have been used during this thesis. The third chapter contains all the research conducted on the Mont Dieu meteorite, a new primitive member of the IIE group. This meteorite represents a unique member of the IIE group as it contains chondrules in its silicate inclusions. Together with the Netschaëvo meteorite, they are the only two IIE irons that show such a primitive texture. Based on the mineralogy, the major element composition and the oxygen isotope composition, we conclude that Mont Dieu originated as an H chondrite. The observation of a series of features, including silicate darkening, thick metal veins containing angular clasts, and the need for a heterogeneous heat source, led to an impact-based origin for Mont Dieu. The fourth chapter is dedicated to the investigation of two samples of the primitive Netschaëvo IIE meteorite, that show lithologies that are very different to those described in the literature. The investigated pieces of Netschaëvo can be classified as impact melt rocks (IMR) and we show that the precursor material of these IMR and the primitive clasts both originated from the same parent body. The occurrence of both lithologies in the same meteorite suggests that Netschaëvo itself is a breccia containing metamorphosed and IMR clasts and that the meteorite formed as the result of an impact event. The fifth chapter focuses on the fine-grained matrix material found in the silicate inclusions of Netschaëvo IIE. This study provides insights into core-mantle boundary environments and confirms the impact-origin of Netschaëvo by the presence of minerals and textures pointing to a very rapid cooling. The investigations show that the re-partitioning of phosphorus from the metal into the silicate material during cooling might be a general process during planetary differentiation. In the sixth chapter, the veins present in the silicate inclusions of Mont Dieu are described in detail, and compared to the veining structures found in Techado IIE silicate. The characteristics of the processes causing the formation of these veins are discussed. The seventh chapter summarizes the conclusions of this thesis. The detailed petrographic and geochemical examinations conducted on the investigated samples show that collisions played a major role in the formation of the IIE iron meteorites. The work performed in the framework of this thesis provides a significant contribution towards a more complete and in-depth understanding of the formation mechanisms of silicate-bearing iron meteorites. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The Antarctic continent has traditionally been a successful searching ground for meteoritic material due to its cold and dry climate. Meteorites, and their microscopic analogues micrometeorites, were originally sampled from Antarctic ice and snow. Recently, however, a large collection of micrometeorites was discovered in sedimentary traps and moraine deposits from the Transantarctic Mountains, where extraterrestrial dust particles have accumulated for a prolonged time span (ca. 3–4 Ma). Micrometeorites (or ‘cosmic dust’) show unique chemical and isotopic signatures, which originate from a large and diverse amount of asteroidal and cometary bodies within the Solar System. In addition, they document major events such as the origin and evolution of the Solar System, and provide insight into the source region of their precursor bodies. These sedimentary deposits consequently represent a valuable archive that documents the flux of extraterrestrial material to Earth and ancient meteoritic events over Antarctica.Yet, much of this information is lost during the atmospheric entry stage, where cosmic dust is subjected to frictional heating and is partially or completely molten down. This may significantly alter the original physicochemical and isotopic properties of extraterrestrial dust particles. A thorough understanding of these physicochemical processes is thus required to reconstruct the atmospheric entry of cosmic dust (but also larger objects) and interpret their chemical and isotopic data. During the course of this PhD research, multiple sedimentary deposits from the Sør Rondane Mountains (Dronning Maud Land, East Antarctica) were petrographically examined and chemically-isotopically characterized using state-of-the-art instruments. Furthermore, various experiments and numerical models were constructed to replicate the atmospheric entry stage of both small- and large-sized meteoritic material. This study has demonstrated that the Sør Rondane Mountains sedimentary deposits contain a rich and pristine variety of extraterrestrial- and impact-related materials, including micrometeorites, microtektites and meteoritic condensation spherules. Statistical analysis suggests that the Sør Rondane Mountains micrometeorite collection is representative of the contemporary flux of cosmic dust to Earth. Extraterrestrial material is subjected to a complex interplay of redox and volatilization processes during atmospheric entry heating, which allow to explain the chemical trends observed in cosmic dust. Isotopic studies also suggest that at least a minor fraction of the micrometeorite population has sampled new, unknown types of asteroidal and/or cometary bodies. Microtektites and meteoritic condensation spherules have been linked to major meteoritic events on Earth ca. 790 ka and ca. 430 ka ago, respectively, and underline the importance of the Earth’s atmosphere during their formation. The results of this PhD research emphasize the scientific value of Antarctic sedimentary deposits and provide more insight into the processes taking place during the atmospheric entry of extraterrestrial material. / Le continent antarctique a traditionnellement été un terrain de recherche fructueux pour le matériel extraterrestre en raison de son climat froid et sec. Les météorites et leurs analogues microscopiques, les micrométéorites, ont été à l'origine échantillonnés dans la glace et la neige de l'Antarctique. Plus récemment, une grande collection de micrométéorites a été découverte dans des pièges sédimentaires et des dépôts de moraine des montagnes transantarctiques, où des particules de poussière extraterrestres se sont accumulées pendant une période prolongée (environ 3-4 Ma). Les micrométéorites (ou « poussière cosmique ») présentent des signatures chimiques et isotopiques uniques, qui proviennent d'une quantité importante et diversifiée de corps astéroïdes et cométaires au sein du système solaire. En outre, elles documentent des événements majeurs tels que l'origine et l'évolution du système solaire et donnent un aperçu de la région source de leurs corps parents. Ces dépôts sédimentaires représentent par conséquent une archive précieuse qui documente le flux de matière extraterrestre vers la Terre et les événements météoritiques anciens au-dessus de l'Antarctique.Pourtant, une grande partie de cette information est perdue au cours de l'étape d'entrée dans l'atmosphère, où la poussière cosmique est soumise à un chauffage par friction et est partiellement ou complètement fondue. Cela peut altérer considérablement les propriétés physico-chimiques et isotopiques d'origine des particules de poussière extraterrestres. Une compréhension approfondie de ces processus physico-chimiques est donc nécessaire pour reconstituer l'entrée atmosphérique des poussières cosmiques (mais aussi des objets plus gros) et interpréter leurs données chimiques et isotopiques. Au cours de cette recherche de doctorat, plusieurs dépôts sédimentaires des montagnes Sør Rondane (Dronning Maud Land, Antarctique de l'Est) ont été examinés pétrographiquement et caractérisés chimiquement et isotopiquement. En outre, diverses expériences et modèles numériques ont été construits pour reproduire l'étape d'entrée dans l'atmosphère de matériaux météoritiques de petite et de grande taille.Cette étude a démontré que les dépôts sédimentaires des montagnes Sør Rondane contiennent une variété riche et peu altérée de matériaux extraterrestres et de cratères d’impacts, notamment des micrométéorites, des microtektites et des sphérules de condensation météoritique. L'analyse statistique suggère que la collection de micrométéorites des montagnes Sør Rondane est représentative du flux contemporain de poussière cosmique vers la Terre. La matière extraterrestre est soumise à une interaction complexe de processus d'oxydo-réduction et de volatilisation lors de l'entrée dans l'atmosphère, ce qui permet d'expliquer les tendances chimiques observées dans la poussière cosmique. Des études isotopiques suggèrent également qu'au moins une fraction mineure de la population de micrométéorites a échantillonné de nouveaux types inconnus d’astéroïdes et/ou de comètes. Les microtektites et les sphérules de condensation météoritiques ont été liées à des événements météoritiques majeurs sur Terre il y a ~790 ka et ~430 ka, respectivement, et soulignent l'importance de l'atmosphère terrestre lors de leur formation. Les résultats de cette recherche doctorale soulignent la valeur scientifique des dépôts sédimentaires de l'Antarctique et donnent un meilleur aperçu des processus qui se déroulent lors de l'entrée dans l'atmosphère de matière extraterrestre / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Calcium (Ca) is the fifth most abundant element in the rocky planets. As a lithophile, refractory element, Ca does not partition into planetary cores nor is it volatilized during planetary accretion. These characteristics make Ca ideal for investigating the earliest stages of planetary formation and the subsequent chemical evolution of planetary mantles and crusts. This thesis presents observations of and explores the mechanisms involved in high-temperature mass-dependent Ca isotope fractionation in terrestrial, lunar, and meteoritic material. Chapter 1 reports Ca isotope fractionation among a co-genetic suite of samples from the Guelb el Azib ultramafic-mafic-anorthosite complex, which represents the fractional crystallization sequence of a terrestrial igneous magma chamber. The measurements imply that Ca isotope fractionation in an evolving crystallizing magma is mineralogically controlled and that the degree of fractionation can vary according to the Ca composition of the residual magma. Chapter 2 investigates ureilites, a distinctive group of achondritic meteorites, widely regarded to be mantle remnants of a disrupted asteroidal parent body. To date, it is not clear which of their features were inherited from the original chondritic body and which were created during post-accretionary igneous processes such as partial melting. This chapter presents evidence that partial melting on the ureilite parent body is responsible for two such ambiguous characteristics, Ca isotopic and magnesium number (Mg / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished