L'altération hydrothermale d'une péridotite océanique conduit à une profonde transformation minéralogique qui correspond au « processus de serpentinisation ». Durant ce processus, le Fe2+ initialement contenu dans les olivines et/ou les pyroxènes peut s'oxyder en Fe3+ en incorporant des phases nouvellement formées comme la serpentine et la magnétite. L'hydrolyse de l'eau associée à cette réaction entraine la production de grandes quantités d'hydrogène. Au niveau des dorsales océaniques, de fortes concentrations en hydrogène et hydrocarbures ont été récemment mises en évidence sur quelques sites hydrothermaux d'un genre nouveau, tous situés dans un contexte ultrabasique. Dans le but de comprendre les processus contrôlant l'altération hydrothermale des péridotites, et en particulier la production d'hydrogène dans ce type de contexte, nous avons couplé des expériences de serpentinisation in-situ à des simulations thermodynamiques. Les produits de synthèse obtenus dans nos expériences ont été caractérisés à l'aide de différents outils spectroscopiques, principalement par absorption des rayons X en synchrotron. Nous avons ainsi développé plusieurs protocoles expérimentaux permettant d'une part de quantifier les proportions des phases minérales, mais aussi de déterminer la distribution et la spéciation du fer dans nos échantillons altérés. Nos expériences montrent que la cinétique de serpentinisation est fortement dépendante des conditions physico-chimiques (température, rapport eau/roche, état structurel et composition chimique de protolithe) présentes dans le milieu naturel. Parallèlement, ces travaux indiquent que les rôles joués par la serpentine et la magnétite dans la production d'hydrogène évoluent suivant la température mais changent également fortement au cours de la réaction. Ces résultats, affinés par des modélisations numériques, ont été replacés dans un cadre naturel, dans le but de déterminer les différents processus se produisant le long d'un trajet P-T hydrothermal. Il apparait ainsi que l'essentiel de la réaction de serpentinisation s'effectue sur le trajet « prograde » avec une production maximale d'hydrogène située autour de 275°C. Enfin, et grâce aux gradients de température estimés dans ce type de contexte, nous avons pu déterminer la taille et la géométrie probable d'un site hydrothermal comme celui de « Rainbow ». / The hydrothermal alteration of a natural peridotite leads to a strong mineralogical change, the so-called “serpentinization process”. During this process, the Fe2+ initially contained in olivines and/or pyroxenes is partially oxidized in Fe3+ incorporated in new mineral phases like serpentine or magnetite. This reaction conducts to the hydrolysis of water and therefore produces high amount of hydrogen. In the mid-ocean ridges, high concentrations of hydrogen and hydrocarbons have recently been measured on a new type of hydrothermal fields, always located on on ultramafic rocks. With the aim to better understand the processes controlling the hydrothermal alteration of peridodites, and in particular the related hydrogen production, numerous in-situ experiments of serpentinization were coupled with thermodynamic calculations. The altered products were characterized using different spectroscopic tools, particularly by X-ray absorption analysis in 3rd generation synchrotrons. Several experimental protocols were thus developed allowing to accurately quantify the phase proportions, the iron distribution, and the iron speciation in the altered samples. Experiments display that the serpentinization kinetic is highly dependent from the physico-chemical conditions (temperature, water-to-rock ratio, structural state and chemical composition of the protolith) inferred in the natural environment. In parallel, our work shows that the roles play by both serpentine and magnetite mineral phases evolve as function of temperature but as well change during the alteration process. These results were coupled with the numerical simulations to be replaced in a natural context determining the different processes encountered along a P-T hydrothermal pathway. As a result, the serpentinization reaction is mainly effective during the “prograde” pathway and the maximum hydrogen production occurs around 275°C. Finally and based on the thermal gradients inferred in such contexts, the size and the geometry of the “Rainbow” hydrothermal field were defined.

Cette thèse de doctorat se focalise sur la fin du Précambrien, le Néoprotérozoïque, une période charnière dans lhistoire de la Terre, par létude dunités ophiolitiques datées entre 800 et 700 Ma. Les travaux présentés ici portent sur létude pétrographique, géochimique et magnétique des serpentinites de ces ophiolites. Associées à des sutures panafricaines en bordure des cratons ouest africain et amazonien, ces ophiolites sont les témoins des subductions et de la lithosphère océanique associées à la dislocation du supercontinent Rodinia. Létude de ces ophiolites permet de proposer des contextes de formation pour ces sections de lithosphère océanique. Une autre question à lorigine de ce travail était : Létude de la serpentinisation et de lhydrothermalisme associé permet-elle dapporter des contraintes sur le paléoenvironnement océanique ? Les travaux sur les serpentinites et les roches mafiques associées des unités ophiolitiques de lAraguaia belt (757 ± 49 Ma1, Brésil) constituent la première étude géochimique réalisée sur ces unités. La chimie des spinelles couplée à des travaux de modélisation géochimique, portant essentiellement sur les concentrations en REE, attestent dun protolithe hautement réfractaire, ayant enduré entre 14 et 24 % de fusion partielle. Ces travaux témoignent aussi de laffinité abyssale de ces serpentinites, confirmée par les signatures N-MORB et E-MORB des basaltes associés. Il apparait que la serpentinisation de ces unités sest probablement opérée en deux temps, en domaine océanique, puis par interaction avec des fluides dérivés des sédiments encaissants, aboutissant à de forts enrichissements en LILE, en B et en Li dans ces serpentinites. Finalement, nous proposons que ces sections de lithosphère océanique, ainsi que les métasédiments les abritant (Tocantins group), soient les reliques dune transition océan-continent (TOC) en bordure est du craton amazonien. Les études de terrain, pétrographiques et géochimiques sur les sections ophiolitiques de Khzama (762 ± 2 Ma2) et dAït Ahmane (Anti-Atlas, Maroc) ont dans un premier temps permis de confirmer le lien supposé entre ces deux ophiolites. Les spinelles des serpentinites de ces unités sont caractérisés par des Cr# très élevés et des Mg# bas témoignant dun protolithe ayant enduré des taux de fusion supérieurs à 25 %, confirmant leur affinité avec la zone de subduction anti-atlasique. Ceci est corroboré par de très faibles concentrations en éléments incompatibles comme Al, Ti, HREE et HFSE. Le contexte le plus probable concernant la genèse de ces sections de lithosphère est ainsi un même centre daccrétion arrière-arc intra-océanique, à la marge du supercontinent Rodinia. Létude comparative des serpentinites de ces ophiolites a aussi permis de mettre en évidence en évidence lintérêt des mesures magnétiques pour tracer le degré daltération des spinelles chromifères dans les serpentinites, approche pouvant être étendue à dautres types de roches. Notamment, nous montrons que la Cr-magnétite et la ferritchromite peuvent être identifiées à laide des mesures de susceptibilité magnétique en chauffe. Enfin, lassociation des méthodes magnétiques, pétrographiques et géochimiques nous permet de proposer un modèle concernant la formation des veines de magnétite massives de lunité dAït Ahmane Nord. Nous montrons que le triptyque : serpentinites et spinelles altérés et veines de magnétite centimétriques, constitue un système hydrothermal abyssal fossile, de type fumeur noir. Dans ce contexte, les compositions isotopiques en oxygène des veines de magnétite permettent de proposer une valeur du 18O des océans néoprotérozoïques profonds de -1.33 ± 0.98 (VSMOW), soit une valeur très similaire à lactuel (entre -1 et +1 VSMOW). Elle tranche aussi le débat sur lévolution du 18O des océans au cours des temps géologiques en attestant dune constance de celui-ci, au moins depuis le Néoprotérozoïque. / This Doctoral thesis focus on the end of the Precambrian, the Neoproterozoic, a pivotal period in the Earth history, by the study of ophiolitic units dated between 800 and 700 Ma. This work essentially deals with the petrography, geochemistry and magnetism of serpentinites from these ophiolites. They are associated with Panafrican orogenic belts along the West African and the Amazonian cratons and witnesses the subductions and the oceanic lithosphere associated to the break-up of the supercontinent Rodinia. The study of these neoproterozoic ophiolites allowed us to propose the formation settings for these sections of oceanic lithosphere. Another question behind this work is: Does the study of serpentinization and associated hydrothermalism allows one to provide constraints on the oceanic paleoenvironment? Work on the serpentinites and associated mafic rocks from the Araguaia belt ophiolitic units (757 ± 49 Ma1, Brazil) constitute the first geochemical study realized on these units. The Cr-spinel chemistry coupled with geochemical modeling, concerning essentially the REE concentrations, attest to a highly refractory protolith that endured between 14 and 24% of partial melting. This work also indicate an abyssal affinity (i.e. MOR rather than SSZ) of these serpentinites, which is confirmed by the N-MORB and E-MORB geochemical signature of the associated basalts. It appears that the serpentinization of these units probably took place in two steps, first in oceanic domain and then by interaction with fluids derived from the surrounding sediments after obduction, leading to strong LILE, B and Li enrichments in the serpentinites. Finally, we propose two potential settings concerning the origin of the sections of oceanic lithosphere presently found in the Araguaia belt: (1) an ocean-continent transition or (2) slices of a more mature lithosphere trapped into an accretionary wedge. Fieldwork, petrography and geochemical analysis on serpentinites from the Khzama (762± 2 Ma²) and Aït Ahmane ophiolitic sections (Anti-Atlas, Morocco) firstly allowed to confirm the supposed link between these two ophiolites. Cr-spinels in serpentinites from these units are characterized by very high Cr# and low Mg# testifying of a protolith having endured partial melting greater the 25%, confirming their affinity with the anti-atlasic subduction zone. This is corroborated by very low incompatible element concentrations such as Al, Ti, HREE and HFSE. Thus, the most likely setting for the genesis of these sections of lithosphere is a same intra-oceanic back-arc spreading center at the margin of the Rodinia supercontinent. The comparative study of all studied serpentinites from Neoproterozoic ophiolites in different settings also demonstrates the ability of magnetic measurements in monitoring the Cr-spinel alteration degree, a method which can be extended to other types of rocks. In particular, we show that Cr-magnetite and ferritchromite can be identified using thermomagnetic curves. Finally, the association of magnetic, petrographic and geochemical methods allows us to propose a model concerning the formation of the massive magnetite veins of the North Aït Ahmane unit. We show that the triptych consisting in: altered serpentinites, spinels and centimetric magnetite veins, results from a fossil, black smoker type, abyssal hydrothermal system. In this context, the oxygen isotopic compositions of the magnetite veins provide a 18O value of the deep Neoproterozoic oceans of -1.33 ± 0.98 (VSMOW), a value that is very similar to the current one (between -1 and +1 VSMOW). It also settles the debate on the evolution of the 18O of the oceans during geological time, attesting of its consistency, at least since the Neoproterozoic.

Orientador: César Augusto Moreira / Resumo: Este trabalho apresenta os resultados dos métodos de Polarização Induzida e Eletrorresistividade por meio de levantamentos 2D e modelos de visualização 3D, com objetivo de avaliar a distribuição de filões potencialmente mineralizados em ouro nas imediações de uma mina desativada. A mineralização consiste em uma rede de veios de quartzo com ouro, sulfetos e óxidos de ferro disseminados nos veios. O contexto geológico da área abrange quartzitos e quatzo-xistos pertencentes à unidade metavulcanossedimentar do Complexo Metamórfico Vacacaí. Na aquisição, foram levantados dados em 6 perfis de 410m através do arranjo dipolo-dipolo. Também foram adquiridos dados estruturais de fraturas devido à possibilidade de atuação de sistemas de mineralização estruturados. Os resultados indicaram a presença de zonas com altos valores de resistividade (redes de veios de quartzo) e um corpo de formato cilíndrico com altos valores de cargabilidade (zona sulfetada). Entretanto, as zonas de alta resistividade e de alta cargabilidade não coincidem espacialmente. Isso indica que no caso estudado a zona de potencial mineralização não possui associação com os veios de quartzo. Nesse caso, a possibilidade da mineralização ter sido condicionada pela evolução tectônica da área é considerada, visto que os dados estruturais apresentaram famílias de fraturas com direções NW, NE e N-S. O encontro das fraturas pode ter sido o conduto pelo qual o fluido hidrotermal ascendeu e depositou os metais disseminados na r... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work shows the results of the Induced Polarization and Eletrorresistivity methods through 2D surveys and quasi 3D models, in order to evaluate the distribution of po-tentially mineralized gold veins surroundings of a disused mine. The mineralization consists on a network of quartz veins with gold, sulphides and iron oxides dissemi-nated in the veins. The geological context of the area includes quartzites and quartz-schists related to the metavulcanosedimentary unit of the Vacacaí Metamorphic Complex. In the acquisition, data were collected in 6 profiles of 410m through the dipole-dipole arrangement. Structural fracture data were also acquired due to the possibility of performing structured mineralization systems. The results indicated the presence of zones of high resistivity values (networks of quartz veins) and a cylindri-cal body with high chargeability values (sulphide zone). However, high resistivity and high chargeability zones do not coincide spatially. This indicates that in the case studied the zone of potential mineralization has no association with the quartz veins. In this case, the possibility of mineralization having been conditioned by the tectonic evolution of the area is considered, since the structural data presented fracture fami-lies with NW, NE and N-S directions. The crossing of the fractures may have been the conduit through which the hydrothermal fluid ascended and deposited the dis-seminated metals in the host rock, detected through high values o... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Karolliny Borssatto (karol-borssatto@hotmail.com) on 2018-07-30T22:40:36Z No. of bitstreams: 1 Borssatto, 2018_PROSPECÇÃO GEOFÍSICA EM DEPÓSITO DE OURO FILONIANO NA REGIÃO DE CERRITO DO OURO.pdf: 3853217 bytes, checksum: 4a8a3160ccc50e86e1f42b30077c690d (MD5) / Rejected by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br), reason: - No número do processo financiamento, favor colocar como o exemplo: CAPES: Ano/número do processo. Agradecemos a compreensão on 2018-07-31T11:22:48Z (GMT) / Submitted by Karolliny Borssatto (karol-borssatto@hotmail.com) on 2018-07-31T16:45:57Z No. of bitstreams: 1 Borssatto, 2018_PROSPECÇÃO GEOFÍSICA EM DEPÓSITO DE OURO FILONIANO NA REGIÃO DE CERRITO DO OURO.pdf: 3853217 bytes, checksum: 4a8a3160ccc50e86e1f42b30077c690d (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br) on 2018-07-31T17:22:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 borssatto_k_me_rcla.pdf: 3825322 bytes, checksum: 331941b4b6ab3c3556e2aa57997b4b5f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-31T17:22:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 borssatto_k_me_rcla.pdf: 3825322 bytes, checksum: 331941b4b6ab3c3556e2aa57997b4b5f (MD5) Previous issue date: 2018-07-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta os resultados dos métodos de Polarização Induzida e Eletrorresistividade por meio de levantamentos 2D e modelos de visualização 3D, com objetivo de avaliar a distribuição de filões potencialmente mineralizados em ouro nas imediações de uma mina desativada. A mineralização consiste em uma rede de veios de quartzo com ouro, sulfetos e óxidos de ferro disseminados nos veios. O contexto geológico da área abrange quartzitos e quatzo-xistos pertencentes à unidade metavulcanossedimentar do Complexo Metamórfico Vacacaí. Na aquisição, foram levantados dados em 6 perfis de 410m através do arranjo dipolo-dipolo. Também foram adquiridos dados estruturais de fraturas devido à possibilidade de atuação de sistemas de mineralização estruturados. Os resultados indicaram a presença de zonas com altos valores de resistividade (redes de veios de quartzo) e um corpo de formato cilíndrico com altos valores de cargabilidade (zona sulfetada). Entretanto, as zonas de alta resistividade e de alta cargabilidade não coincidem espacialmente. Isso indica que no caso estudado a zona de potencial mineralização não possui associação com os veios de quartzo. Nesse caso, a possibilidade da mineralização ter sido condicionada pela evolução tectônica da área é considerada, visto que os dados estruturais apresentaram famílias de fraturas com direções NW, NE e N-S. O encontro das fraturas pode ter sido o conduto pelo qual o fluido hidrotermal ascendeu e depositou os metais disseminados na rocha encaixante, detectado por meio de altos valores de cargabilidade. / This work shows the results of the Induced Polarization and Eletrorresistivity methods through 2D surveys and quasi 3D models, in order to evaluate the distribution of po-tentially mineralized gold veins surroundings of a disused mine. The mineralization consists on a network of quartz veins with gold, sulphides and iron oxides dissemi-nated in the veins. The geological context of the area includes quartzites and quartz-schists related to the metavulcanosedimentary unit of the Vacacaí Metamorphic Complex. In the acquisition, data were collected in 6 profiles of 410m through the dipole-dipole arrangement. Structural fracture data were also acquired due to the possibility of performing structured mineralization systems. The results indicated the presence of zones of high resistivity values (networks of quartz veins) and a cylindri-cal body with high chargeability values (sulphide zone). However, high resistivity and high chargeability zones do not coincide spatially. This indicates that in the case studied the zone of potential mineralization has no association with the quartz veins. In this case, the possibility of mineralization having been conditioned by the tectonic evolution of the area is considered, since the structural data presented fracture fami-lies with NW, NE and N-S directions. The crossing of the fractures may have been the conduit through which the hydrothermal fluid ascended and deposited the dis-seminated metals in the host rock, detected through high values of chargeability. / CAPES: 2016/1633631

Résumé Les processus hydrothermaux affectent l'ensemble des domaines océaniques et contrôlent efficacement leur régime thermique. Cependant, les études de flux de chaleur à l'échelle globale conduisent à des interprétations parfois en contradiction avec les études locales. Il est donc essentiel de comparer les effets de l'hydrothermalisme dans différents contextes régionaux. Dans cette optique, nous avons étudié le rôle de l'hydrothermalisme sur le régime thermique d'un domaine océanique jeune (en Atlantique) et d'une marge continentale jeune (Sud Baléares). Pour cela, nous avons quantifié les transferts et pertes de chaleur et de matière en utilisant des traceurs thermiques (mesures du flux de chaleur) et des traceurs chimiques (analyse des fluides interstitiels). Le domaine océanique jeune se situe dans l'océan Atlantique sur le premier segment au sud de la faille transformante Oceanographer. Les faibles valeurs du flux de chaleur indiquent que les circulations hydrothermales, induites par les nombreux affleurements, extraient d'importantes quantités de chaleur de la croûte. La composition de l'eau interstitielle est similaire à l'eau de mer, indiquant un temps de résidence faible de l'eau dans le socle. Nous avons identifié que la rugosité du plancher océanique est un des paramètres majeurs qui contrôlent l'efficacité de ces circulations de fluides. Ce relief à petite échelle a été comparé à d'autres régions où l'efficacité des processus hydrothermaux avait préalablement été discutée. Nous en avons déduis une relation empirique qui relie la fraction du flux de chaleur à ce relief. Sur la marge Sud des Baléares, les processus hydrothermaux semblent plus restreints car leur impact thermique est plus local. Sur la pente continentale, des contrastes importants du flux de chaleur ont été mis en évidence. Ils suggèrent des circulations hydrothermales controlées par la présence de nombreux monts volcaniques. Cependant, la chimie des fluides reste proche de celle de l’eau de mer et ne permet pas de confirmer ces observations. En revanche, les processus hydrothermaux sont limités dans le bassin par les épais dépôts de sédiments. La chimie des fluides indique la présence de saumures résiduelles et leur simple diffusion vers la surface. Les valeurs du flux de chaleur sont perturbées par les contrastes de conductivité thermique induits par la présence de diapirs de sel ou du socle. Dans les deux zones d’étude, les circulations de fluides sont liées à la présence de structures basaltiques fracturées dont la perméabilité est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des sédiments alentours. La rugosité initiale du plancher océanique et le taux de sédimentation contrôlent la tranche d’âge durant laquelle la croûte reste connectée à l’océan. En revanche, les circulations sont rapidement inhibées sur les marges par les apports importants de sédiments venant du continent proche. Cette conclusion est contrebalancée par d’autres événements pouvant survenir sur les marges telles que le volcanisme ou la tectonique active. / Hydrothermal processes affect all oceanic domains therby controlling their thermal regime. At global scale, heat flow studies may lead to different interpretations than local studies. Comparing hydrothermal effects in different local contexts is essential to overcome this scale- issues. To do so, we studied the hydrothermal impact on the thermal regimes of a young oceanic domain (Atlantic Ocean) and a young margin (South Balearic). We quantified heat and matter transfers and heat losses with heat flow measurements and pore water chemical analyses. The young oceanic domain is situated on the first segment south of Oceanographer transform fault in the Atlantic Ocean. The low heat flow values indicate that hydrothermal circulations, conveyed by numerous outcrops, extract a lot of crustal heat. The composition of water in pores is similar to that of seawater. This points to a short residence time of water in the basement. We identified that the ruggedness of the seabed is one of the key parameters that control the fluid circulation efficiency. This small scale relief was compared to others regions where hydrothermal processes have already been debated. We deduced an empirical relation which links the fraction of the conductive heat flow to this relief. On the Southern Balearic margin, hydrothermal processes appear to be more limited because of their more local thermal impact. On the continental slope, great heat flow contrasts are highlighted. They suggest that hydrothermal circulation is controlled by numerous volcanic mounts. On one hand, pore fluid chemistry remains close to seawater composition and does not allow confirming these observations. On the other hand, hydrothermal processes in the basin are limited by thick sediment deposits and pore fluid chemistry indicates residual brines and their diffusion towards the surface. Heat flow values along the Southern Balearic margins are perturbed by thermal conductivity contrasts induced by salt diapirs or basement topography. In both study areas, fluid circulations are linked to fractured basaltic structures with a much larger permeability than the surrounding sediments. The seabed’s initial ruggedness and the sedimentation rate control the age range during which the crust is connected to ocean. Nevertheless, fluid circulations cease quickly due to important sediment flows from the nearby continent. This conclusion is partially offset by other events that may occur on the margins such as volcanism or active tectonic.

Le système hydrothermal de la baie de Prony en Nouvelle-Calédonie est composée de plusieurs sources émettant à faible profondeur des fluides hyperalcalins, mesothermiques, et anoxiques riches en hydrogène (H2) et méthane, produits par la réaction de serpentinisation. Dans le cadre de ces travaux de thèse, la capacité potentielle des microorganismes à produire de l’H2 dans ces écosystèmes a été évaluée par des analyses moléculaires et culturales. Nos premières analyses moléculaires ont mis en évidence une grande diversité de bactéries et une faible diversité d’archées. La diversité et la distribution des populations productrices d’H2 a ensuite été spécifiquement évaluée par des analyses métagénomiques et basées sur la PCR. Les séquences de gènes hydA, utilisés comme marqueur moléculaire des bactéries productrices d’H2, étaient principalement associées à celles du phylum des Firmicutes. Deux groupes de séquences hydA se sont distinguées en fonction de l’origine des échantillons. De plus, plusieurs nouvelles bactéries alcalophiles ont été isolées de différents sites. Parmi elles, la souche alcalophile et anaérobie, PROH2 est capable de produire efficacement de l’H2 par voie fermentaire en condition alcaline (pH 9,5), de façon comparable aux espèces de Clostridium neutrophiles. Ces travaux présentent également la caractérisation d’une nouvelle espèce bactérienne anaérobie, mésophile et alcalophile (pH optimum de 9,5) d’un nouveau genre, nommée Serpentinicella alkaliphila, isolée d’un site intertidal de la baie de Prony. L’ensemble des données démontre la capacité des Firmicutes des environnements associés à la serpentinisation à produire de l’H2 par voie fermentaire. / The Prony hydrothermal field (PHF, New Caledonia) is composed of several shallow-submarine springs discharging into the lagoon seawater high pH, moderate temperature, low-salinity fluids, enriched in hydrogen (H2) and methane produced by serpentinization. In this work, we evaluated the potential ability of microorganisms to produce H2 in this alkaline ecosystem by using both molecular and cultural approaches. Our first molecular analyses provided evidence of high bacterial abundance and diversity contrasting with low archaeal diversity in the PHF chimneys. The diversity and distribution of potential H2-producing bacteria were specifically investigated by using metagenomic analyses and different PCR-sequencing methods. The sequences of hydA genes encoding the catalytic subunit of [FeFe]-hydrogenases, used as molecular marker of H2-producing bacteria, were mainly related to those of Firmicutes. Two groups of hydA sequences were distinguished according to the origin of the samples. Moreover, novel alkaliphilic H2-producing Firmicutes were successfully cultivated from PHF chimneys. Among them, an alkaliphilic and anaerobic strain, Clostridium sp. PROH2, belonging to the genus Clostridium, demonstrated efficient H2 production at a high pH, comparable to neutrophilic clostridial species. This manuscript also present the characterization of a novel anaerobic, mesophilic and alkaliphilic species belonging to a new genus, named Serpentiniticella alkaliphila 3bT, isolated from an intertidal PHF site. Both molecular and cultivation-based data demonstrated the ability of Firmicutes originating from serpentinite-hosted environments to produce H2 by fermentation.

Au Nord-Est de l’Algérie, les sources thermales se situent dans une région de 53 500 km² de surface, qui s’étend sur une largeur de 473 km d’Ouest en Est, de Bejaia à El-Kala (frontière tunisienne), et sur une distance de 190 km du Nord au Sud. Elle comprend sept principales unités géologiques (nappes Telliennes, Chaine Calcaire, Néritiques, Sud Constantinois, Allochtone Sud-Sétifien, Parautochtone Autochtone, flysch). Cette thèse répond à un besoin de l’office national du tourisme Algérien qui souhaite en premier lieu la création de base de données regroupant plusieurs informations sur les sources, afin de faciliter le choix d’implantation d’infrastructures dédiées au tourisme thermal.Le contexte géologique est marqué par une structure géologique mise en place par des épisodes tectoniques (orogénèse Alpine) d’âge Priabonien à Turtonien. A ces événements, succèdent de grandes failles et des structures compressives. La méthodologie choisie pour déterminer l’origine de la minéralisation de ces eaux thermales s'appuie sur la synthèse des différentes études géophysiques et les recherches antérieures réalisées sur cette zone. Elles qui ont permis de préciser les structures et les caractéristiques géologiques générales des domaines du Nord Est Algérien dont la sismicité actuelle. L'analyse hydro-géo-chimique des eaux thermales constitue l'axe principal afin de déterminer les zones de recharge et les apports de mélange entre les différents types d’eaux chaudes et froides. Elle débouche sur l'utilisation des différents géothermomètres pour déterminer la température du réservoir profond.L’approche hydrochimique engagée repose sur deux campagnes de prélèvements qui ont été réalisées dans le cadre de ce travail ; la première a été effectuée dans la période des basses eaux au mois de septembre à octobre 2014, et l’autre a été réalisée dans la période des hautes eaux au mois de mai 2015. L'étude repose sur les mesures de terrain des paramètres chimiques et physiques non conservatifs (température, pH, conductivité électrique) et sur l'analyse des éléments majeurs, des traces, et de plusieurs isotopes (¹⁸O, ²H, ³H, ¹³C, ¹⁴C).Les diagrammes binaires et les traitements ACP menés sur les sources, dont un pourcentage élevé jalonne les grand accidents (failles), ont permis de distinguer 4 groupes d’eau géochimiquesUn groupe d’eaux (HCO₃⁻-Ca²⁺) très peu minéralisées se caractérise par des eaux ayant circulé dans des réservoirs carbonatés. Un second (HCO₃⁻-Na⁺) montre des phénomènes d’échange de base entre l’eau et les niveaux argileux. Un troisième (Cl⁻-Na⁺) ou (SO₄²⁻-Na⁺) montre un enrichissement en Na et Cl, qui traduit des circulations profondes avec échange chimique avec la matrice rocheuse sédimentaire évaporitique. Le dernier groupe (SO₄²⁻-Ca²⁺) ou (Cl⁻-Ca²⁺) a acquis sa minéralisation dans des formations Triasiques. / Pas de résumé

Les eaux des sources artésiennes de Salins-les-Thermes (vallée de la Tarentaise, Savoie) sont thermales (39°C) et hyperminéralisées (19,4g/l) contenant du NaCl (14,6g/l) et du CaSO4 (3,6g/l), ainsi que de nombreux éléments mineurs et traces (Sr, Si, Br, Fe, Li, As, Rb, Mn, U…) et du CO2 (230mg/l). Cette étude a pour objectifs d’améliorer les connaissances sur le fonctionnement global du système hydrothermal en contexte alpin et plus précisément de la zone d’émergence située en fond de vallée. Une approche interdisciplinaire associant la géologie, l’hydrodynamique et l’hydrogéochimie a été menée.À partir de données bibliographiques et des reconnaissances de terrain, l’étude géologique a permis de caractériser les potentiels hydrogéologiques des formations du secteur et d’identifier la structure drainante pour l’ascension des eaux souterraines. Celle-ci se fait le long de la bordure SE du contact chevauchant divisant l’extrémité sud de l’unité de Moûtiers et recoupant la vallée de Salins au niveau des sources.L’étude hydrodynamique repose sur une analyse des variations, à long terme et lors de perturbations provoquées, des paramètres hydrodynamiques (débit et niveau d’eau) et physico-chimiques (température et conductivité) des eaux de l’ensemble des sources du site et des réservoirs de surface. Le fonctionnement hydrodynamique de la zone d’émergence consiste en un équilibre de pression entre la remontée thermominérale et les réservoirs de surface (système alluvial et réservoir de versant). Cet équilibre est sensible au système d’exploitation et contrôle la répartition des flux aux différentes émergences.Une étude des interactions eaux-roches et eaux-gaz a été menée à partir d’analyses sur les éléments majeurs, mineurs et traces des eaux et des précipités de boues, ainsi que des analyses isotopiques sur les eaux (δ18O, δ2H et δ13CCMTD), pour l’ensemble des eaux thermominérales et froides présentes sur le site. La minéralisation des eaux souterraines est acquise au sein des calcaires dolomitiques et des quartzites de l’unité de Moûtiers, en bordure des évaporites (anhydrite, gypse et halite) qui jalonnent le contact chevauchant. Le circuit souterrain atteindrait une profondeur de 2km environ, ce qui permettrait aux eaux d’acquérir une température de 60°C et de drainer du CO2 magmatique issu du socle. La faible minéralisation des eaux du système alluvial et du versant n’a pas permis de les distinguer dans les phénomènes de mélange avec les eaux thermominérales.Cette thèse apporte de nouvelles hypothèses sur la zone d’alimentation et des connaissances complémentaires sur le fonctionnement du système. Les apports sur la zone d’émergence ont permis d’évaluer la sensibilité de la ressource thermominérale et de proposer des préconisations pour la mise en place d’un forage profond aux acteurs de l’activité thermale (propriétaire et exploitant) menant un projet de développement pour une gestion durable de l’exploitation de cette ressource thermominérale. / Artesian springs waters of Salins-les-Thermes (Tarentaise Valley, Savoie) are thermal (39°C) and hypermineralized (19,4g/l) with NaCl (14,6g/l), CaSO4 (3,6g/l), many minor and trace elements (Sr, Si, Br, Fe, Li, As, Rb, Mn, U…) and CO2 (230mg/l). This study aims to improve knowledge on the functioning of the hydrothermal system in alpine setting and more precisely on the springs area in the valley. An interdisciplinary approach associating geology, hydrogeochemistry, and hydrodynamic was carried out.The literature data and geological field work allowed to determine the hydrogeological potential of local rock formations and to identify the deep tectonic fault which drains thermal groundwater towards the surface. Thermal groundwater rises along the thrust fault which divides the south of the Moûtiers unit and intersects the Salins valley in the spring area.The hydrodynamic study is built on variation analysis of hydrodynamic (water level, flow rate) and of physico-chemical (temperature, conductivity) parameters in water from thermal springs and subsurface aquifers, in long-term and during induced disturbance. The hydrodynamic functioning of the springs area consists of a pressure balance between the hydrothermal upwelling and subsurface aquifers (alluvial system and valley side rocks). This relationship is sensitive to the exploitation process of the thermal water and controls mixing processus at springs.Study of water-rock and water-gas interactions was carried out from analysis of major, minor and trace elements in water and in precipitated muds in addition with isotopic analyses (δ18O, δ2H et δ13CCMTD), for deep thermal and cold shallow groundwaters. The mineralization of deep groundwater results of interaction with dolomitic limestone and quartzite of the Moûtiers unit and evaporites (anhydrite, gypsum and halite) present along thrusts. The deep circuit would reach 2km depth, allowing groundwater to acquire a temperature of 60°C and CO2 magmatic from basement. The poorly mineralized both alluvial and valley side waters have not been differenciated in mixing processes with thermal groundwaters.This thesis provides news hypotheses about the infiltration area and additional knowledge on the functioning of the hydrothermal system. Contributions on the springs area allowed to estimate the sensitivity of resource and to propose recommendations to operators of the thermal activity to develop a deep borehole for sustainable management of the resource.

Cette thèse de doctorat se focalise sur la fin du Précambrien, le Néoprotérozoïque, une période charnière dans lhistoire de la Terre, par létude dunités ophiolitiques datées entre 800 et 700 Ma. Les travaux présentés ici portent sur létude pétrographique, géochimique et magnétique des serpentinites de ces ophiolites. Associées à des sutures panafricaines en bordure des cratons ouest africain et amazonien, ces ophiolites sont les témoins des subductions et de la lithosphère océanique associées à la dislocation du supercontinent Rodinia. Létude de ces ophiolites permet de proposer des contextes de formation pour ces sections de lithosphère océanique. Une autre question à lorigine de ce travail était : Létude de la serpentinisation et de lhydrothermalisme associé permet-elle dapporter des contraintes sur le paléoenvironnement océanique ? Les travaux sur les serpentinites et les roches mafiques associées des unités ophiolitiques de lAraguaia belt (757 ± 49 Ma1, Brésil) constituent la première étude géochimique réalisée sur ces unités. La chimie des spinelles couplée à des travaux de modélisation géochimique, portant essentiellement sur les concentrations en REE, attestent dun protolithe hautement réfractaire, ayant enduré entre 14 et 24 % de fusion partielle. Ces travaux témoignent aussi de laffinité abyssale de ces serpentinites, confirmée par les signatures N-MORB et E-MORB des basaltes associés. Il apparait que la serpentinisation de ces unités sest probablement opérée en deux temps, en domaine océanique, puis par interaction avec des fluides dérivés des sédiments encaissants, aboutissant à de forts enrichissements en LILE, en B et en Li dans ces serpentinites. Finalement, nous proposons que ces sections de lithosphère océanique, ainsi que les métasédiments les abritant (Tocantins group), soient les reliques dune transition océan-continent (TOC) en bordure est du craton amazonien. Les études de terrain, pétrographiques et géochimiques sur les sections ophiolitiques de Khzama (762 ± 2 Ma2) et dAït Ahmane (Anti-Atlas, Maroc) ont dans un premier temps permis de confirmer le lien supposé entre ces deux ophiolites. Les spinelles des serpentinites de ces unités sont caractérisés par des Cr# très élevés et des Mg# bas témoignant dun protolithe ayant enduré des taux de fusion supérieurs à 25 %, confirmant leur affinité avec la zone de subduction anti-atlasique. Ceci est corroboré par de très faibles concentrations en éléments incompatibles comme Al, Ti, HREE et HFSE. Le contexte le plus probable concernant la genèse de ces sections de lithosphère est ainsi un même centre daccrétion arrière-arc intra-océanique, à la marge du supercontinent Rodinia. Létude comparative des serpentinites de ces ophiolites a aussi permis de mettre en évidence en évidence lintérêt des mesures magnétiques pour tracer le degré daltération des spinelles chromifères dans les serpentinites, approche pouvant être étendue à dautres types de roches. Notamment, nous montrons que la Cr-magnétite et la ferritchromite peuvent être identifiées à laide des mesures de susceptibilité magnétique en chauffe. Enfin, lassociation des méthodes magnétiques, pétrographiques et géochimiques nous permet de proposer un modèle concernant la formation des veines de magnétite massives de lunité dAït Ahmane Nord. Nous montrons que le triptyque : serpentinites et spinelles altérés et veines de magnétite centimétriques, constitue un système hydrothermal abyssal fossile, de type fumeur noir. Dans ce contexte, les compositions isotopiques en oxygène des veines de magnétite permettent de proposer une valeur du 18O des océans néoprotérozoïques profonds de -1.33 ± 0.98 (VSMOW), soit une valeur très similaire à lactuel (entre -1 et +1 VSMOW). Elle tranche aussi le débat sur lévolution du 18O des océans au cours des temps géologiques en attestant dune constance de celui-ci, au moins depuis le Néoprotérozoïque. / This Doctoral thesis focus on the end of the Precambrian, the Neoproterozoic, a pivotal period in the Earth history, by the study of ophiolitic units dated between 800 and 700 Ma. This work essentially deals with the petrography, geochemistry and magnetism of serpentinites from these ophiolites. They are associated with Panafrican orogenic belts along the West African and the Amazonian cratons and witnesses the subductions and the oceanic lithosphere associated to the break-up of the supercontinent Rodinia. The study of these neoproterozoic ophiolites allowed us to propose the formation settings for these sections of oceanic lithosphere. Another question behind this work is: Does the study of serpentinization and associated hydrothermalism allows one to provide constraints on the oceanic paleoenvironment? Work on the serpentinites and associated mafic rocks from the Araguaia belt ophiolitic units (757 ± 49 Ma1, Brazil) constitute the first geochemical study realized on these units. The Cr-spinel chemistry coupled with geochemical modeling, concerning essentially the REE concentrations, attest to a highly refractory protolith that endured between 14 and 24% of partial melting. This work also indicate an abyssal affinity (i.e. MOR rather than SSZ) of these serpentinites, which is confirmed by the N-MORB and E-MORB geochemical signature of the associated basalts. It appears that the serpentinization of these units probably took place in two steps, first in oceanic domain and then by interaction with fluids derived from the surrounding sediments after obduction, leading to strong LILE, B and Li enrichments in the serpentinites. Finally, we propose two potential settings concerning the origin of the sections of oceanic lithosphere presently found in the Araguaia belt: (1) an ocean-continent transition or (2) slices of a more mature lithosphere trapped into an accretionary wedge. Fieldwork, petrography and geochemical analysis on serpentinites from the Khzama (762± 2 Ma²) and Aït Ahmane ophiolitic sections (Anti-Atlas, Morocco) firstly allowed to confirm the supposed link between these two ophiolites. Cr-spinels in serpentinites from these units are characterized by very high Cr# and low Mg# testifying of a protolith having endured partial melting greater the 25%, confirming their affinity with the anti-atlasic subduction zone. This is corroborated by very low incompatible element concentrations such as Al, Ti, HREE and HFSE. Thus, the most likely setting for the genesis of these sections of lithosphere is a same intra-oceanic back-arc spreading center at the margin of the Rodinia supercontinent. The comparative study of all studied serpentinites from Neoproterozoic ophiolites in different settings also demonstrates the ability of magnetic measurements in monitoring the Cr-spinel alteration degree, a method which can be extended to other types of rocks. In particular, we show that Cr-magnetite and ferritchromite can be identified using thermomagnetic curves. Finally, the association of magnetic, petrographic and geochemical methods allows us to propose a model concerning the formation of the massive magnetite veins of the North Aït Ahmane unit. We show that the triptych consisting in: altered serpentinites, spinels and centimetric magnetite veins, results from a fossil, black smoker type, abyssal hydrothermal system. In this context, the oxygen isotopic compositions of the magnetite veins provide a 18O value of the deep Neoproterozoic oceans of -1.33 ± 0.98 (VSMOW), a value that is very similar to the current one (between -1 and +1 VSMOW). It also settles the debate on the evolution of the 18O of the oceans during geological time, attesting of its consistency, at least since the Neoproterozoic.

Cette thèse de doctorat se focalise sur la fin du Précambrien, le Néoprotérozoïque, une période charnière dans l'histoire de la Terre, par l'étude d'unités ophiolitiques datées entre 800 et 700 Ma. Les travaux présentés ici portent sur l'étude pétrographique, géochimique et magnétique des serpentinites de ces ophiolites. Associées à des sutures panafricaines en bordure des cratons ouest africain et amazonien, ces ophiolites sont des vestiges des subductions et de la lithosphère océanique associées à la dislocation du supercontinent Rodinia. L'étude de ces ophiolites permet de proposer des contextes de formation pour ces sections de lithosphère océanique. Une autre question à l'origine de ce travail était : L'étude de la serpentinisation et de l'hydrothermalisme associé permet-elle d'apporter des contraintes sur le paléoenvironnement océanique ? / This Doctoral thesis focus on the end of the Precambrian, the Neoproterozoic, a pivotal period in the Earth history, by the study of ophiolitic units dated between 800 and 700 Ma. This work essentially deals with the petrography, geochemistry and magnetism of serpentinites from these ophiolites. They are associated with Panafrican orogenic belts along the West African and the Amazonian cratons and witnesses the subductions and the oceanic lithosphere associated to the break-up of the supercontinent Rodinia. The study of these neoproterozoic ophiolites allowed us to propose the formation settings for these sections of oceanic lithosphere. Another question behind this work is: Does the study of serpentinization and associated hydrothermalism allows one to provide constraints on the oceanic paleoenvironment?