L'eau tensile est de l'eau liquide métastable qui persiste dans le champ de stabilité de la vapeur à pression négative, sa durée de vie est finie. Des états de traction de l'eau jusqu'à -1400 bar ont été mesurés de façon spécifique dans des micro-inclusions intracristallines. La nucléation de vapeur (Tn) marque le retour à l'équilibre. Les effets destructeurs liés à la rupture d'états transitoires d'eau tensile sont observés dans le milieu naturel : explosions phréato-magmatiques, geysers. Modéliser la cinétique de l'eau métastable est fondamental pour gérer les risques qui lui sont associés. Des inclusions fluides synthétiques (IF) de composition et de densité connues, piégées dans du quartz, ont été placées dans le champ métastable par refroidissement isochore et leurs gammes de métastabilité ont été mesurées. On montre que la traction maximale de l'eau dans chaque IF dépend de son volume et de sa forme, de la méthode de synthèse de l'IF, de la chimie des solutions occluses. Des expériences de durée de vie ont été ensuite réalisées sur des IF placées de 0,5° à 10°C au-dessus de leurs Tn. Les 8 IF choisies rende nt compte de la diversité des formes, des volumes, des densités et gammes de traction observées. Les résultats montrent que la durée de vie de l'eau tensile en IF est d'autant plus courte que la traction de l'eau est plus forte. Une loi empirique est proposée qui permet de calculer la durée de vie de la métastabilité pour chaque IF de Tn et volume fixés. Par ailleurs, nos données peuvent être rendues compatibles avec la Théorie Classique de la Nucléation. Nos résultats montrent que l'eau dans les réservoirs poreux naturels peut rester métastable pendant des durées géologiques et ainsi, contrôler les interactions fluides-roches dans la croûte.

Mémoire (M.Sc.A.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1986. / "Mémoire présenté en vue de l'obtention d'un diplôme de M.Sc.A." CaQCU Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (D.R.Min.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 1994. / Bibliogr.: p. 167-184. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Th. Univ.--Géol. structurale-Métallogénie--Nancy 1, 1990. / Bibliogr. p. 159-170.

Les réseaux hydrographiques sont les principaux vecteurs de l'érosion des reliefs et de transport des sédiments jusqu'aux bassins. Leur développement, contraint par la tectonique et le climat, est au coeur des recherches sur l'évolution des chaînes de montagnes. Or, la dynamique et la stabilité des réseaux de drainage dans les bassins d'avant-pays, soumis à la subsidence flexurale et à la tectonique locale, restent mal connus. Cette étude s'intéresse à la formation et la dynamique érosive du réseau de drainage du bassin d'avant-pays du SE de la France en lien avec l'exhumation des Alpes occidentales à l'Eocène-Miocène basal (45-20 Ma). Les résultats sédimentologiques et structuraux montrent que ce réseau a été formé précocement au cours de la subsidence du bassin à la faveur de la tectonique compressive régionale. Les sédiments Eocènes déposés dans les paléo-vallées reflètent d'abord un réseau local. A l'Oligocène, l'exhumation des Alpes induit l'extension du réseau jusqu'aux massifs internes alors en érosion. Les galets exotiques déposés dans le bassin contiennent des fractures dévoilant une circulation complexe d'eau (probablement météorique) dans les Alpes. L'étude géochimique des inclusions fluides indique que cette eau a été piégée dans ces veines sous environ 2 km de roches, suggérant l'altitude des reliefs alpins à l'Oligocène. Aujourd'hui, le réseau hydrographique réemprunte en partie les vallées Miocènes, indiquant une relative stabilité de sa géométrie depuis 25 Ma, malgré une activité tectonique constante. Ces résultats peuvent servir de contrainte aux modèles d'évolution des réseaux hydrographiques dans les bassins à différentes échelles spatio-temporelles / Drainage networks represent the main vectors of erosion of topographies and transport of sediments toward the basins. Their development is constrained by both tectonics and climate, and thus represents the focus of research of mountain belt evolution. However, in foreland basins, the drainage network dynamics and stability are still not well understood due to the overlapping effect of local tectonic activity on the flexural subsidence. This study focus on the formation and on the erosive dynamics of the drainage network in the French South Alpine Foreland Basin that is related to the Western Alps exhumation during the Eocene-early Miocene (45-20 Ma). Combined sedimentological and structural results show that the drainage network has been tectonically-formed during the early stage of subsidence of the basin due to the regional compressional stress. Primarily, the Eocene sediments deposited in the palaeovalleys highlight a local network. During the Oligocene, the Alps exhumation induces the development of the network to the internal massifs that are then eroded. Some exotic pebbles deposited in the basin contain veins that evidence for a complex water circulation (probably meteoric water) within the Alps. The geochemical study of fluid inclusions indicates that the water has been trapped under about 2 km of rocks suggesting the altitude of the alpine reliefs at the Oligocene. Despite a constant tectonic activity, the modern drainage network partially uses the Miocene palaeovalleys that suggest a geometrical stability since about 25 Ma. These results can serve to constrain the various models of drainage network evolution in basins at different space and time scales

Les circulations de fluides aux interfaces entres les socles cristallins et leur couvertures sédimentaires sont des événements majeurs de transferts élémentaires dans la croûte. Dans de nombreux contextes, des fluides de bassins peuvent pénétrer dans les socles de faible perméabilité, interagir avec eux, y lessiver des métaux, et donner lieu à des concentrations métalliques, notamment en Pb, Zn, Cu, Ag et U. Les gisements d’uranium de type discordance du bassin d’âge protérozoïque de l’Athabasca (Canada), sont des témoins essentiels de ce type de circulations de fluides, et sont des objets modèles pour comprendre les mécanismes et les conséquences de tels événements. Les inclusions fluides permettent d’échantillonner et d’analyser directement les paléofluides. Malgré les difficultés d’analyse, ces objets de taille micrométriques apportent des informations importantes sur les propriétés des fluides. Les techniques d’analyse disponibles (microthermométrie, LA-ICP-MS, écrasement-lessivage, écrasement sous vide) permettent de reconstituer la température, la pression, la composition chimique détaillée des fluides, dont les teneurs en métaux, ainsi que la composition isotopique de l’hydrogène de l’eau, du chlore et du carbone du CO2 dissous. De plus, l’analyse de la composition isotopique de l’oxygène et du carbone des minéraux dans lesquels sont piégées les inclusions fluides apporte des informations complémentaires sur la température des fluides et les interactions fluides-roches. Cette approche a été utilisée sur six gisements d’uranium du Bassin de l’Athabasca, et a permis d’apporter les résultats suivants, potentiellement généralisables à l’ensemble du bassin. (1) Deux saumures, une calcique et une sodique ont circulé et se sont mélangées à la base du bassin et dans le socle au cours de la formation des gisements à environ 150 ± 30°C. (2) Ces deux saumures ont transporté de l’uranium, dont les concentrations exceptionnelles et très hétérogènes (entre 0.2 et 600 ppm) indiquent qu’il a été lessivé dans le socle. (3) Ces saumures ont une origine commune et se sont formées essentiellement par évaporation en surface de l’eau de mer, et mélange avec des fluides issus de la dissolution de minéraux évaporitiques. (4) La saumure calcique s’est formée par interaction entre la saumure sodique et les roches du socle. (5) Les interactions des saumures avec les minéraux et le graphite du socle, la radiolyse de l’eau, et la synthèse de bitumes ont contrôlé la composition isotopique en oxygène, hydrogène et carbone de ces saumures. / Fluid circulations between crystalline basements and their sedimentary covers are major events for element transfer in the crust. In numerous settings, basinal fluids penetrate the low-permeability basement, interact with basement lithologies, leach metals, leading to metal concentrations, notably Pb, Zn, Cu, Ag and U. Unconformity-related uranium deposits from the Proterozoic Athabasca Basin (Canada) are crucial witnesses and useful tools for the understanding of mechanisms and consequences of such fluid events. Fluid inclusions allow us to directly sample and analyze paleofluids. Despite analytical difficulties, these micrometer size objects provide key information on fluid properties. Available analytical techniques (microthermometry, LA-ICP-MS, crush-leach, in-vacuo crushing) provide reconstruction of temperature, pressure, detailed fluid chemistry, including metal concentrations, as well as isotopic composition of water hydrogen, chlorine and of dissolved CO2 carbon. In addition, analysis of isotopic composition of oxygen and carbon from minerals in which fluid inclusions are trapped provide supplementary information on fluid temperatures and fluid-rock interactions. This approach was used on six uranium deposits from the Athabasca Basin and provided the following results, which can be potentially generalized to the entire basin. (1) Two brines, a calcium-rich brine and a sodium-rich brine have circulated and mixed at the base of the basin and in the basement at the time of formation of uranium deposits, at temperature close to 150 ± 30°C. (2) Both brines have transported uranium, whose exceptional and highly heterogeneous concentrations (0.2 to 600 ppm) indicate that it was leached in the basement. (3) Both brines share a common origin and were formed mainly by surface evaporation of seawater and mixing with fluids originating from dissolution of evaporitic minerals. (4) The calcium-rich brine was formed by interaction between the sodium-rich brine and basement lithologies. (5) Interaction with basement minerals and graphite, water radiolysis, and bitumen synthesis were the main controls on the oxygen, hydrogen and carbon isotopic composition of brines.

A l'Est du Bassin de Paris, la superposition de roches sédimentaires aux propriétés hydrauliques, thermiques et mécaniques contrastées forme un système géologique compartimenté. Les séries aquifères du Jurassique moyen et supérieur et du Trias (faciès Buntsandstein) sont séparées par des niveaux aquitards constitués d'évaporites et d'argiles, parmi lesquelles la succession callovo-oxfordienne épaisse de 150 m, sélectionnée par l'agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra). Retracer l'histoire thermique des séries sédimentaires mésozoïques et lier cette histoire aux processus d'interactions fluides-roches ayant modifié les propriétés pétrophysiques des formations perméables constitue la problématique centrale de ce travail de thèse. Ce mémoire présente, dans une première partie, une synthèse de l'évolution thermique des séries mésozoïques, s'appuyant sur des données géothermométriques (réflectance de la vitrinite, isomérisation des biomarqueurs moléculaires, inclusions fluides) et sur la modélisation numérique du bassin. Dans une seconde partie, les propriétés physico-chimiques des paléo-fluides ayant percolé dans les aquifères carbonatés du Jurassique moyen et supérieur sont recherchées à l'aide des teneurs en éléments traces et de la composition isotopique (d18O, d13C, 87Sr/86Sr) des phases minérales authigènes, couplée aux mesures de chlorinité et des rapports D/H des eaux piégées en inclusions fluides. Dans les grès du Trias, les datations K-Ar de fractions granulométriques riches en illite documentent deux périodes de cristallisation à 179.4 ± 0.8 Ma et 149.4 ± 0.3 Ma, respectivement durant le Lias et à la période fini-Jurassique / début Crétacé / In the eastern Paris Basin, the succession of sedimentary rocks with variable hydro-thermo-mechanical properties leads to a compartmentalization of the system. Three aquifer units - the Middle and Upper Jurassic limestones and the Lower Triassic sandstones - are apart from each other by very low-permeable evaporites and clay-rich successions, among which the Callovian-Oxfordian claystones currently investigated by the French national radioactive waste management agency (Andra). This PhD thesis deals with the thermal history reconstruction and the fluid-rock interactions in the Mesozoic series through a multidisciplinary approach. In the first part of the manuscript, the P-T evolution of the Mesozoic series is documented based on thermal indicators (vitrinite reflectance, biomarker isomerization, fluid inclusions) and numerical modeling. In the second part, major and trace element concentrations (including REE) and isotopic compositions (d18O, d13C and 87Sr/86Sr) of authigenic minerals and fluid inclusions were used to estimate the origin of paleo-fluids and their evolution through water-rock interactions. In the Lower Triassic sandstones, K-Ar dating of authigenic illite documents two periods of crystallization at 179.4 ± 0.8 Ma and 149.4 ± 0.3 Ma

La thèse s'appuie sur une cartographie et un échantillonnage structural et pétrographique systématique dans une zone de l'Himalaya Central du Népal, entre les transversales de la Kali Gandaki à l'Ouest (E83°30') de la Trisuli Gandaki à l'Est (E85°20'), sur une surface d'environ 9000 km2. Cette zone correspond essentiellement aux formations métamorphiques du Moyen Himalaya et du Cristallin du Haut Himalaya, séparées par un chevauchement majeur et omniprésent en Himalaya, le Grand Chevauchement Central (ou MCT). La thèse est découpée en quatre parties, traitant respectivement de la lithologie des grands ensembles structuraux, du métamorphisme puis de la déformation dans la zone du MCT, et enfin d'une synthèse sur la nature et le fonctionnement du MCT. La première partie commence par une description des formations qui composent le Cristallin du Haut Himalaya, que l'on peut ici subdiviser en trois formations, métapélites alumineuses à la base, gneiss à minéraux calciques au dessus, orthogneiss (anciens granites à env. 500 Ma) au sommet. On montre qu'il y a d'importantes variations d'épaisseur latérale (épaisseur totale augmentant de 5 à 12 km d'Ouest en Est). Les formations du Moyen Himalaya (Formations du Moyen Pays Népalais), en dessous du MCT, sont séparées en deux ensembles : ensemble inférieur, série de grès épaisse de 2000 à 4000m, se terminant par des niveaux quartzitiques, et dessinant un grand anticlinal; ensemble supérieur, comprenant de manière caractéristique des niveaux carbonatés et carbonés (schistes noirs), préservé sur les flancs Nord et Sud de l'anticlinal. Au Sud, le métamorphisme et la déformation sont peu intenses, et l'auteur propose que ces formations soient la suite stratigraphique normale (la couverture) de l'ensemble gréso-quartzitique inférieur. Des restes de fossiles sont mentionnés dans les schistes noirs, mais non datés. Au Nord, juste sous le MCT, ces formations sont métamorphiques et très déformées (elles sont reprises dans la déformation associée au MCT), mais se parallélisent néanmoins bien avec les formations méridionales. La seconde partie est consacrée à l'étude du métamorphisme dans la zone du chevauchement central, métamorphisme caractérisé par une disposition "inverse" (i.e. métamorphisme décroissant lorsque l'on descend dans la pile structurale) qui a intrigué de longue date les géologues himalayens. Un inventaire systématique des minéraux et paragénèses minérales est effectué, une attention toute particulière étant donnée au calage des minéraux de métamorphisme par rapport à la déformation. Ceci permet de définir cartographiquement différentes zones métamorphiques et les isogrades qui les séparent. L'amplitude du relief permet de déterminer la géométrie 3D de ces isogrades, qui sont en première approximation parallèles au MCT. Les conditions P-Tp associées sont définies par l'étude des paragénèses des roches alumineuses dans le système KFMASH. Les équilibres chloritoïde-grenat-disthène sont particulièrement discutés. Un trajet P-Tp à travers la zone du MCT est établi, trajet qui ne montre pas de discontinuité au passage du MCT, et un fort gradient thermique en dessous du MCT. Les données métamorphiques (thermiques, structurales, à échelle du minéral et à échelle de la carte) permettent ainsi d'établir le lien entre métamorphisme inverse et fonctionnement du MCT. Les données thermobarométriques tardi-métamorphiques sont précisées par une étude systématique des inclusions fluides (à H2O +/- CO2 et sels) contenues dans les lentilles de quartz d'exsudation syn-schisteuses. L'auteur montre que la structure barométrique dans la zone du MCT ne peut s'expliquer sans impliquer une forte érosion syn-fonctionnement du MCT. La troisième partie détaille la déformation de part et d'autre du MCT, de l'échelle de l'affleurement jusqu'à l'échelle du réseau : l'importance des structures mésoscopiques à symétrie monoclinique est soulignée, en particulier les amandes métriques à millimétriques associant plan de cisaillement et plan d'aplatissement. Une étude systématique de l'orientation préférentielle des axes C du quartz dans les niveaux de quartzites a été réalisée (en collaboration avec J.L. Bouchez) : comme à échelle de l'affleurement ou de la lame-mince, la fabrique de réseau a une symétrie monoclinique prédominante, de plus en plus forte quand on se rapproche du MCT. Cette partie décrit donc un certain nombre de structures de cisaillement, pour certaines inédites à l'époque, et les utilise pour montrer que le MCT n'est pas un simple chevauchement, mais une zone de cisaillement hétérogène d'épaisseur plurikilométrique. La quatrième partie récapitule les principaux éléments nouveaux apportés à l'histoire thermique et structurale du MCT. Toutes les nouvelles données du travail confirment la relation causale entre MCT et métamorphisme inverse, et ont des implications sur le caractère thermique chaud de la croûte indienne lors du chevauchement, et sur l'importance du rôle de l'érosion. Le modèle du "fer à repasser" (P. Le Fort) proposé à l'époque pour expliquer ce métamorphisme inverse est discuté et ses limites soulignées.

Un des enjeux majeurs en Science de la Terre ces dernières décennies est de comprendre les interactions entre les différentes enveloppes terrestres. Le but poursuivi par ce travail est d’aborder quelques aspects de ces interactions du point de vue des cycles géochimiques des éléments volatils H2O et CO2 en se basant sur l’étude des inclusions fluides piégées dans des roches variées de la croûte terrestre, depuis sa surface jusqu’à l’interface croûte–manteau. La première partie de mon travail présente des travaux expérimentaux effectués sur de la halite. L’étude du fractionnement isotopique de l’oxygène et des cinétiques d’équilibration entre H2O et CO2 lors de l’évaporation de saumures a montré l’importance des corrections à effectuer sur les mesures isotopiques de l’oxygène pour des solutions de haute salinité. L’élaboration d’un protocole expérimental de précipitation de halite en milieu contrôlé a permis de mettre en évidence le potentiel des inclusions fluides pour les reconstitutions paléoclimatiques. La combinaison des données microthermométriques et des compositions isotopiques de l’hydrogène et de l’oxygène des inclusions aqueuses permet d’estimer les sources et la température de l’eau de formation de la halite ainsi que la vitesse du vent à l’interface eau-air pendant la croissance du cristal. Cette méthode a été ensuite appliquée aux dépôts de halite de Sicile datés du Messinien. La deuxième partie de mon travail est consacrée à l’identification des compositions chimiques et des sources des fluides circulant dans la croûte et à l’interface croûte-manteau à travers l’analyse des compositions isotopiques des inclusions fluides des granites et granulites. / One of the major challenges in Earth Sciences during the last decades has been to improve our knowledge of the interaction between the different components of the Earth System. Key aspects to improve the understanding of these processes are the acquisition of new data and the development of models to explain both mass and energy transfer between the deep and superficial components of the Earth system. The goal of this thesis is to study these transfers through the geochemical cycle of volatile elements trapped in fluid inclusions of various materials of the Earth crust. The first part of my work presents experimental study of halite. The study of oxygen isotope fractionation and equilibrium kinetics between H2O and CO2 during the evaporation of brines shows that corrections have to be made on the oxygen isotope measurements for high salinity solutions. The elaboration of an experimental protocol to form halite in controlled environment reveals the potential of fluid inclusions for palaeo climatic reconstructions. Combination of microthermometric data plus hydrogen and oxygen isotopic compositions of aqueous inclusions allows to estimate the sources and the temperature of the parental water of halite as well as the wind speed at the water-air interface during the crystal growth. This method was then applied to the Messinian halite deposits of Sicily. The second part of my work is dedicated to the identification of both the chemical compositions and the sources of fluids circulating in the crust and at the interface crustmantle through the analysis of isotopic compositions of fluid inclusions in granites and granulites.

Les riches gisements filoniens aurifères de Tirek-Amesmessa, situés dans le Sud algérien, sont liés au fonctionnement d'un cisaillement décrochant majeur, (Zone de Cisaillement Est Ouzzalienne, ZCEO) tardi-panafricain ( 540Ma), dont le compartiment ouest est constitué par l'unité granulitique d'In Ouzzal, d'âge archéen, métamorphisée au cours du cycle éburnéen (2Ga) L'étude pétro-structurale régionale, celle des inclusions fluides (microthermomètrie, analyse par sonde Raman), des isotopes stables (C,O,H) et du plomb des galènes, permettent de découper l'histoire des gisements en trois cycles: Cycle 1 : Une longue période de fonctionnement ductile de la ZCEO, accompagnée de l'intrusion de roches basiques syncinématiques, se termine par une altération hydrothermale complexe (bérisites) localisée dans des couloirs de déformation et suivie de la mise en place de filons de quartz. La déformation ductile, évoluant vers le fragile en fin de cycle se focalise de façon croissante dans les quartz. La future zone minéralisée agit comme une structure drainant un type assez constant de fluides à température décroissante (500 à 300°C) et à profondeur assez stable (18 à 15km): fluides aqueux "métamorphiques" contenant une composante carbonique mantélique en relation avec les intrusions basiques syncinématiques. Le cycle Il : correspond à la maturation tectonique du quartz: microfracturation en plusieurs stades au cours de la remontée vers la surface jusque vers 4-5km. Des fluides de type saumures relaient les précédents. Le cycle III : voit la minéralisation aurosulfurée (sphalérite puis galène-or) se déposer en utilisant la microperméabilité créée précédemment. Le dépôt de l'or résulte d'un mélange de fluides (dont des saumures) qui traversent l'unité granulitique selon des circuits de profondeur différente, dans le contexte d'un hydrothermalisme activé par de grandes intrusions acides tardi-tectoniques. La nature des fluides impliqués, les isotopes du plomb des galènes, les teneurs en or des protolithes granulitiques d'In Ouzzal impliquent que ces derniers constituent les roches mères de l'or.