L'écoulement ductile d'une roche, en présence de fluide, peut s'effectuer par transfert de matière autour de domaines constituants cette roche, sous l'effet de différences de contrainte normale, ou de différences d'énergie élastique, plastique, ou de surface. Les stylolites, schistosités, fentes ou cavités colmatées,témoignent de ce fluage par dissolution-cristallisation dans la croûte supérieure. Différents modèles théoriques en ont été établis, avec des vitesses de déformation limitées par chacun des processus successifs de la transformation (cinétique des réactions solide/fluide, ou vitesse des transferts par diffusion ou infiltration). Puis ces modèles ont été testés en distinguant l'effet de plusieurs paramètres (géométrie des domaines, conditions P.T., nature des matériaux, valeurs des coefficients de transfert) . Pour l'aspect expérimental on a réalisé des dissolutions-cristallisations du quartz et de la calcite, autour de cavités ou autour de grains sous contrainte, en maintenant ces minéraux plusieurs mois au contact de fluides chauds et sous pression (eau, Na OH, NH4 CI) . Différentes forces motrices peuvent intervenir (énergie de surface autour des cavités, contrainte normale autour des grains). Différents processus peuvent limiter les vitesses des déformations (cinétique de réaction pour les cavités, vitesse de diffusion pour les grains). Pour l'aspect naturel. des analyses chimiques comparatives au sein de roches à déformation hétérogène (plissement, cisaillement, poinçonnement, boudinage) permettent de faire un bilan des quantités transférées. On montre que !e transfert peut s'effectuer par diffusion ou par infiltration, sous de faibles déviateurs de contrainte, avec une mobilité variable des minéraux selon les conditions P.T . Les possibilités et les conditions du transfert imposent en priorité le type de modèle de dissolution-cristallisation et la vitesse de cette déformation. On discute de l'initiation et du développement des zones de dissolution et de cristallisation et de l'acquisition d'un litage tectonique dont l'orientation, la géométrie et les compositions reflètent les conditions de la déformation. Des applications sont données pour des processus voisins (métamorphisme, diagenèse) et pour des problèmes particuliers (déformation interne des roches, concentration des minéralisations, glissement asismique des failles).

Le complexe granitique de Quérigut (Est de la zone axiale des Pyrénées) a été étudié par de nombreux auteurs, dont le premier et sans doute le plus illustre fut A. Lacroix. Son encaissant, varié, car formé de calcaires, de dolomies, de micaschistes, de gneiss, a été étudié de manière plus ponctuelle. Nous nous sommes intéressés à ce secteur car, contrairement à ce qui se passe autour d'autres granitoïdes pyrénéens comme Salau et Costabonne, on n'avait pas trouvé de skarns minéralisés en scheelite, alors que l'encaissant semblait a priori favorable (contacts granitoïdes intrusifs/calcaire). Les skarns existent néanmoins, sont même parfois minéralisés, mais leur ampleur est dans la plupart des cas très limitée, n'0ffrant aucun espoir d'exploitation fructueuse. Cette énigme a constitué le fil conducteur de notre travail. Mais ce travail a permis également de décrire et de comprendre de nouveaux skarns, les particularités des skarns stériles, la genèse des faciès "contaminés" des granitoïdes, et de progresser dans la connaissance de l'intéressant phénomène hydrothermal que constitue un skarn.

L’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement du soufre dans des fluides hydrothermaux soumis à un métamorphisme de bas grade. Elle est séparée en trois études interconnectées couplant étude naturelle et expérimentale : i) une étude du cycle du soufre dans les évaporites carniennes de la "Nappe des Gypses" des Alpes françaises comme cas d’étude naturelle a été réalisée, ii) une étude de la spéciation du soufre dans les inclusions fluides associées à ces évaporites triasiques, et iii) une étude expérimentale du rôle de la spéciation du soufre sur le mécanisme de la Thermo-Réduction des Sulfates (TSR) et l’altération des hydrocarbures associée. La première étude repose sur le couplage d’une approche pétrographique classique et d’une étude détaillée des inclusions fluides, des isotopes stable (δ34S, δ33S, δ36S, Δ33S, Δ36S, δ13C et δ18O) et de la matière organique dans la "Nappe des Gypses". Ces études couplées ont permis d’identifier le processus de TSR comme la réaction contrôlant le comportement du soufre dans cette formation en système fermé. La seconde étude repose sur une nouvelle approche analytique couplant spectroscopie Raman in-situ et platine microthermométrique permettant de réchauffer jusqu’à 300°C les échantillons (naturel et synthétique). Ainsi, à température >100°C la présence de l’ion radicalaire S3- et d’autres espèces polymériques du soufre (Snx) a été mise en évidence dans la “Nappe des Gypses”. Cette étude confirme le rôle indispensable à la TSR de l’ion S3- et des Snx dans les fluides naturels. Cette étude naturelle a été complétée par une étude expérimentale préliminaire qui a permis de mettre en place de nouveaux protocoles expérimentaux en autoclave et en capillaires de silice couplés à des analyses spectroscopiques et isotopiques. Ceci afin de mieux comprendre le rôle de la spéciation du soufre dans les interactions entre une phase aqueuse et un fluide hydrocarboné lors de la TSR. Cette thèse conduit à une meilleure compréhension du rôle de la spéciation du soufre et son lien avec des composés organiques lors de la TSR en condition métamorphique de bas grade. Cela ouvre de nouvelles perspectives de compréhension des formations géologiques basées sur le couplage d’études géologiques classiques et d’études géochimiques plus fines / The aim of this thesis is to study the sulfur behavior in hydrothermal fluids subjected to low grade metamorphism. It is separated into three interconnected studies linking natural and experimental study: i) a study of the sulfur cycle in the Carnian evaporites of the "Nappe des Gypses" from the French Alps as a natural case study is performed, ii) a study of the sulfur speciation in fluid inclusions associated to these Triassic evaporites, and iii) an experimental study of the role of sulfur speciation on the Thermochemical Sulfate Reduction (TSR) mechanisms and the associated hydrocarbons alteration. The first study is based on the coupling of a classical petrographic approach associated to a detailed study of fluid inclusions, stable isotopes (δ34S, δ33S, δ36S, Δ33S, Δ36S, δ13C and δ18O) and organic matter in the “Nappe des Gypses”. The coupling study allows to identify the TSR process as the reaction controlling the behavior of sulfur in this formation in a closed system. The second study is based on a new analytical approach coupling in-situ Raman spectroscopy and microthermometric stage. This technique allows to heat up to 300°C samples (natural and synthetic). Thus, at temperature >100°C, the presence of the radical ion S3- and other polymeric sulfur species (Snx) is demonstrated in the “Nappe des Gypses”. This study confirms the essential role in the TSR process of S3- and Snx species in natural fluids. This study natural was completed by a preliminary experimental study allowed to set up new experimental protocols in autoclave and fused silica capillaries coupled to spectroscopic and isotopic analyses. This to better understood the role of sulfur speciation in the interactions between an aqueous phase and a hydrocarbons fluid during the TSR. This thesis leads to a better understanding of the role of sulfur speciation and its link with organic compounds during TSR under low grade metamorphic conditions. This opens new perspectives to understand geological formations based on coupling of classical geological studies and finer geochemical studies

Les principales cibles d'exploration pour les gisements d’uranium de type discordance du bassin d’Athabasca (Canada) sont les structures graphiteuses du socle. Toutes ces structures ne sont pourtant pas fertiles et elles présentent des histoires plus ou moins complexes de circulations fluides successives. Cette thèse propose de déconvoluer les caractéristiques propres à chaque évènement de circulations fluides par une étude multidisciplinaire focalisée sur l’exemple de l’environnement proche du gisement de Cigar Lake. Au cours de l’exhumation tardi-orogénique du socle, la formation de failles ductile-cassantes associées à une circulation intense de fluides à C-O-H-N a permis des enrichissements en graphite et une première évolution pétrophysique des zones endommagées. Ces structures du socle particulièrement fragilisées par la déformation cassante fini-Hudsonienne ont pu être réactivées après dépôt du bassin et devenir des lieux favorables à la convection de saumures sédimentaires. La circulation de saumures sodiques dans le socle a favorisé des interactions fluides-roches à l’origine de la solubilisation de l’uranium, d’altérations K-Mg et d’évolution de composition du fluide vers un pôle plus calcique de plus forte salinité. Enfin une méthodologie d’analyse intégrée des compositions élémentaires majeures, traces et isotopiques U-Pb-O sur oxydes d’uranium est proposée, permettant de déconvoluer les effets des évènements fluides ultérieurs sur la minéralisation primaire. Cinq évènements ont ainsi contribué aux caractéristiques actuelles du gisement de Cigar Lake : Un évènement primaire de circulation de saumures à 1290-1380 Ma, à l’origine de l’ensemble du stock d’uranium ; un événement de circulations fluides à ca. 900 Ma à l’échelle régionale qui n’est pas associé à une reprécipitation d’uranium mais a brechifié et perturbé la chimie des oxydes primaires ; deux évènements tardifs de circulations fluides à ca. 340 et 220 Ma qui ont significativement remobilisé le stock primaire d’uranium. Enfin un dernier épisode récent de circulation d’eaux météoriques est à nouveau à l’origine d’un changement de chimie des oxydes antérieurs et d’une remise à zéro des systèmes isotopiques / The main exploration targets for unconformity-related U deposits of the Athabasca Basin are the graphite-rich structures in the basement. But these are not necessarily fertile. They show distinct features expressing specific events of fluid circulations. This study aims, through a multidisciplinary approach, at unravelling the complex history of fluid flow events recorded in the vicinity of the Cigar Lake deposit. During the basement uplift, at the end of the Trans-Hudson Orogeny, the formation of ductile-brittle shear zones associated to the circulation of C-O-H-N fluids led to hydrothermal graphite enrichments and a petrophysical evolution of damages zones. These graphite-rich shear zones that were specifically weakened by the ante-Athabasca brittle reactivation have been reactivated once more after basin deposition allowing the formation of a developed damage zone especially favorable for sedimentary brine convection. Circulations of NaCl-rich brines in the basement led to brine-rock interactions, and subsequent uptake of uranium and other metals from the basement rocks. The latter have subsequently undergone strong K-Mg alteration whereas the NaCl dominated brines evolved toward a CaCl2-dominated composition with higher salinities. Finally, this thesis sets out an integrated methodology allowing to decipher the complex superimposed geochemical signatures of distinct fluid flow events on the primary uranium oxides. Five fluid flow events contributed to the present day state of the Cigar Lake deposit: a primary event of brine circulation occurred at 1290-1380 Ma and is at the origin of the main U stock; a second basin-scale event of fluid flow occurred at ca. 900 Ma, it brecciated and strongly disturbed the deposit; two later events of fluid flow strongly remobilized the deposit at ca. 340 and 220 Ma and greatly contributed to the actual state of the deposit. Finally a last, rather recent event of fluid flow was at the origin of strong chemical changes in the uranium oxides compositions and strong isotopic resetting

Les laves alcalines sous-saturées riches en éléments volatils sont les marqueurs du rôle important des fluides dans le manteau et des interactions fluide-roche et magma-roche, processus clés pour comprendre la dynamique du manteau convectif et les interactions asthénosphère-lithosphère en domaine intracontinental. L’objectif de cette thèse est d’apporter de nouvelles contraintes sur la genèse des magmas alcalins en caractérisant les conditions de cristallisation, la source et les processus de fusion partielle à l’origine des néphélinites à olivine, des néphélinites à pyroxène et des basanites du champ volcanique du Jbel Saghro dans l’Anti-Atlas marocain. L’étude pétrologique et géochimique des roches et des minéraux, couplée à l’analyse des inclusions fluides a permis de contraindre les conditions pré-éruptives des néphélinites de Saghro à 1.7–2.2 GPa et ~1350 °C. Les minéraux montrent que les magmas néphélinitiques sont riches en éléments volatils (Cl, F, S), et les inclusions fluides indiquent que les magmas étaient saturés en fluide riche en CO2 à des pressions > 590 MPa. Les différents assemblages minéralogiques des néphélinites et la présence de xénolites péridotitiques suggèrent une ascension rapide des néphélinites à olivine et des processus plus complexes en profondeur pour les néphélinites à pyroxène. La modélisation des processus de cristallisation fractionnée et de fusion partielle des laves mafiques de Saghro a permis de déterminer qu’elles sont issues de faibles taux de fusion partielle (0.6–2.5 %) d’une péridotite carbonatée enrichie en éléments incompatibles, au niveau de la transition grenat–spinelle (~80–85 km) et en présence d’amphibole. Les néphélinites de Saghro montrent une évolution temporelle avec une légère augmentation du taux de fusion et une diminution de la quantité d’amphibole au résidu des plus anciennes (néphélinites à olivine, 9.6 Ma) aux plus récentes (néphélinites à pyroxène, 2.9 Ma). Les basanites forment un système indépendant des néphélinites et sont issues de taux de fusion plus élevés. Les fortes variations dans leur composition chimique suggèrent qu’elles ont subi de la cristallisation fractionnée lors de leur ascension. Les caractéristiques particulières des néphélinites et basanites de Saghro (enrichissement en éléments incompatibles, anomalies négatives en K, Zr, Hf et Ti, rapports Ca/Al et Zr/Hf élevés) indiquent que leur source a subi un métasomatisme principalement carbonatitique. L’influence de ce métasomatisme est plus forte pour les néphélinites à pyroxène que pour les néphélinites à olivine, impliquant une évolution temporelle de l’intensité du métasomatisme. Ces résultats suggèrent des interactions fluide-roche sous le craton Nord-Ouest Africain, entraînant la formation d'un manteau métasomatisé par des composants carbonatitiques riches en CO2 au niveau de la transition lithosphère-asthénosphère. L’origine du métasomatisme provoquant l’enrichissement de la source et la formation de veines d’amphibole pourrait être liée à la fusion de reliquats de croûte océanique subductée. Les températures de fusion relativement faibles (< 1350 °C) suggèrent l’absence d’anomalie thermique sous le Jbel Saghro, et favorisent donc un modèle de délamination de la lithosphère comme initiateur du volcanisme. Cependant, l’augmentation du taux de fusion partielle au cours du temps, également observée dans le Moyen Atlas, et les similitudes isotopiques et géochimiques avec les laves alcalines des îles Canaries ne permettent pas d’exclure une influence du panache des Canaries sur la source du volcanisme alcalin du Jbel Saghro. / Volatile-rich, silica-undersaturated alkaline lavas record the important role of fluids during fluid-rock and magma-rock interactions in the mantle, which are key processes to understand the dynamics of the convective mantle and lithosphere-asthenosphere interactions in intracontinental settings. The aim of this thesis is to bring new constraints on the genesis of alkaline magmas by characterizing the crystallization conditions, the source and the partial melting processes taking part in the genesis of olivine nephelinites, pyroxene nephelinites and basanites from the Jbel Saghro volcanic field in the Moroccan Anti Atlas. The petrological and geochemical study of rocks and minerals coupled with the analysis of fluid inclusions constrains the pre-eruptive conditions of Saghro nephelinites to 1.7–2.2 GPa and ~1350 °C. Minerals show that nephelinitic magmas are rich in volatile elements (Cl, F, S), and fluid inclusions indicate that magmas were saturated with a CO2-rich fluid at pressures > 590 MPa. The various mineralogical assemblages and the presence of peridotite xenoliths suggest a rapid ascent for olivine nephelinites and more complex processes at depth for pyroxene nephelinites. Fractional crystallization and partial melting modelling of Saghro mafic lavas indicate that they are low-degree melts (0.6–2.5 %) of an amphibole-bearing carbonated peridotite enriched in incompatible elements, at the garnet-spinel transition (~80–85 km). Saghro nephelinites display a temporal evolution with a slight increase of the degree of melting and a decrease of the amount of residual amphibole from the oldest (olivine nephelinites, 9.6 Ma) to the most recent (pyroxene nephelinites, 2.9 Ma). Basanites form a system that is independent from nephelinites and are slightly higher-degree melts. Important variations in their chemical composition suggest variable amounts of fractional crystallization during ascent. The peculiar characteristics of Saghro nephelinites and basanites (enrichment in incompatible elements, negative anomalies in K, Zr, Hf and Ti, high Ca/Al and Zr/Hf ratios) indicate that their source was affected by carbonatitic metasomatism. The influence of this metasomatism is stronger for pyroxene nephelinites than for olivine nephelinites. These results suggest fluid-rock interactions beneath the Northwest African Craton, leading to the formation of a metasomatized mantle by CO2-rich carbonatitic components at the lithosphere-asthenosphere transition. The origin of the metasomatism inducing source enrichment and the formation of amphibole veins could be attributed to the melting of relict subducted oce anic lithosphere. The relatively low melting temperatures (< 1350 °C) suggest the absence of a thermal anomaly beneath the Jbel Saghro, and thus support a lithosphere delamination model as precursor of Saghro volca0,3nism. However, the increasing degree of partial melting over time, also observed in the Middle Atlas, together with the isotopic and geochemical similarities with Canary Islands alkaline lavas does not allow us to discard the influence of a deviation of the Canary mantle plume beneath northwest Africa.

Dans les réservoirs silicoclastiques, la perte de porosité avec l'enfouissement est due à la fois à la compaction mécanique lors des 2-3 premiers kilomètres d'enfouissement, à la compaction chimique, et à la précipitation minérale (quartz, argiles, carbonates). Dès lors, la compréhension des processus responsables de l'inhibition de la compaction et/ou de la cimentation représente un triple enjeu: i) contribuer à la connaissance des mécanismes d'interactions eau-hydrocarbures-solides en milieu diagénétique profond; ii) apporter de nouveaux arguments pour reconstituer les chemins de migration des fluides à l'échelle du bassin iii) développer des guides de prospection pour l'industrie pétrolière. Les techniques analytiques telles que la pétrographie quantitative, les inclusions fluides ainsi que les modélisations diagénétiques et de bassin ont été couplées afin de comprendre les processus régissant le contrôle de la qualité du réservoir du Brent (Jurassique Moyen) à travers 8 champs pétroliers (et 11 puits) dans le bloc Q3 (Viking Graben, Northern North Sea). L'étude pétrographique quantitative du réservoir du Tarbert a permis de définir des compositions minéralogiques et des paramètres pétrophysiques (porosité) relativement similaires sur les 183 échantillons étudiés. Une paragenèse diagénétique commune à tous les champs étudiés a été établie, dominée par les ciments de quartz, de deux générations de kaolinite (K1, associée à la déstabilisation des micas et K2, associée à la dissolution des feldspaths potassiques), et de précipitation d'illite. L'approche comparative des ciments d'enfouissement n'a pas permis de rendre compte des larges gammes de porosité et perméabilité mesurées allant de 8 à 27 % et de 0,2 à 5000 mD. Contrairement au modèle diagénétique souvent évoqué, l'inhibition des ciments de quartz ne joue pas un rôle majeur dans la préservation de la porosité des réservoirs du bloc Q3. Les estimations P-V-T-X-t du piégeage des inclusions fluides couplées au modèle de bassin ont permis de reconstituer trois chemins de migration des fluides aqueux et hydrocarbonés associés à la mise en place de surpressions fluides au sein des réservoirs du Tarbert. 1) La partie Nord de la kitchen du Viking Graben alimente les champs de Hild, Jura et Islay en huiles légères très précocement (65-42 Ma) et en gaz à condensat à partir de 35-15 Ma. Ces deux migrations sont associées à une montée en surpression fluide du réservoir de 100 à 200 bar. 2) la partie Est de la kitchen de l'East Shetland alimente les champs d'Alwyn, Dunbar, et Grant en huiles lourdes à légères à partir de 42-35 Ma, associée à une faible surpression fluide (30-40 bar). 3) la partie Sud de la kitchen de l'East Shetland (longue distance de migration) alimente quant à elle les champs de Forvie Central et North très tardivement en gaz à condensat (> 15 Ma). Le timing relatif entre la mise en place de la surpression fluide et l'avancement de la compaction mécanique/chimique s'est révélé être le paramètre de premier ordre régissant la préservation de la porosité des réservoirs observée dans le bloc Q3. La présence d'inclusions hydrocarbonées atypiques HT-BP (haute température-basse pression) datées du Jurassique supérieur dans les champs proches du Viking Graben, pourrait être à l'origine d'une génération d?hydrocarbures très précoce sous un régime de pression hydrostatique. Bien que n'ayant aucun impact sur l'inhibition de la contrainte effective, cette migration fluide pourrait être attribuée aux anomalies thermiques du Nord-Ouest de l'Europe liée à l'ouverture de l'Atlantique Nord. Le couplage des outils de pétrographie quantitative, inclusions fluides et modélisation de bassin a donc permis de soulever l'importance d'intégrer une vision régionale à l'étude ponctuelle de la diagenèse dans le but de comprendre le rôle des migrations fluides sur la préservation de la qualité des réservoirs silicoclastiques / In siliciclastic reservoirs, porosity loss is mainly due to the mechanical compaction in the first 2-3 km of burial, the chemical compaction and mineral precipitation (quartz, clays, carbonates). Therefore, understanding the processes responsible of the inhibition of compaction and/or cementation permits to: i) contribute to the knowledge of the water-hydrocarbon-solid interaction mechanisms in deep diagenetic environment, ii) give new arguments for the reconstruction of fluid pathways at the basin scale iii) assist the oil industry for the intensive exploration. Analytical techniques such as quantitative petrography, fluid inclusion and basin/diagenesis modelling were coupled across 8 oil fields (and 11 wells) located in the Q3 block (Viking Graben, Northern North Sea) in order to understand the processes driving the variation of the Brent reservoir quality (Middle Jurassic). Quantitative petrographic study of Tarbert reservoir allowed to define similar depositional settings (mineralogy, porosity) among the 183 studied samples. The common diagenetic paragenesis is dominated by quartz cement, two generations of kaolinite (K1, associated with the destabilization of micas and K2, associated with the dissolution of feldspars), and precipitation of illite. The petrographic data do not explain the wide range of measured porosity and permeability on plugs from 8 to 27% and from 0.2 to 5000 mD respectively. In contrast with the conventional diagenetic model, the present study shows that inhibition of quartz cements did not play a major role in the preservation of porosity in the Q3 block. P-V-T-X-t estimates of fluid inclusion trapping coupled with basin modelling allowed reconstruction of three fluid migration pathways, associated with fluid overpressures in the Tarbert reservoir. 1) The northern part of the Viking Graben kitchen supplies Hild, Jura and Islay fields with an early migration of light oils (65-42 m.y.) and condensate from 35-15 m.y. Both migrations are associated with a great fluid overpressure from 100 to 200 bar. 2) The eastern part of the East Shetland kitchen supplies Alwyn, Dunbar, Grant fields, with heavy to light oils from 42-35 m.y., associated with a low fluid overpressure (30-40 bar). 3) The southern part of the East Shetland kitchen (long distance migration) supplies Forvie North and Central fields with a very late gas condensate migration (> 15 Ma). The relative timing of the fluid overpressure build-up with the degree of mechanical and chemical compaction appears to be the first order parameter governing the preservation of reservoir porosity across the Q3 block. The presence of unusual HT-LP (high temperature-low pressure) hydrocarbon inclusions in the fields near the graben could indicate an early heavy oil generation under hydrostatic pressure conditions. Although having no impact on the inhibition of effective stress, this high-temperature fluid migration could be attributed to thermal anomalies in the Northwest of Europe related to the North Atlantic opening. The combination of quantitative petrography, fluid inclusion and basin modelling allowed to point out the impact of regional fluid migrations on the well scale diagenesis and on the siliciclastic reservoir quality preservation

Dans l’étude de la diagenèse des formations silico-clastiques ou carbonatées, il est souvent difficile de contraindre la température et l’âge des différents épisodes de cimentation ou de recristallisation. Le premier objectif de ce travail de thèse était de tester le potentiel de deux outils isotopiques récents (le géothermomètre des « clumpedisotopes » Δ47 et le géochronomètre U-Pb par analyse ponctuelle sur lame mince) dans le cadre de l’étude de la diagenèse des carbonates. Le deuxième objectif était de préciser l’histoire diagénétique, thermique, ethydrogéologique des réservoirs carbonatés du bassin de Paris. Pour atteindre ces deux objectifs, nous avons étudié des ciments de calcite et dolomite collectés dans les calcaires du Jurassique Moyen du dépocentre du bassin de Paris. La bonne caractérisation pétrographique et sédimentologique de ces échantillons, et le couplage entre les géothermomètres Δ47 et inclusions fluides, nous ont permis d’accéder à plusieurs informations de premier ordre. Premièrement, nous montrons que le Δ47 permet de reconstruire simultanément et précisément la température de formation des ciments diagénétiques dans la gamme 60-100°C (avec une précision de ~3-5°C) et la composition isotopique en oxygène des fluides (δ18Owater) à partir desquels ces ciments ont précipités (avec une précision de ~ 1‰). Deuxièmement, nous présentons une amélioration des connaissances de l’histoire thermique et des périodes de paléo-circulation des fluides à l’échelle régionale dans le bassin de Paris. Notamment, le croisement du géothermomètre Δ47 avec la méthode de datation U-Pb nous a permis pour la première fois de poser des contraintes thermo-chronologiques absolues sur l’ensemble des phases de circulations de fluides étudiées. Plus largement, ce couplage Δ47 /(U-Pb) inédit dévoile un champ d’application nouveau en thermo-chronologie de basse température (10-100°C). Nous anticipons que ce travail initie de nombreuses applications pour l’étude des histoires thermiques des bassins sédimentaires, via l’analyse de la diagenèse des carbonates / Diagenesis studies of both siliciclastic and carbonate rock units face the difficulty of constraining the temperature and age of the successive episodes of mineral crystallization. The first objective of this PhD work was to test the potential of two recent isotopic tools (the "clumped isotopes" Æ47 geothermometer and the laser ablation U-Pb geochronometer ) to integrate conventional carbonate diagenesis studies. The second objective was to reconstruct the diagenetic, thermal, and hydrogeological histories of the Middle Jurassic carbonate reservoirs of the Paris Basin. To achieve these goals, we studied calcite and dolomite cements mostly collected in the basin subsurface (exploration cores). The good petrographical and sedimentological characterization of the studied samples, together with the analysis of fluid inclusions and ?47 thermometry for determining the temperature and the chemical and isotopic compositions of the mineralizing fluids, allowed us to reach several first-order information. First, we show that Æ47 allows to simultaneously and precisely reconstruct the formation temperature of diagenetic cements in the range 60-100 ¡C (with an accuracy of ~ 3-5 ¡C) and the oxygen isotopic composition of the parent fluids (d18Owater) with a precision of ~ 1 ä. Secondly, this work improves our knowledge on the thermal history and past fluid-flows occurring at the basin scale. In particular, the coupling of the Æ47 thermometer with the U-Pb chronometer permitted for the first time to set absolute thermo-chronological constraints on every fluid-flow episodes investigated. More broadly, this unprecedented Æ47/(U-Pb) coupling reveals a new field of application in the low-temperature thermo-chronology field (10-100 ¡C). We anticipate that this pioneer thermo-chronological approach will induce many future applications in the study of sedimentary basins via carbonate diagenesis studies

De fortes concentrations d'40Ar radiogénique en excès ont été découvertes sur des remplissages quartzeux de fissures alpines par la méthode de datation conventionnelle K - Ar. Cet argon radiogénique en excès se localiserait préférentiellement dans les inclusions fluides du quartz. La caractérisation thermo-barométrique de ces inclusions indique qu'elles ont piégé des fluides associés au métamorphisme régional. Leur analyse K - Ar a montré des rapports isotopiques 40 Ar /36Ar d'argons anormaux à l'échelle régionale. Le piégeage de ces fluides s'effectuerait au début du refroidissement général, juste après le pic du métamorphisme. La datation conventionnelle des phyllosilicates fournit des résultats hétérogènes et plus vieux que l'âge géologique possible. Mais, si l'on considère que l'âge K - Ar d'un phyllosilicate métamorphique correspond aussi au début du refroidissement, il y a identité entre l'âge de ces phyllosilicates et le moment du piégeage des inclusions fluides des quartz. Ceci autoriserait la simple soustraction de l'excès d'argon radiogénique contenu dans les quartz de celui mesuré dans les phyllosilicates. De façon surprenante, bien que ce procédé ne puisse être considéré comme totalement valide, les âges corrigés calculés correspondent à l'âge supposé du métamorphisme. Le fait caractéristique majeur des unités étudiées dans ce travail, est leur relative"imperméabilité". Tout événement métamorphique affectant ces séquences, provoque la libération de l'argon radiogénique préalablement accumulé. Cet argon ne peut s'échapper totalement et reste partiellement dissout dans les fluides formés durant le métamorphisme. Ces fluides sont donc enrichis en 40Ar radiogénique, et piégés dans "tous les minéraux", y compris les quartz, pendant leur croissance.

Les dômes métamorphiques portent les marques d'un hydrothermalisme intense concomitant de leur exhumation de long de grandes zones de cisaillement crustales. Sur l'exemple du détachement de l'île de Tinos (Cyclades, Grèce), nous proposons une approche qui combine géologie structurale et techniques analytiques de pointe, pour contraindre l'origine et les modalités de circulation des fluides responsables du métasomatisme. Une succession continue de veines métamorphiques, ouvertes durant l'évolution de la déformation depuis le domaine ductile jusqu'au domaine cassant, est identifiée dans le mur du détachement. Chaque stade d'ouverture occasionne la précipitation de quartz et de calcite. Le fractionnement isotopique de l'oxygène des couples quartz-calcite précipités à la transition fragile-ductile, mesuré à la sonde ionique, passe de 2 à 5 ‰ dans une frange de 50 m vers la faille, soit une chute de température de ~150 °C. Le ?18O de l'eau en équilibre avec ces couples passe de 15 à 0 ‰ dans cette même frange. Seules des circulations convectives de fluides surfaciques peuvent expliquer ces variations thermiques et isotopiques. Un profil isotopique réalisé dans l'ombre de pression d'une pyrite montre une chute brutale du ?18O de 3 ‰, entre deux maxima. Les inclusions fluides piégées dans des ombres de pression similaires, synchrones du cycle isotopique, montrent une forte fluctuation des isochores de stabilité. Les données isotopiques et microthermométriques, qui suggèrent une arrivée cyclique de fluides superficiels conjointe à des variations de la pression des fluides, concordent point à point avec les modèles de pompage sismique en domaine ductile initiés par la zone sismogénique sus-jacente. Enfin, une comparaison des spectres infrarouge d'inclusions fluides piégées en faciès schiste vert et schiste bleu permet d'évaluer les propriétés mouillantes des fluides métamorphiques. A 400 °C, le pic d'absorption des liaisons OH des fluides piégés dans les inclusions schiste bleu est situé à 3475 cm-1, tandis que celui des fluides schiste vert est à 3585 cm-1. Plus fort est le nombre d'onde, plus l'agencement des molécules d'eau est désordonné, occasionnant des tensions d'interface fluide-grain faibles. Les fluides du faciès schiste vert ont donc une capacité à connecter la faible porosité des roches métamorphiques très supérieure à celle des fluides schiste bleu, et peuvent infiltrer le mur du détachement en cours d'exhumation, auparavant en système clos. Ces interprétations permettent de proposer un modèle global de circulation à tous les étages d'un détachement, commandé –dans l'ordre de profondeur croissante- par la convection thermique, les cycles sismiques et la migration diffuse. Ce modèle synthétique résout le paradoxe qui consiste à introduire des fluides surfaciques -à pression hydrostatique- dans une croûte inférieure ductile à pression de pores lithostatique.

Le but de cette thèse est de caractériser les variations climatiques des derniers 200 ka à travers l'étude de quatre spéléothèmes du sud de la France, datés par U-Th. Nous nous sommes focalisés sur l'étude des stades isotopiques marins MIS 6, 5 et 3. Les principaux résultats obtenus sont les suivants : - mise en évidence d'oscillations milléniales au MIS6 entre 175 et 165 ka. L'enregistrement isotopique haute résolution (10 à 300 ans) de la base du plancher stalagmitique de la grotte de Villars indique pour la première fois dans la région ces oscillations climatiques rapides qui peuvent être mises en relation avec des figures similaires récemment mises à jour par les concrétions chinoises. - estimation de l'amplitude du réchauffement associée à l'avant-dernière déglaciation. La confrontation du δ18Oc de la calcite, du δ18O des inclusions fluides et du ∆47 de la calcite suggère que (1) si l'équilibre isotopique a été satisfait, le réchauffement associé à la Terminaison II serait de 20°C, (2) si on considère un effet cinétique alors le réchauffement corrigé de cet effet serait de 14°C. La constance de la composition de l'eau de l'infiltration pendant cette déglaciation s'explique par le jeu des différents facteurs influant sur ce paramètre. - amélioration de la chronologie et de la caractérisation dans le SW de la France des événements climatiques milléniaux de la dernière glaciation (MIS3). L'enregistrement de la stalagmite Vil14 daté par MC-ICP-MS constitue désormais la meilleure chronologie de cette période dans la grotte de Villars et permet d'attribuer un âge précis aux limites des interstades (13, 12 et fin du 14). La fin des interstades identifiés était manifestement associée à un refroidissement abrupt et à l'installation d'un permafrost de courte durée. La cessation de croissance définitive de cet échantillon simultanément aux deux autres confirme le durcissement du refroidissement du MIS3 vers 30ka. En multipliant ce type de données quantifiées et datées de façon absolue, on contribue à la meilleure compréhension des mécanismes climatiques.