Les études antérieures des assemblages minéralogiques argileux en Atlantique Nord ont montré que leur abondance relative fournit des informations sur les courants marins profonds ainsi que sur les taux d'érosion glaciaire des continents avoisinants. Ils peuvent donc être utilisés pour la reconstitution des variations de la circulation de renversement méridional de l'Atlantique (AMOC-Atlantic Meridional Overturning Circulation), principal moteur de la circulation thermohaline globale. Cette étude fait état de l'analyse des assemblages minéralogiques argileux de plus de 200 échantillons de sédiments provenant du forage IODP-1305. Ce site est localisé sur l'extrémité sud-ouest de la ride d'Eirik (sud du Groenland) sous l'axe du courant de contour côtier profond de l'Ouest (WBUC-Western Boundary UnderCurrent) qui entraine la masse d'eau profonde de j'Atlantique Nord (NADW-North Atlantic Deep Water) en sa gyre dans la Mer du Labrador. Le but est de caractériser la composition minéralogique, donc les sources, des particules fines transportées par le WBUC en Mer du Labrador durant le début du Pléistocène (~1.1 Ma; stades isotopiques de l'oxygène OIS 27 à 31), tandis que le climat était fortement rythmé par le cycle astronomique d'environ 40 ka, en comparaison avec les derniers 365 Ka (OIS 1-10), sous le forçage d'environ 100 ka, illustrés par les travaux de Fagel et Hillaire-Marcel (2006) sur le forage ODP-646, sensiblement localisé au même endroit. Trois sources principales de particules fines contribuent à l'assemblage minéralogique du site d'étude: 1) source précambrienne du Canada, du Groenland et/ou de la Scandinavie; 2) matériel paléozoïque récent de l'est du Groenland, du N-O de l’Europe et/ou de la Scandinavie; 3) source volcanique provenant de l'Islande et de la ride médio-océanique. La minéralogie argileuse est déterminée par diffraction des rayons X sur la fraction argileuse inférieure à 2µm. Une attention spéciale est portée aux propriétés radiocristallographiques des smectites comme traceurs des circulations océaniques. Les assemblages argileux des échantillons étudiés montrent une composition moyenne typique de la région (-60% smectites, -20% illite, -10% chlorite+kaolinite). Cependant, la comparaison de l'évolution des apports particulaires avec ceux du forage ODP-646 (Fagel et al.; 2006) indique pour l'intervalle étudié ici: 1) une tendance opposée du modèle d'apport entre les périodes glaciaires/interglaciaires; 2) une intensification des apports proximaux laissant apparaître un autre type d'érosion (chimique) en plus de l'érosion mécanique glaciaire. L'utilisation des saturations cationiques (Li, K, Mg) indique que les smectites sont issues de l'altération de roches volcaniques acides du Groenland associées à l'ouverture de l'Atlantique pendant le Tertiaire. Ces résultats suggèrent une AMOC plus méridionale et un WBUC moins prononcé sous forçage de 40 ka, avec des apports islandais et médio-océanique réduits. L'importance des apports proximaux indique une calotte glaciaire groenlandaise assez réduite vers 1.1 Ma sous un climat régional probablement plus doux que celui des derniers cycles climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Circulation thermohaline, Paléoclimat, Pléistocène, IODP, Assemblages minéralogiques argileux, Diffraction des Rayons X, Smectites, Paléotraceur, Saturation cationique.

La recherche des phases hydratées à la surface de Mars est essentielle à la compréhension de son passé habitable et des changements climatiques globaux qu'elle a subis. Le rover MSL/Curiosity apporte de nouveaux moyens pour caractériser l'hydratation de la surface. En particulier, la spectroscopie de plasma induite par laser (LIBS) de l'instrument ChemCam mesure la composition élémentaire à distance. Il permet une détection de l'hydrogène par le pic d'émission H Balmer alpha à 656.6 nm. Cependant la quantification de cet élément n'a été que très peu étudiée. Le modèle de qualification de l'instrument ChemCam a été intégré à un banc LIBS afin d'analyser des séries d'échantillons hydratés au laboratoire. A l'exception de quelques échantillons révélant des phénomènes spécifiques à l'hydrogène, ces tests montrent qu'un étalonnage linéaire est obtenu avec la teneur en eau. Sur Mars, dans le cratère Gale, cette calibration révèle l'hydratation de différentes phases : la bassanite (CaSO4 × 0.5H2O) dans les veines remplissant les fractures des roches, les sulfates de magnésium, les sédiments opalifères et argileux découverts in situ. Les mesures d'abondances en eau effectuées jusqu'à présent étaient restreintes à de rares expériences de pyrolyse ; cette étude montre que ChemCam apporte maintenant un nouveau moyen opérationnel pour la mesure de l'hydrogène à la surface, à l'échelle submillimétrique et couvrant un très grand nombre de roches. / The search for hydrated phases lying at the surface of Mars is essential to understand its habitable past and the fate of water on a planet disrupted by global climate changes. The MSL/Curiosity rover provides new tools to characterize surface hydration in situ. Among these, laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed by the ChemCam instrument enables remote measurement of elementary abundance. However, measuring the LIBS emission peak of hydrogen at 656.6 nm (Balmer alpha) to quantify target water content is poorly documented in the literature. Using the instrument replica, large series of hydrated samples have been analyzed in the laboratory under Martian atmospheric conditions. Except for some samples on which effects specific to the hydrogen signal have been observed, these tests show that a linear calibration can be obtained with target water content. On Mars, at Gale crater, this calibration reveals the hydration of different phases: bassanite (CaSO4 × 0.5H2O) in the veins filling the bedrock fractures, magnesium sulfates, opaline and clay rich sediments discovered in situ. Measurement of water content performed to date have been limited to sparse and bulk pyrolysis experiments; this study shows that ChemCam provides a new technique to measurement hydrogen on the surface, at a submillimeter scale and sampling a very large number of rocks.

Les images hyperspectrales fournissent des informations intéressantes quant à la composition des sols, en particulier au niveau minéral, ce qui permet de caractériser efficacement les « groupements de minerai » et les « minerais isolés ». Ce travail de recherche avait pour objectif d'établir un système de cartographie 3D des minerais qui intègre des informations de surfaces (acquises par satellite ou à partir d'un aéronef) et des informations souterraines (par forages) à partir de données hyperspectrales. Le travail décrit dans ce mémoire s'articule de la manière suivante :- Pour la cartographie de surface, nous avons développé et optimisé des algorithmes pour mesurer de manière à la fois précise et homogène au niveau des transitions, le taux de minerais à toutes les longueurs d'ondes (de 0.2 à 12m) à partir de l'imagerie hyperspectrale par satellite et aéroportée. Un travail a été également fait à ce sujet pour améliorer la correction atmosphérique. Nous avons utilisé le modèle de BRDF de Hapke pour étudier la composition, linéaire et non linéaire, des modèles spectres- Pour la cartographie minéralogique souterraine, nous avons développé un système que nous avons appelé Field Imaging Spectrometer System (FISS), dont le verrou scientifique était dans le calcul et la mise en oeuvre de la précision sur les produits minéraux recherchés.- Nous avons mis cela en application par la suite, de manière à mieux comprendre le système minéral, et ce à partir de méthode utilisant les données hyperspectrales. Pour cela, nous avons utilisé les Systèmes d'Information Géographique (SIG), ce qui nous a permis de produire des simulations relatives à l'exploitation minière. / Hyperspectral remote sensing has been used successfully to identify and map abundances and compositional difference of mineral groups and single mineral phases. This research will toward developing a 3D mineral mapping system that integrate surface (airborne and satellite) and subsurface (drill core) hyperspectral remote sensing data and carries it into quantitative mineral systems analysis. The main content and result is introduced as follows:- For Surface mineralogy mapping, we have developed and optimized the processing methods for accurate, seamless mineral measurements using Airborne and Satellite hyperspectral image. This requires solutions for unmixing background effects from target minerals to leave residual scaled mineral abundances equivalent to vegetation-free pixels. Another science challenge is to improve the atmospheric correction. Also Hapke BRDF model is used on the study in the linear and nonlinear mineral spectral mixing models.- For the subsurface mineralogy mapping, we have developed Field Imaging Spectrometer System (FISS) and Drill Core Logging for the subsurface mineralogy mapping, the Key science challenges will be establishing the accuracy of derived mineral products through associated laboratory analysis, including investigations from SWIR into the thermal infrared for measuring minerals.- The 3D mineral maps derived from hyperspectral methods can distinctly improve our understanding of mineral system. We use GIS system integrating surface and subsurface mineralogy mapping, with 3D mineral models for demonstration exploitation of economic mineral deposits in test site.

Les gîtes du Dôme de Lemieux et de Sainte-Marguerite sont deux exemples de minéralisation épithermale et orogénique mise en place dans les roches sédimentaires et volcaniques siluro-dévoniennes de Gaspésie. Durant le siluro-dévonien, la Ceinture de Gaspé est interprétée comme un environnement d’arrière-arc, passant ensuite en régime de transpression lors de la déformation acadienne. Les indices du Dôme de Lemieux montrent des caractéristiques minéralogiques typiques des gisements épithermaux neutres à intermédiaires. Les veines minéralisées sont encaissées dans les roches sédimentaires siluro-dévoniennes mais leur mise en place est liée à la présence de volcanites bimodales dévoniennes. La minéralisation est probablement contemporaine du volcanisme et donc d’âge Dévonien inférieur à moyen, antérieur à la déformation acadienne. Le gîte de Sainte-Marguerite, associé à la faille acadienne de Sainte-Florence, est encaissé dans les roches volcaniques bimodales de Sainte-Marguerite. La minéralisation est représentée par cinq stades de minéralisation : (1) un stade à calcite-chlorite; (2) un stade à quartz-pyrite; (3) un stade à quartz-sphalérite-galène-chalcopyrite ± arsénopyrite-adulaire reprenant le stade 2; (4) un stade à quartz-arsénopyrite ± pyrite-sphalérite; et (5) un stade à quartz-carbonate. Le stade 2 à quartz-pyrite présente des sulfures recristallisés, indiquant que ce stade est précoce et a été affecté par le métamorphisme acadien. La pyrite et le quartz de stade 2 sont ensuite cataclasés puis cimentés par la sphalérite, la galène et la chalcopyrite de stade 3. L’attitude des veines de stade 3 et 4 est en accord avec la déformation régionale acadienne du Dévonien moyen à tardif (398 à 359 Ma) et suggère une affinité orogénique épizonale des stades 3 et 4, en accord avec les données isotopiques et les inclusions fluides. Les isotopes de l’oxygène et du carbone ainsi que la microthermométrie indiquent que les deux gîtes ont été formés à partir de saumures de bassins à des températures comprises entre 150° et 200°C et que de l’eau météorique a participé à la formation des veines du Dôme de Lemieux. Les isotopes du soufre et la composition isotopique du plomb suggèrent que le soufre et les métaux sont issus du lessivage des roches sédimentaires et volcaniques environnantes. La présence de ces gîtes dans la ceinture siluro-dévonienne de Gaspé démontre un potentiel minéral épithermal pré-orogenèse acadienne et orogénique épizonal syn-orogenèse acadienne dans les roches siluro-dévoniennes des Appalaches. / The Lemieux Dome and Sainte-Marguerite deposits are examples of epithermal and orogenic mineralization in Silurian-Devonian sedimentary and volcanic rocks of the Gaspé Peninsula. During the Silurian-Devonian, the Gaspé Belt is interpreted as a back-arc setting that eventually transformed into a transpressive setting during the Acadian orogeny. Lemieux Dome veins display mineralogical features typical of low- to intermediate-sulfidation epithermal deposits. Mineralized veins hosted by Silurian-Devonian sedimentary rocks are related to the emplacement of bimodal Devonian volcanic rocks. Mineralisation is probably coeval with volcanic rocks eruption (lower to middle Devonian), before the Acadian orogeny. The Sainte-Marguerite deposit, associated to the Acadian Sainte-Florence fault, is hosted by the Sainte-Marguerite bimodal volcanic rocks. Mineralization forms in 5 stages: (1) a calcite-chlorite stage; (2) a quartz-pyrite stage; (3) a quartz-sphalerite-galena-chalcopyrite ± arsenopyrite-adularia stage; (4) a quartz-arsenopyrite-pyrite-sphalerite stage and; (5) a quartz-carbonate stage. Stage 2 pyrite and quartz are recrystallized, indicating that sulfides formed early and were affected by Acadian metamorphism. Stage 2 pyrite and quartz were then cataclased and cemented by Stage 3 sphalerite, galena and chalcopyrite. Structural attitude of both Stage 3 and 4 veins is consistent with regional Acadian deformation during the middle to late Devonian (398 to 359 Ma), and suggests an epizonal orogenic affinity for Stage 3 and 4 mineralization, compatible with isotope and fluid inclusion data. δ18O, δ13C and microthermometric data in both deposits indicate that they were formed by infiltration of basinal brines at temperatures between 150 and 200°C. Lemieux Dome veins formed by mixing of the basinal brine with meteoric water. δ34S values and the lead isotope composition suggest that sulfur and metals were leached from surrounding sedimentary and volcanic rocks. Formation of both deposits in the Silurian-Devonian Gaspé Belt shows a mineral potential for pre-Acadian epithermal deposits, and for syn-Acadian epizonal orogenic deposits in other Silurian-Devonian rocks of the Appalachians.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 février 2024) / Les excavations réalisées dans le roc sont des ouvrages qui présentent un potentiel d'instabilités et de chutes de blocs. Dans plusieurs cas, ces instabilités sont d'origine structurale. Ceci est particulièrement vrai lorsque le massif rocheux est caractérisé par des discontinuités persistantes et lorsque le régime de contraintes in-situ est faible. Ces instabilités représentent des risques importants pour les opérations minières notamment pour la santé et la sécurité des travailleurs. La caractérisation structurale des massifs rocheux est à la base des analyses de la stabilité. Les méthodes manuelles sont celles qui sont traditionnellement utilisées dans l'industrie. De nouvelles technologies commencent à émerger et à être appliquées dans le domaine de la caractérisation structurale. La technologie LiDAR offre une avenue intéressante et prometteuse à la caractérisation structurale mais encore très peu utilisé dans le domaine minier souterrain. En effet, peu de cas d'étude existent dans la littérature démontrant son applicabilité dans un milieu minier en production. Ce mémoire présente donc une méthodologie utilisant la technologie LiDAR afin de caractériser le massif rocheux dans un milieu minier souterrain en opération. Une comparaison entre les méthodes utilisées traditionnellement sur le terrain et des méthodes numériques a été effectuée. Différentes technologies LiDAR ont également été comparées entre elles. Il a été observé que les résultats obtenus de la caractérisation structurale numérique sont plus reproductibles que ceux obtenus manuellement. Le biais humain introduit dans la donnée est également moindre. Les approches numériques permettent de quantifier adéquatement l'orientation des discontinuités. La trace des discontinuités est également évaluée adéquatement avec les outils LiDAR lorsque les surfaces des excavations sont exemptes de grillage. Les mines Mine 2 et MP8H de la propriété Raglan ont servi de cas d'étude dans le cadre de ce mémoire, afin de démontrer la performance et l'applicabilité de la technologie LiDAR pour caractériser les discontinuités d'un massif rocheux

L'utilisation directe de roche phosphatée (RP) est une alternative viable pour remplacer les coûteux fertilisants chimiques dans les pays en voie de développement. L'utilisation de bactéries solubilisatrices de RP (BSRP) est un bon moyen pour augmenter la réactivité de la RP. L'objectif principal de ce travail a été d'obtenir des isolats provenant de la mycorhizosphère du maïs possédant une grande capacité de solubilisation de RP, compatibles avec la mycorhize arbusculaire (MA) et présentant des traits associés aux rhizobactéries favorisant la croissance de plantes (RFCP) pour le développement d'un inoculant bactérien pour le maïs.À partir de 118 isolats obtenus de maïs biologique cultivé au Québec, huit BSRP ont été identifiés comme Asaia lannaensis Vb1, Pseudomonas sp. Vr14, Rahnella aquatilis (Vr7, Vr13 et Sr24) et Pantoea agglomerans (Vr9, Ve16 et Vr25). En milieu liquide, les isolats ont dissous le P des RP selon leur réactivité (Gafsa> Tilemsi> Maroc). La solubilisation des RP s'est effectuée par la production d'acides organiques (OA) et l'abaissement du pH. Les meilleures BSRP de chaque groupe: (A. lannaensis Vb1, Pseudomonas sp. Vr14, R. aquatilis Sr24 et P. agglomerans Vr25) ont été sélectionnées selon leur capacité élevée de solubilisation de la RP et de leur production d'acide indolacétique (AIA) et de sidérophores. L’importance des biofilms formés, ainsi que le degré de motilité variaient selon les isolats et tous étaient compatibles avec le Glomus irregulare (Gi). L’étude de la colonisation des racines montre que R. aquatilis Sr24 et P. agglomerans Vr25 ont été les meilleurs colonisateurs. Lors des expériences en serre, certains mélanges contenant R. aquatilis Sr24, P. agglomerans Vr25 et Gi, ont amélioré la biomasse, l'absorption des nutriments et la colonisation de la plante en association avec un champignon mycorhizien indigène du maïs cultivé dans un sol non stérile et fertilisé avec la RP Marocaine. Nous attribuons ces résultats à leur capacité d'être de bonnes BSRP colonisatrices des racines. Elles sont aussi compatibles avec Gi et sont capables de produire de l'AIA et des sidérophores. Cette thèse démontre donc le potentiel d'utilisation de BSRP comme inoculant afin d'améliorer l'efficacité de l'utilisation directe de RP comme fertilisant phosphaté pour l'agriculture durable du maïs. / Phosphorous is the second most important nutrient for plant growth, but its availability is often reduced. Therefore high quantities of expensive soluble P-fertilizers are added to soil. Direct use of phosphate rock (PR) is an alternative to chemical P-fertilizers in developing countries and for sustainable agriculture. In order to increase PR reactivity the use of phosphate rock-solubilizing bacteria (PRSB) is a good alternative. Therefore, the main objective of this work was to obtain mycorrhizosphere-competent PRSB presenting other PGPR-associated traits to be used for the development of an inoculant to improve maize growth and P nutrition. Out of 118 isolates obtained from organically grown maize in Quebec, eight PRSB were identified as Asaia lannaensis Vb1, Pseudomonas sp. Vr14, Rahnella aquatilis (Vr7, Vr13 and Sr24) and Pantoea agglomerans (Vr9, Ve16 and Vr25). All isolates were able to mobilize P from different sparingly soluble P sources in solid media. In liquid medium the isolates were able to solubilize P from PRs according to their reactivity (Gafsa> Tilemsi> Morocco). PRs were solubilized by the production of organic acids (OAs) and by lowering the pH. The best PRSB from each group (A. lannaensis Vb1, Pseudomonas sp. Vr14, R. aquatilis Sr24 and P.3 agglomerans Vr25) were selected based on their high PR solubilization, and capacity for indolacetic acid (IAA) and siderophore production. These four isolates presented different biofilm formation and motility capacities and were compatible with Glomus irregulare (Gi). A root colonization study showed that R. aquatilis Sr24 and P. agglomerans Vr25 were the best root colonizers. Vr25 was very competitive when used with other PRSB. In greenhouse trials, plant inoculation with R. aquatilis Sr24 and P. agglomerans Vr25 in addition to Gi, increased the biomass, nutrient uptake in non-sterile soil amended with Moroccan PR (MPR). We attribute these results not only to their PR-solubilizing capacity but also for their ability to be good PRSB, competitive root colonizers, compatible with Gi and to produce IAA and siderophores. This thesis shows that PRSB with AM fungi can be used as inoculants to improve the efficiency of the direct use of PR as P fertilizer for sustainable maize production.

Les applications de l’imagerie infrarouge dans le domaine de la géologie sont principalement des applications hyperspectrales. Elles permettent entre autre l’identification minérale, la cartographie, ainsi que l’estimation de la portée. Le plus souvent, ces acquisitions sont réalisées in-situ soit à l’aide de capteurs aéroportés, soit à l’aide de dispositifs portatifs. La découverte de minéraux indicateurs a permis d’améliorer grandement l’exploration minérale. Ceci est en partie dû à l’utilisation d’instruments portatifs. Dans ce contexte le développement de systèmes automatisés permettrait d’augmenter à la fois la qualité de l’exploration et la précision de la détection des indicateurs. C’est dans ce cadre que s’inscrit le travail mené dans ce doctorat. Le sujet consistait en l’utilisation de méthodes d’apprentissage automatique appliquées à l’analyse (au traitement) d’images hyperspectrales prises dans les longueurs d’onde infrarouge. L’objectif recherché étant l’identification de grains minéraux de petites tailles utilisés comme indicateurs minéral -ogiques. Une application potentielle de cette recherche serait le développement d’un outil logiciel d’assistance pour l’analyse des échantillons lors de l’exploration minérale. Les expériences ont été menées en laboratoire dans la gamme relative à l’infrarouge thermique (Long Wave InfraRed, LWIR) de 7.7m à 11.8 m. Ces essais ont permis de proposer une méthode pour calculer l’annulation du continuum. La méthode utilisée lors de ces essais utilise la factorisation matricielle non négative (NMF). En utlisant une factorisation du premier ordre on peut déduire le rayonnement de pénétration, lequel peut ensuite être comparé et analysé par rapport à d’autres méthodes plus communes. L’analyse des résultats spectraux en comparaison avec plusieurs bibliothèques existantes de données a permis de mettre en évidence la suppression du continuum. Les expérience ayant menés à ce résultat ont été conduites en utilisant une plaque Infragold ainsi qu’un objectif macro LWIR. L’identification automatique de grains de différents matériaux tels que la pyrope, l’olivine et le quartz a commencé. Lors d’une phase de comparaison entre des approches supervisées et non supervisées, cette dernière s’est montrée plus approprié en raison du comportement indépendant par rapport à l’étape d’entraînement. Afin de confirmer la qualité de ces résultats quatre expériences ont été menées. Lors d’une première expérience deux algorithmes ont été évalués pour application de regroupements en utilisant l’approche FCC (False Colour Composite). Cet essai a permis d’observer une vitesse de convergence, jusqu’a vingt fois plus rapide, ainsi qu’une efficacité significativement accrue concernant l’identification en comparaison des résultats de la littérature. Cependant des essais effectués sur des données LWIR ont montré un manque de prédiction de la surface du grain lorsque les grains étaient irréguliers avec présence d’agrégats minéraux. La seconde expérience a consisté, en une analyse quantitaive comparative entre deux bases de données de Ground Truth (GT), nommée rigid-GT et observed-GT (rigide-GT: étiquet manuel de la région, observée-GT:étiquetage manuel les pixels). La précision des résultats était 1.5 fois meilleur lorsque l’on a utlisé la base de données observed-GT que rigid-GT. Pour les deux dernières epxérience, des données venant d’un MEB (Microscope Électronique à Balayage) ainsi que d’un microscopie à fluorescence (XRF) ont été ajoutées. Ces données ont permis d’introduire des informations relatives tant aux agrégats minéraux qu’à la surface des grains. Les résultats ont été comparés par des techniques d’identification automatique des minéraux, utilisant ArcGIS. Cette dernière a montré une performance prometteuse quand à l’identification automatique et à aussi été utilisée pour la GT de validation. Dans l’ensemble, les quatre méthodes de cette thèse représentent des méthodologies bénéfiques pour l’identification des minéraux. Ces méthodes présentent l’avantage d’être non-destructives, relativement précises et d’avoir un faible coût en temps calcul ce qui pourrait les qualifier pour être utilisée dans des conditions de laboratoire ou sur le terrain. / The geological applications of hyperspectral infrared imagery mainly consist in mineral identification, mapping, airborne or portable instruments, and core logging. Finding the mineral indicators offer considerable benefits in terms of mineralogy and mineral exploration which usually involves application of portable instrument and core logging. Moreover, faster and more mechanized systems development increases the precision of identifying mineral indicators and avoid any possible mis-classification. Therefore, the objective of this thesis was to create a tool to using hyperspectral infrared imagery and process the data through image analysis and machine learning methods to identify small size mineral grains used as mineral indicators. This system would be applied for different circumstances to provide an assistant for geological analysis and mineralogy exploration. The experiments were conducted in laboratory conditions in the long-wave infrared (7.7μm to 11.8μm - LWIR), with a LWIR-macro lens (to improve spatial resolution), an Infragold plate, and a heating source. The process began with a method to calculate the continuum removal. The approach is the application of Non-negative Matrix Factorization (NMF) to extract Rank-1 NMF and estimate the down-welling radiance and then compare it with other conventional methods. The results indicate successful suppression of the continuum from the spectra and enable the spectra to be compared with spectral libraries. Afterwards, to have an automated system, supervised and unsupervised approaches have been tested for identification of pyrope, olivine and quartz grains. The results indicated that the unsupervised approach was more suitable due to independent behavior against training stage. Once these results obtained, two algorithms were tested to create False Color Composites (FCC) applying a clustering approach. The results of this comparison indicate significant computational efficiency (more than 20 times faster) and promising performance for mineral identification. Finally, the reliability of the automated LWIR hyperspectral infrared mineral identification has been tested and the difficulty for identification of the irregular grain’s surface along with the mineral aggregates has been verified. The results were compared to two different Ground Truth(GT) (i.e. rigid-GT and observed-GT) for quantitative calculation. Observed-GT increased the accuracy up to 1.5 times than rigid-GT. The samples were also examined by Micro X-ray Fluorescence (XRF) and Scanning Electron Microscope (SEM) in order to retrieve information for the mineral aggregates and the grain’s surface (biotite, epidote, goethite, diopside, smithsonite, tourmaline, kyanite, scheelite, pyrope, olivine, and quartz). The results of XRF imagery compared with automatic mineral identification techniques, using ArcGIS, and represented a promising performance for automatic identification and have been used for GT validation. In overall, the four methods (i.e. 1.Continuum removal methods; 2. Classification or clustering methods for mineral identification; 3. Two algorithms for clustering of mineral spectra; 4. Reliability verification) in this thesis represent beneficial methodologies to identify minerals. These methods have the advantages to be a non-destructive, relatively accurate and have low computational complexity that might be used to identify and assess mineral grains in the laboratory conditions or in the field.

Un essai en serre a été effectué pour évaluer l’effet de sédiments provenant d’étangs épurateurs et régulateurs de l’eau, en l’absence et en présence d’une fumure minérale (N-P-K), sur la croissance, la production de biomasse aérienne sèche (BAS) et la teneur en certains éléments traces métalliques (ÉTM) de l’avoine (Avena sativa L.) cultivée dans un substrat minéral peu fertile. En général, le rendement en BAS a augmenté avec les doses croissantes de sédiments et d’engrais. Bien que le sédiment contenait des éléments nutritifs, sa valeur fertilisante était très faible. Les hauts rendements ont été obtenus avec la combinaison d’engrais minéraux et de sédiments. Les concentrations des ÉTM dans la BAS n’ont pas causées de problèmes de phytotoxicité et étaient en deçà des normes établies. Les prélèvements aériens d’ÉTM les plus élevés ont été obtenus dans le cas des échantillons de sol ayant produit les rendements aériens les plus élevés. / A greenhouse trial was conducted to evaluate the effect of sediments from scrubber and water ponds, in combination with inorganic fertilizers (NPK), on the growth, shoot biomass (SB) production and trace metal element (TME) concentration in SB of oat (Avena sativa L.) grown in a low fertile mineral substrate. In general, the shoot length and SB yield of the plant increased with increasing rates of sediment and inorganic fertilizer. Although the sediment contained nutrients, its fertilizer value was very low. The high SB yields were obtained with the combination of inorganic fertilizers and sediment. The concentrations of TME in SB were below typical phytotoxic levels. The uptake of the highest TME was obtained in the case of substrates that produced the highest yields of SB.

La position du Burundi, dans le nord-est de la ceinture orogénique Kibarienne, lui confère un fort potentiel en ressources minérales. En effet, une variété de roches intrusives recoupe les roches métasédimentaires du Supergroupe Burundien, l’équivalent local de la chaîne Kibarienne. Ces roches intrusives sont composées de granites accompagnés de pegmatites minéralisées en Sn, Nb-Ta, W, Li, Be, de roches mafiques minéralisées en Fe-Ti-V, de carbonatites et syénites minéralisées en terres rares et en zircon. Outre les gîtes magmatiques, des gîtes hydrothermaux composés de filons de quartz et de brèches aurifères apparaissent dans des zones de cisaillement, à proximité des failles inverses. Des veines métasomatiques minéralisées en terres rares se retrouvent dans une zone de failles normales, situées dans le horst du rift est-africain. Suite aux conditions climatiques tropicales, des latérites nickélifères se sont développées sur des roches ultramafiques et constituent un gisement important de nickel latéritique (± Cr, Cu, EGP).

L'imagerie hyperspectrale (HSI) fournit de l'information spatiale et spectrale concernant l'émissivité de la surface des matériaux, ce qui peut être utilisée pour l'identification des minéraux. Pour cela, un matériel de référence ou endmember, qui en minéralogie est la forme la plus pure d'un minéral, est nécessaire. L'objectif principal de ce projet est l'identification des minéraux par imagerie hyperspectrale. Les informations de l'imagerie hyperspectrale ont été enregistrées à partir de l'énergie réfléchie de la surface du minéral. L'énergie solaire est la source d'énergie dans l'imagerie hyperspectrale de télédétection, alors qu'un élément chauffant est la source d'énergie utilisée dans les expériences de laboratoire. Dans la première étape de ce travail, les signatures spectrales des minéraux purs sont obtenues avec la caméra hyperspectrale, qui mesure le rayonnement réfléchi par la surface des minéraux. Dans ce projet, deux séries d'expériences ont été menées dans différentes plages de longueurs d'onde (0,4 à 1 µm et 7,7 à 11,8 µm). Dans la deuxième partie de ce projet, les signatures spectrales obtenues des échantillons individuels sont comparées avec des signatures spectrales de la bibliothèque hyperspectrale de l'ASTER. Dans la troisième partie, trois méthodes différentes de classification hyperspectrale sont considérées pour la classification. Spectral Angle Mapper (SAM), Spectral Information Divergence (SID), et Intercorrélation normalisée (NCC). Enfin, un système d'apprentissage automatique, Extreme Learning Machine (ELM), est utilisé pour identifier les minéraux. Deux types d'échantillons ont été utilisés dans ce projet. Le système d'ELM est divisé en deux parties, la phase d'entraînement et la phase de test du système. Dans la phase d'entraînement, la signature d'un seul échantillon minéral est entrée dans le système, et dans la phase du test, les signatures spectrales des différents minéraux, qui sont entrées dans la phase d'entraînement, sont comparées par rapport à des échantillons de minéraux mixtes afin de les identifier.