Cette thèse présente une quantification du CO2 dans le manteau lithosphérique Pannonien par l'étude de xénolites de péridotites remontées par le volcanisme alcalin de la Bakony, au nord du lac Balaton. Les études texturales et compositionnelles de xénolites ont mis en évidence un métasomatisme polyphasé du manteau lithosphérique. Le dernier épisode métasomatique résulte de la percolation de liquides silicatés de type adakite, issus de la fusion d'une lithosphère subductée. Lors du métasomatisme, ces fluides primaires ont réagi avec des amphiboles métasomatiques, pour former les magmas parents de la suite calco-alcaline observée à la surface du bassin. Le bilan CO2 de ces magmas et du manteau sous Pannonien a été contraint par une approche innovante couplant : (1) de la microtomographie au rayonnement synchrotron, (2) des mesures NanoSIMS, Raman et microthermométriques, et (3) des modélisations thermodynamiques. Les concentrations en CO2 des fluides primaires ont été quantifiées entre 9.0 et 25.4 wt. %, validant ainsi une source riche en fluides. Des teneurs de ~2000 ppm de CO2 ont été estimées comme représentatives du manteau lithosphérique Pannonien. Cet important réservoir lithosphérique de CO2 est probablement drainé par le système tectonique décrochant de la Mid Hungarian Zone, entrainant l'omniprésence de CO2 mantellique dans le Bassin pannonien. / This work presents a quantitative investigation of the CO2 in the lithospheric mantle by the study of peridotite xenoliths brought up to the surface by alkaline volcanism in the Pannonian Basin (Central Europe). Textural and geochemical studies of mantle xenoliths highlight a polyphased metasomatism of the lithospheric mantle. The last metasomatic event is related to the percolation of silicate melts of adakite-like compositions, originated from slab melting. During metasomatism, primary fluids reacted with metasomatic amphiboles to form parental melts of the calc-alkaline series observed at the surface of the Pannonian Basin. The CO2 budget of adakite-like magmas and of the mantle below the Pannonian Basin was then constrained by an innovative approach on mantle xenoliths using (1) synchrotron X-ray microtomography, (2) NanoSIMS, Raman spectroscopy and microthermometry, and (3) thermodynamic models. The CO2 concentrations in adakite-like melts were estimated between 9.0 and 25.4 wt. %, in agreement with a fluid-rich source. CO2 concentrations of ~2000 ppm were determined as representative of the Pannonian lithospheric mantle. This significant CO2 lithospheric reservoir is probably tapped by the major shear zone of the Mid Hungarian Zone, resulting in the omnipresence of mantle CO2 in the Pannonian basin.

La semelle amphibolitique de la Colline de Belmina est une séquence métamorphique retrouvée sous la péridotite du complexe ophiolitique de Thetford Mines. L’étude géochimique montre que les échantillons prélevés représentent tous des basaltes primitifs de la série des tholéïtes Low-K. Selon la concentration des éléments traces immobiles, tels que le niobium et le tantale, trois groupes principaux sont distingués. Le premier groupe montre une anomalie positive en Nb-Ta, semblable à des valeurs issues de panaches mantéliques. Le second groupe montre une anomalie négative en ces éléments, suggérant une affinité plutôt d’arc volcanique. Le dernier groupe contient les échantillons sans anomalie importante, avec des valeurs de MORB normal, normalement formé en ride océanique. D’un point de vue géodynamique, deux analogues modernes sont proposés. Le premier est celui de la ride océanique de la mer East-Scotia. Le second, l’analogue de la subduction de la chaine de monts sous-marins Louisville sous l’arc Tonga-Kermadec. / The Belmina Ridge metamorphic sole is located under the western mantle sequences of the Thetford Mines ophiolite complex. Major elements geochemistry allowed determining that samples from the metamorphic sole are primitive basalts of the Low-K tholeiitic series. Three main groups have been determined based on immobile elements concentration such as niobium and tantalum. First group shows positive Nb-Ta anomaly, characteristic of mantle plume contamination. Second group shows negative Nb-Ta anomaly, as seen in volcanic arc sequences. The third group is made of samples that look more like N-MORB patterns of oceanic ridge. Two modern analogs are proposed as possible environments for the development of a sequence showing this kind of mixing. The first is the East-Scotia sea ridge, showing sequences with N-MORB, volcanic arc and OIB characteristics, produced within few million years. The second is the subduction of the Louisville seamounts chain under the Tonga-Kermadec volcanic arc.

Le Domaine de Portneuf-Mauricie, situé dans la partie centre-sud de la Province de Grenville, est principalement composé des roches métasédimentaires et métavolcaniques du groupe de Montauban (1,45 Ga), recoupées par les plutons du complexe de La Bostonnais (1,40–1,37 Ga). Cet assemblage aurait été formé dans un environnement d’arc magmatique. La sequence a été injectée par des intrusions mafiques et ultramafiques, qui recèlent des indices de Ni-Cu ± éléments du groupe du platine (EGP), ainsi qu’une ancienne mine. Les intrusions minéralisées ont été mises en place dans un contexte d’arc insulaire mature, entre 1,40 et 1,39 Ga, au niveau du front volcanique de l’arc. L’intrusion du Lac à la Vase fait cependant exception, puisqu’elle a été formée dans un bassin d’arrière-arc. Les travaux de géochronologie et l’environnement géodynamique associé à leur formation ont indiqué que ces intrusions appartiennent au complexe de La Bostonnais. L’évolution lithotectonique du Domaine de Portneuf-Mauricie a débuté à 1,45 Ga avec la formation de l’arc insulaire de Montauban, associé à une zone de subduction intra-océanique plongeant vers le NO, au large du continent Laurentia. À la même époque, la marge continentale était également le site d’une subduction de type Andéenne plongeant vers le NO. Entre 1,45 et 1,40 Ga, la présence de cette zone de subduction a entraîné la formation d’un bassin d’arrière-arc en arrière de l’arc de Montauban. À 1,40 Ga, les plutons du complexe de La Bostonnais, certains contenant des sulfures magmatiques, ont été injectés dans l’arc de Montauban. L’intrusion des plutons minéralisés a cessé à 1,39 Ga, alors que l’arc entrait en collision avec le continent. Finalement, l’injection de tous les plutons du complexe de La Bostonnais s’est achevée à 1,37 Ga. La mise en place des intrusions hôtes d’indices de Ni-Cu±EGP est reliée à l’existence d’un réseau magmatique bien développé sous l’arc océanique. La formation de ces intrusions minéralisées a débuté avec l’injection de magmas primitifs, tholéiitiques, hydratés et sous-saturés en sulfures dans des chambres magmatiques inférieures. Ces magmas provenaient principalement de la fusion partielle d’une source mantellique métasomatisée, composée de lherzolite à spinelle (comme en témoignent les signatures d’éléments traces des roches intrusives). Durant leur remontée dans les conduits, les magmas ont subi de la cristallisation fractionnée et sont devenus saturés en sulfures à la suite d’interaction avec les roches encaissantes (assimilation de materiel felsique et de soufre crustal par les magmas) contenant, localement, du soufre. Deux principaux épisodes de saturation et de ségrégation des sulfures ont eu lieu. Le premier pourrait s’être produit dans des conduits en profondeur. Cette perte précoce d’une petite quantité de sulfures (moins de 0,1 % poids comme suggérées par les modélisations des contenus en Cu et en Pd) aurait causé l’appauvrissement des magmas en métaux de base, et surtout, en métaux précieux. Le deuxième épisode de séparation des sulfures a probablement eu lieu dans les chambres magmatiques inférieures. La formation de liquide sulfuré dans ces chambres a été suivie par des interactions entre magmas et sulfures (évidences de terrain d’injections magmatiques multiples et facteurs R compris entre 100 et 100 000) qui aurait causé l’enrichissement des sulfures en Ni, Cu et EGP. Plus tard, des injections de magmas primitifs seraient entrées dans les chambres inférieures, et auraient partiellement remobilisé et transporté le liquide sulfuré dans des chambres magmatiques supérieures, afin de former les intrusions minéralisées du Domaine de Portneuf-Mauricie. Les magmas parents de ces intrusions, dérivés des injections tardives, sont séparés en deux familles. D’après les modélisations pétrologiques et les ratios Mg/Fe, la majorité des intrusions pourrait être formée à partir d’un magma dérivé (magma légèrement évolué, avec un nombre de magnésium (Mg#) de 60) résultant du fractionnement d’un magma parent plus primitif (magma primaire, avec Mg# = 68). Tous ces magmas parents ont subi de la cristallisation fractionnée accompagnée, à des degrés variables, de contamination crustale. Ceci explique la grande gamme de composition observée dans les intrusions mafiques et ultramafiques. Ces travaux de doctorat fournissent de nouvelles contraintes aux modèles d’évolution régionale proposés pour la marge orientale du continent Laurentia, durant le Mésoprotérozoïque. En outre, les modèles pétrologique et métallogénique présentés dans cette étude contribuent à une meilleure compréhension des processus magmatiques et métallogéniques associés à la formation de plutons contenant des indices de Ni-Cu-EGP dans les environnements d’arc magmatique, environnements inhabituels pour ce type d’indice. / The Portneuf-Mauricie Domain, located in the south-central part of the Grenville Province, is composed mainly of metasedimentary and metavolcanic rocks of the Montauban group (1.45 Ga), which are crosscut by La Bostonnais complex plutons (1.40–1.37 Ga). This assemblage was formed in a magmatic arc setting. The sequence was intruded by mafic and ultramafic intrusions hosting Ni-Cu±platinum-group element (PGE) prospects and one former mine. The mineralized intrusions were emplaced into a mature island arc between 1.40 and 1.39 Ga, at the volcanic front of the arc. An exception is the Lac à la Vase intrusion, which was formed in a back arc setting. Geochronological results and the geodynamic setting related to their formation indicate that these intrusions belong to the La Bostonnais complex. The lithotectonic evolution of the Portneuf-Mauricie Domain began at 1.45 Ga with the formation of the Montauban island arc, which was associated with a northwest-dipping intraoceanic subduction zone offshore from the Laurentian continent. At the same time, the continental margin was also the site of northwesterly directed Andean-type subduction. Between 1.45 and 1.40 Ga, this Andean-type subduction led to the formation of a back arc basin behind the Montauban arc. At 1.40 Ga, the La Bostonnais complex plutons, some hosting magmatic sulfides, were injected into the Montauban arc. The intrusion of the Ni-Cu±PGE-bearing plutons ceased at 1.39 Ga, when the arc collided with the continent. Finally, intrusion of La Bostonnais complex plutons ceased entirely at 1.37 Ga. The emplacement of the Ni-Cu±PGE-bearing intrusions was facilitated by the presence of a well-developed magmatic network beneath the oceanic arc. The formation of the mineralized intrusions began with the injection of primitive, tholeiitic, hydrous, sulfide-undersaturated magmas into lower magma chambers. These magmas resulted mainly from the partial melting of a metasomatized mantle source composed of spinel-bearing lherzolite (as indicated by the trace element signatures of the intrusive rocks). During their ascent in conduits, the magmas underwent crystal fractionation and became sulfide-saturated as a result of assimilating felsic material and sulfides from the country rocks. Two main sulfide-saturation/segregation events occurred. The first may have occurred in the lower conduits. This early loss of a small amount of sulfides (less than 0.1 wt%, as suggested by Cu and Pd modeling) caused depletion of base and, above all, precious metals in the magmas. The second sulfide-separation event probably occurred in the lower magma chambers. Liquid-sulfide formation in the chambers was followed by magma–sulfide interactions (field evidence for multiple magmatic injections and R factors between 100 and 100,000) that caused enrichment of the sulfides in Ni, Cu, and PGE. Later, injections of primitive magma entered the lower chambers, and partly remobilized and transported sulfide liquid into the upper magma chambers to form the Portneuf-Mauricie Domain sulfide-bearing intrusions. The parent magmas of these intrusions, derived from the later pulses, are separated into two families. As suggested by petrologic modeling and Mg/Fe ratios, most of the intrusions may have formed from a fractionated magma (a slightly evolved magma with a Mg number (Mg#) of 60) resulting from the fractionation of a more primitive parent melt (primary magma, with Mg# = 68). All these parent magmas underwent fractional crystallization accompanied by various degrees of crustal contamination. This explains the large range of compositions observed in the mafic and ultramafic intrusions. This Ph.D. work provides new constraints for the regional evolution models proposed for the eastern Laurentian margin during the Mesoproterozoic. In addition, the petrologic and metallogenic models presented in this study contribute to a better understanding of the magmatic and metallogenic processes associated with the formation of Ni-Cu-PGE-bearing plutons in subduction-related magmatic arcs, a geodynamic setting unusual for magmatic sulfide deposits.

Les fouilles archéologiques menées dans le cadre des travaux de contournement de la municipalité de Longue Rive, en Haute-Côte-Nord, par le Ministère des Transports du Québec en 2013 ont permis la récolte d'un nombre impressionnant d'artefacts en pierre taillée associés à une occupation à influence Meadowood (3 000 à 2 400 AA). Plus de 80 % des artefacts sont issus du façonnage d'outils dans une matière première d'origine régionale, le quartzite à mica. Ce mémoire a pour but d'apporter des précisions quant à la nature de ce matériau important dans la technologie lithique nord-côtière. Nous analysons sa variabilité au sein de l'assemblage récolté sur le site DdEh-8 et proposons une caractérisation plus précise basée sur la pétrographie sur lames minces. L'analyse pétrographique suggère qu'un phénomène de mylonitisation en marge d'une zone de cisaillement pourrait être à l'origine de la formation du quartzite à mica. Quatre variétés sont décrites et leur utilisation dans l'outillage est documentée au moyen d'analyses typomorphologiques et technologiques détaillées. La production bifaciale dont l'importance dans le corpus technologique de DdEh-8 est accentuée par le façonnage systématique de « préformes quaternaires » de style Meadowood est examinée en profondeur. Le classement par stade de réduction des pièces bifaciales est confronté à une méthode de classification dite en continuum et qui corrèle les données objectives relatives à la longueur de la marge bifaciale et au nombre d'enlèvements. Il appert que la réduction bifaciale menée sur le site n'est pas aussi phasée que l'on pourrait s'y attendre bien que l'objectif de cette taille se concentre vers la production de préformes quaternaires. Le quartzite à mica semble hautement privilégié dans cette industrie bifaciale pour des raisons pratiques, en ce qui a trait à l'accès à cette matière régionale, et des raisons idéologiques, par la valeur associée ailleurs au quartzite blanc. / Archaeological excavations at the DdEh-8 site carried out by the Ministère du Transport du Québec in 2013 as part of the Longue-Rive municipality highway bypass project in the Upper North Shore region produced an artifact collection associated with a Meadowood occupation (3000 to 2400 AA). More than 80% of the artifacts recovered are derived from the production of tools from a micaceous quartzite specific to this region. Lithologic variability of this regional micaceous quartzite remains poorly understood and its origin unknown. This thesis seeks to clarify the nature of this raw material which is ubiquitous in lithic assemblages from North Shore archaeological sites. We analyze the lithological variability of this material within the assemblage recovered at the DdEh-8 site and propose a more precise characterization based on thin-section petrography. This micaceous quartzite appears to be the result of mylonitization through shear zone deformation. Four main varieties are described and their use in tool production is documented using detailed typo-morphological and technological analyses. This thesis examines the production of lithic bifaces at DdEh-8 in depth; bifacial tools are a particularly significant part of the collection due to the systematic production of Meadowood-style “quaternary preforms” at the site. The classification of bifaces by stage of reduction was undertaken with a continuum approach correlating bifacial margin length with flake removal scar frequency. It appears that the reduction of bifaces at DdEh-8 is not strictly phased in clear technological steps although the objective of this reduction is indeed focused on the production of quaternary preforms. Mica quartzite is a highly favoured raw material in this bifacial industry for reasons that appear to us to be both practical and ideological; this material is both suitable and widely available in the region, while white quartzites appear to have been preferred in general elsewhere in the Meadowood Interaction Sphere.

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

Les gisements minéraux à Au-Cu-Mo constituent des ressources métalliques majeures connues pour être associées spatio-temporellement au magmatisme intrusif d'arc, et en particulier au magmatisme adakitique dont la pétrogenèse est singulière. Bien que la plus grande partie des métaux semble trouver son origine dans les magmas, il n'y a pas encore de consensus quant aux processus responsables de leur concentration. Le fait que les minéraux primaires contenant le minerai soient de façon prépondérante des sulfures a conduit à la suggestion que le soufre joue un rôle important dans l'enrichissement métallique au stade magmatique. Les études expérimentales précédentes ont montré que les sulfures peuvent largement fractionner Au à partir du liquide magmatique, concluant que les magmas oxydés sont potentiellement plus riches en or. Ici, nous avons effectué des expériences haute température-haute pression sur cinq roches naturelles des Philippines, sur une gamme de fO2 allant de conditions réductrices à très oxydantes. Les expériences ont été menées dans des capsules d'or pur en présence de quantités variables d'eau, et avec ou sans ajout de soufre. Nos données montrent que la solubilité d'or des charges sans soufre est basse mais augmente globalement avec la fO2. Dans les charges soufrées, elle apparaît beaucoup plus forte quand l'environnement est réducteur ou moyennement oxydant. Cette étude montre que le transport et la concentration de Au dans les liquides silicatés peut être augmentée de façon spectaculaire par la présence de soufre. L'enrichissement en or dans les gisements minéraux peut ainsi être directement lié à l'incorporation et à l'abondance de soufre dans les magmas.

Les chlorites di/trioctaédriques (cookéite,LiAI4Si3AIOlO(OH)S et sudoïte,Mg2Al3Si 301OAI(OH)g) ont longtemps été exclusivement reportées dans des environnements de très basse pression et basse température. Pourtant, depuis une dizaine d'années, les occurrences de ces minéraux signalées dans des roches pélitiques et bauxitiques métamorphisées sous des conditions de hautes pressions et basses températures se sont multipliées. Dans ce volume sont présentés les résultats de deux études expérimentales indépendantes, entreprises dans les systèmes chimiques Li20 -AI203-Si02-H20 (LASH) et MgO-AI203-Si02-H20 (MASH), montrant que les chlorites di/trioctaédriques sont effectivement stables à haute pression. La bonne précision de l'encadrement de trois courbes d'équilibre impliquant la cookéite et deux impliquant la sudoïte permettent de calculer leurs paramètres thermodynamiques. La première grille pétrogénétique du système LASH, impliquant les phases hydratées bikitaïte et cookéite a été calculée, qui permet de fixer le champ de stabilité de la cookéite entre 250 et 500°C, pour des pressions entre 1 bar et 14 kbar. En combinant les résultats obtenus dans le système MASH avec ceux de mes prédécesseurs, et les coefficients de partage Fe-Mg entre sudoïte, carpholite, chlorite et chloritoïde, calculés à partir d'associations naturelles, il est également possible de calculer une grille pétrogénétiqu pour le système FMASH. Le champ de stabilité de l'association sudoïte + quartz (jusqu'à 7 kbar, 420°C dans le système MASH) diminue rapidement avec une incorporation de Fe dans la sudoïte. L'application des résultats de laboratoire à trois exemples naturels permet d'entrevoir le fort potentiel des associations à cookéite et sudoïte pour typer les conditions poT de roches pélitiques et bauxitiques métamorphisées dans les faciès schistes verts à schistes bleus. Elle permet également de vérifier la très bonne cohérence des deux .grilles pétrogénétiques. Enfin, les calculs des variations de compositions des fluides en équilibre avec les paragénèses du système FMLASH permet de rendre compte des relations de phase observées sur le terrain, et de l'importance des fluides en tant que vecteur d'éléments en solution dans les processus métamorphiques.

Les Vosges sont caractérisées par la présence de nombreuses intrusions et extrusions magmatiques d'affinités variées. Elles constituent donc un excellent site d'étude pour contraindre, par la datation et la géochimie, l'évolution des évènements de ce segment de l'orogène Varisque. Ce travail révèle ainsi deux successions d'évènements magmatiques identiques, décalées dans le temps, caractérisent les domaines Moldanubien (360 à 320 Ma) et Saxothuringien (335 à 295 Ma). Ces successions d'évènements magmatiques résultent de deux processus majeurs. L'avancée des croûtes continentales subduites et sous-plaquées au niveau du Moho sous les blocs continentaux permet le passage du magmatisme calco-alcalin au magmatisme calco-alcalin riche en potassium. L'apport de chaleur par désintégration des éléments radiogéniques (K, U et Th) présents dans ces croûtes continentales subduites permet, dans un premier temps, la formation du magmatisme magnésio-potassique en profondeur. Dans un second temps, elle permet la formation du magmatisme d'origine crustale par l'intrusion du magmatisme magnésio-potassique, riche en K, U et Th, à la limite croûte moyenne - croûte supérieure. Ces successions d'évènements magmatiques et particulièrement, la présence des granites magnésio-potassiques, relient clairement les Vosges à la partie Est de l'orogène Varisque (Forêt Noire, Massif de Bohème, Alpes et Corse-Sardaigne).

La monazite est présente comme minéral accessoire dans la plupart des environnements géologiques. Elle est souvent riche en U et Th, n’incorpore pas (ou peu) de Pb initial et son système isotopique (U-Th-Pb) est résistant à la diffusion dans la majorité des conditions crustales, ce qui en fait un chronomètre très attractif. De plus, elle constitue la principale source de Th et une des principales sources de terres rares (REE) contenus dans la croûte terrestre. En présence de fluide, la monazite peut recristalliser par un processus de dissolution-précipitation couplée, avec une composition chimique et/ou isotopique différente de la monazite initiale. Ces recristallisations impliquent alors une redistribution des éléments contenus par la monazite (REE, Th, U, Pb) et la compréhension de la mobilité de ces éléments stratégiques est cruciale pour leurs aspects économiques (ressources en lanthanides et actinides) et environnementaux (contexte de stockage des déchets).Cette thèse vise à étudier le comportement de la monazite lors des interactions fluide-monazite et son potentiel comme traceur chronomètre et traceur géochimique des minéralisations hydrothermales. Pour cela une approche pluridisciplinaire a été adoptée, combinant minéralogie, pétrologie expérimentale, géochronologie, et tectonique. Les travaux présentés s’organisent en deux parties: l’une concernant la datation de monazites hydrothermales de fentes alpines, et l’autre des expériences d’altérations hydrothermales en laboratoire.Une quarantaine de cristaux de monazite et une dizaine de cristaux de xénotime ont été collectés dans des fentes alpines (veines hydrothermales se formant durant l’exhumation) des domaines externes (Argentera, Belledonne et Mont-Blanc) et internes (zone Briançonnaise). La datation U-Th-Pb in-situ par LA-ICP-MS a permis de mieux contraindre l’âge et la durée des circulations hydrothermales pendant les épisodes de déformation tardifs liés à l’exhumation des Alpes occidentales. Les analyses d’inclusions fluides dans la monazite couplées à des âges traces de fission sur zircons ont apporté de nouvelles contraintes sur le gradient géothermique induit par les circulations fluides dans les veines hydrothermales. L’analyse systématique des produits expérimentaux (monazite et fluide) de 18 expériences hydrothermales a permis de confirmer la mobilité des éléments comme l’uranium ou les terres rares lourdes lors des réactions hydrothermales. L’étude à l’échelle nanométrique des domaines de monazite recristallisée a mis en évidence un nouveau mécanisme de remplacement caractérisé par la propagation du front de réaction à l’aide de nano-pores et nano-fractures. Ce mécanisme conduit à un remplacement anisotrope et à un mélange de nano-domaines de monazite primaire et recristallisée. Ces observations ont des implications majeures pour le stockage des déchets radioactifs ou en géochronologie pour expliquer les perturbations des âges monazites ayant réagi avec un fluide dans les milieux hydrothermaux ou métamorphiques. / Monazite is commonly found in most of geological environments. Monazite can be rich in uranium and thorium, does not incorporate lead, and its isotopic (U-Th-Pb) system is very robust to diffusion in most of crustal conditions, which makes it a very attractive chronometer. In addition, it represents the main source of thorium and a major source of rare earth elements (REE), in the crust. During fluid-monazite interaction, monazite can recrystallize by a coupled dissolution-precipitation process, with a chemical/isotopic composition different from the initial monazite. These recrystallizations involve a redistribution of the elements contained in monazite (REE, Th, U, Pb) and understanding of the mobility of these strategic elements is crucial for their economic (lanthanides resources and actinides) and environmental (storage of radioactive waste) aspects.The aim of this thesis is to investigate the behaviour of monazite during fluid-monazite interactions and its potential as chronometer and geochemical tracer of fluid mineralization, via a multi-disciplinary approach including mineralogy, experimental petrology, geochronology and tectonic. The work presented here is organized in two parts: one on Alpine hydrothermal monazite dating and the other on the results of hydrothermal alteration experiments in laboratory.About forty monazite and ten xenotime crystals were collected in Alpine clefts (hydrothermal veins formed during exhumation) of the external (Argentera, Belledonne, Mont-Blanc) and the internal (Briançonnais Zone) domains. The LA-ICP-MS in-situ U-Th-Pb dating allowed to better constrain the age and duration of hydrothermal circulation during the late deformation stages related to the exhumation of the western Alps. The fluid inclusion analysis of monazite crystals coupled with zircon fission-track dating have brought new constrains on the geothermal gradient induced by fluid circulations in the hydrothermal veins. Systematic analysis of experimental products (monazite and fluid) of 18 experiments confirmed the mobility of elements such as uranium or heavy REE during hydrothermal reactions. The nanoscale study of monazite recrystallized domains showed a new replacement mechanism characterized by the propagation of the reaction front through nano-pores and nano-fractures. This mechanism leads to anisotropic replacement and a mixture of nano-domains of primary and recrystallized monazite. These observations have major implications for the storage of radioactive waste or in geochronology to explain the disturbances of monazite ages that have reacted with fluid in hydrothermal or metamorphic environments.

Le bassin de Sbaa est situé dans la province centre-occidentale du Sahara algérien. Il est essentiellement constitué par des formations argilo-gréseuses paléozoïques allant du Combro-Ordovicien au Namurien (épaisseurs maximales traversées par les sondages : 2000 m environ), surmontées par des terrains mésozoïques peu épais.<br />Ce bassin s'individualise au sein de cette région particulièrement riche en gisements d'hydrocarbures gazeux, par des accumulations d'huile, notamment au niveau de la formation des « Grès de Sbaa » (âge : Tournaisien profondeur : 500 m ; réserves prouvées : 22 millions de tonnes).<br /><br />Dans le but de comprendre les raisons de cette anomalie et de guider l'exploration pétrolière dans la région, 160 échantillons provenant de 9 sondages effectués dans le bassin ont été étudiés par les méthodes de la pétrologie et de la géochimie organiques modernes.<br />L'approche pétrologique a été essentiellement menée par le biais de la microspectrofluorimétrie et de la palynologie. Du point de vue géochimique, ont été notamment mis en œuvre : pyrolyse Rock-Eval, chromatographie en phase gazeuse (CPG) et couplage pyrolyse-CPG.<br />Par ailleurs, un concentré d'Algues Tasmanacés isolées du Silurien du sondage OTAL-1 a été soumis à une simulation de génération d'hydrocarbures (pyrolyse en milieu confiné) afin d'étudier le comportement diagénétique de ce matériel organique « pur ».<br /><br />Concernant la diagénèse organique dans le bassin de Sbaa, les principaux résultats obtenus sont :<br />1. la roche mère effective est le Silurien de la partie nord du bassin. La génération des hydrocarbures n'a probablement pas eu lieu avant la fin du Paléozoïque. Leur expulsion a dü suivre de peu leur formation. La phase paroxysmique du cycle Hercynien est vraisemblablement responsable de la mise en place des pièges structuraux permettant leur accumulation.<br />2. les roches mères potentielles sont le Givétien dans la partie nord du bassin et le Silurien en général.<br /><br />Par ailleurs, l'étude microspectrofluorimétrique a permis de confirmer les résultats suivants : (1) l'existence d'une corrélation entre la diminution du QF-535 des Tasmanacées et l'augmentation des teneurs en extrait chloroformique des sédiments correspondants ; (2) l'existence d'une corrélation entre la diminution du QF-535 des Tasmacées et l'enrichissement des extraits des sédiments correspondants en hydrocarbure aliphatiques saturés.<br /><br />Enfin, la similitude de composition des hydrocarbures issus de la pyrolyse en milieu confiné du concentré de Tasmanacées du Silurien et de l'huile accumulée au niveau des « Grès de Sbaa » a permis de mettre en évidence la participation notable de ces Algues à la formation du pétrole du bassin de Sbaa et de confirmer l'identité de la roche mère.