Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la recherche de nouvelles formulations verrières pour le conditionnement des produits de fission et actinides mineurs (PFA). Il s'agit d'étudier une composition de verre dans le domaine peralumineux (défaut de compensateurs de charge en alcalins et alcalino-terreux par rapport à l'aluminium) présentant un taux de charge au moins équivalent à celui du verre R7T7 (18,5 % mass. PFA) et de statuer sur la potentialité de ces matrices vitreuses comme matrice de conditionnement. La première partie de cette étude évalue les propriétés physico-chimiques de verres peralumineux complexes en fonction de la teneur en PFA (de 18,5 à 32 % mass.) afin de vérifier leur adéquation avec le cahier des charges prédéfini. La très faible tendance à la cristallisation de ces matrices pour des teneurs en PFA allant jusqu'à 22,5 % massiques ainsi que l'excellente durabilité chimique observée jusqu'à présent sont des atouts indéniables. La seconde partie de l'étude apporte des informations sur l'incorporation des terres rares dans des verres de composition simplifiée du système SiO2-B2O3-Al2O3-Na2O-CaO-TR2O3 (TR=Nd ou La). L'homogénéité et la tendance à la dévitrification des verres sont étudiés à l'échelle micrométrique (DRX, MEB) et nanométrique (MET) et la spectroscopie RMN (MAS, MQMAS, REDOR, HMQC, DHMQC), combinée à la spectroscopie d'absorption optique du néodyme, se révèle un outil puissant pour mettre en évidence le rôle structural de la terre rare vis-à-vis de l'aluminium et décrire de façon précise l'organisation du réseau vitreux peralumineux. L'homogénéité des matrices sur une large gamme de composition et des données structurales inédites sur l'organisation du réseau vitreux à fortes teneurs en terres ont ainsi pu être mis en évidence.

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la recherche de nouvelles formulations verrières pour le conditionnement des produits de fission et actinides mineurs (PFA). Il s’agit d’étudier une composition de verre dans le domaine peralumineux (défaut de compensateurs de charge en alcalins et alcalino-terreux par rapport à l’aluminium) présentant un taux de charge au moins équivalent à celui du verre R7T7 (18,5 % mass. PFA) et de statuer sur la potentialité de ces matrices vitreuses comme matrice de conditionnement. La première partie de cette étude évalue les propriétés physico-chimiques de verres peralumineux complexes en fonction de la teneur en PFA (de 18,5 à 32 % mass.) afin de vérifier leur adéquation avec le cahier des charges prédéfini. La très faible tendance à la cristallisation de ces matrices pour des teneurs en PFA allant jusqu’à 22,5 % massiques ainsi que l’excellente durabilité chimique observée jusqu’à présent sont des atouts indéniables. La seconde partie de l’étude apporte des informations sur l’incorporation des terres rares dans des verres de composition simplifiée du système SiO2-B2O3-Al2O3-Na2O-CaO-TR2O3 (TR=Nd ou La). L’homogénéité et la tendance à la dévitrification des verres sont étudiés à l’échelle micrométrique (DRX, MEB) et nanométrique (MET) et la spectroscopie RMN (MAS, MQMAS, REDOR, HMQC, DHMQC), combinée à la spectroscopie d’absorption optique du néodyme, se révèle un outil puissant pour mettre en évidence le rôle structural de la terre rare vis-à-vis de l’aluminium et décrire de façon précise l’organisation du réseau vitreux peralumineux. L’homogénéité des matrices sur une large gamme de composition et des données structurales inédites sur l’organisation du réseau vitreux à fortes teneurs en terres ont ainsi pu être mis en évidence. / In this work, peraluminous glasses (lack of alkaline and alkaline earth ions regarding aluminum) are under study to assess the potentiality of these matrices to confine fission products and minor actinides (FPA) at higher rate than current R7T7 glass (18,5 wt % FPA). The first part of this work aims at studying the physical and chemical properties of complex peraluminous glasses containing increasing FPA rate (18.5 to 32 wt %) to compare them with the specifications. The very low crystallization tendency of complex glasses containing up to 22.5 wt % as well as the very good chemical durability observed are major assets. The other part focuses on the lanthanides incorporation in simplified glass compositions in the SiO2-B2O3-Al2O3-Na2OCaO- Ln2O3 system (Ln = Nd or La). The glass homogeneity and devitrification tendency are investigated at different scales by XRD, SEM, TEM and structural techniques such as NMR (MAS, MQMAS, REDOR, HMQC, DHMQC) and neodymium optical spectroscopy that appear very powerful to determine the lanthanides structural role regarding aluminum and describe more precisely the structural organization of peraluminous network, as still unknown in such systems. The glass homogeneity was demonstrated in a large composition domain and new structural data were put in evidence at high lanthanides content.

Les granites peralumineux sont les acteurs principaux de la différentiation de la croûte continentale et représentent un enjeu sociétal important car ils sont associés à de nombreux gisements métallifères. Dans la chaîne hercynienne européenne, la majorité des gisements hydrothermaux d'uranium (filons ou épisyenites) sont associés à des leucogranites peralumineux d'âge tardi-carbonifère. Ainsi dans le Massif armoricain, 20000 t d'uranium (U) (~20% de la production historique française), ont été extraites des gisements associés aux leucogranites de Mortagne, Pontivy et Guérande. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre le cycle de l'uranium dans la chaîne hercynienne armoricaine depuis la source des leucogranites, leur évolution et leur mise en place dans la croûte supérieure jusqu'à leur lessivage par des fluides, la formation des gisements puis leur exhumation en sub-surface. Dans ce but, des données pétro-géochimiques, géochronologiques et thermochronologiques ont été obtenues sur les leucogranites de Guérande, Pontivy et leurs gisements d'uranium associés. Les leucogranites de Guérande et de Pontivy se sont mis en place, respectivement, à ca. 310 Ma dans une zone de déformation extensive dans le domaine interne de la chaîne et ca. 315 Ma dans le domaine externe le long du cisaillement sud armoricain (CSA), une faille décrochante d'échelle lithosphérique. Les deux leucogranites sont issus d'un faible taux de fusion partielle de métasédiments détritiques et d'orthogneiss peralumineux, la fusion de ces derniers ayant vraisemblablement joué un rôle majeur dans la richesse en uranium des leucogranites. La fusion de la croûte continentale dans la zone interne de la chaîne a été induite par l'extension tardi-orogénique alors que la fusion de la croûte mais aussi du manteau dans la zone externe était probablement contrôlée par une déformation décrochante diffuse. La cristallisation d'oxydes d'uranium magmatiques dans les facies les plus évolués des leucogranites au moment de leur mise en place a été vraisemblablement rendue possible grâce à l'action combinée de la cristallisation fractionnée et d'une activité magmatique-hydrothermale diffuse. De ca. 300 Ma à 270 Ma, une activité tectonique fragile le long du CSA et des détachements a permis l'infiltration de fluides météoriques oxydants en profondeur induisant la mise en solution des oxydes d'uranium des leucogranites. Ensuite, les fluides ont précipité leur U dans des failles ou des fentes de tension à proximité du contact avec des lithologies sédimentaires avec un caractère réducteur variable. Les leucogranites étaient toujours en profondeur à des températures supérieures à 120°C au moment de la formation des gisements et leur exhumation en sub-surface n'est pas enregistrée avant le Trias ou le Jurassique. Ce modèle métallogénique n'est probablement pas exclusif au Massif armoricain car la période de formation des gisements d'U dans la région entre 300 et 270 Ma est la même que dans l'ensemble de la chaîne hercynienne européenne. / Peraluminous leucogranites are the principal actors for the differentiation of the continental crust and play an important economic role because they are commonly associated with significant metalliferous deposits. Most hydrothermal uranium (U) deposits (vein or episyenite types) from the European Hercynian belt are spatially associated with Carboniferous peraluminous leucogranites and in the French Armorican Massif (western part of the European Hercynian belt) 20000 t of U (~20 % of the French production) were extracted from the deposits associated with the Mortagne, Pontivy and Guérande leucogranites. The objective of this work is to improve our knowledge about the U cycle in the Armorican Hercynian Belt from the leucogranites sources, their evolution and emplacement in the upper crust to U leaching, deposit formation and leucogranites exhumation at the subsurface level. For that purpose, petro-geochemical, geochronological and thermochronological data were obtained on the Guérande and Pontivy leucogranites as well as their spatially associated U deposits. The Guérande leucogranite was emplaced ca. 310 Ma ago in an extensional deformation zone in the internal domain of the belt whereas the Pontivy leucogranite was emplaced ca. 315 Ma ago in the external domain along the South Armorican Shear Zone (SASZ), a lithospheric scale wrench fault. Both leucogranites were formed by a low degree of partial melting of detrital metasediments and peraluminous orthogneisses; the fusion of the latter probably played a major role in the generation of U rich leucogranites. Partial melting of the crust in the internal zone of the belt was triggered by late orogenic extension whereas partial melting of the crust but also the mantle in the external zone was likely controlled by pervasive wrenching. The crystallization of magmatic uranium oxides in the most evolved leucogranitic facies was induced by fractional crystallization and probably enhanced by magmatic-hydrothermal processes. From ca. 300 to 270 Ma, a fragile tectonic activity along detachments and the SASZ, allowed for the infiltration at depth of meteoric oxidizing fluids, able to dissolve magmatic uranium oxides in the leucogranites. These fluids have then precipitated their U in faults or tension gashes close to the contact with sediments having a variable reducing character. The leucogranites were at depth above 120°c during the formation of U deposits and the exhumation of these intrusions did not occur before the Trias or the Jurassic. The proposed metallogenic model is likely not exclusive to the Armorican Massif as the timing of U deposits formation in the region from ca. 300 to 270 Ma is similar to the main U mineralizing event in the whole European Hercynian belt.

Dans le cadre de la recherche sur le conditionnement des déchets nucléaires issus des combustibles usés, de nouvelles formulations vitreuses sont à l’étude. Ces nouvelles matrices doivent être capables d’incorporer une importante teneur en produits de fission et actinides mineurs (PFA) tout en présentant d’excellentes propriétés en termes d’homogénéité, stabilité thermique, comportement à long terme et faisabilité technologique. Cette étude s’intéresse aux verres dits « peralumineux », c’est-à-dire à des verres présentant un excès d’ions aluminium vis-à-vis des ions compensateurs de charges (Na⁺, Li⁺ et Ca²⁺). Une approche par plan d’expériences a été réalisée afin de déterminer les relations entre la composition de systèmes peralumineux simplifiés à sept oxydes (SiO2 – B2O3 – Al2O3 – Na2O – Li2O – CaO – La2O3) et leurs propriétés physico-chimiques : viscosité, température de transition vitreuse et microstructure. Une étude structurale réalisée par spectroscopie RMN a également permis de mieux définir les rôles structuraux de Na⁺, Li⁺ et Ca²⁺ au sein des verres peralumineux ainsi que l’organisation structurale de ces matrices. Par la suite, des verres peralumineux complexes ont été élaborés et caractérisés afin d’une part, de valider la transposition des résultats entre verres simplifiés et verres complexes et d’autre part, de souligner la potentialité des verres peralumineux comme matrice de conditionnement. / Part of the Research and Development program concerning high level nuclear waste conditioning aims to assess new glass formulations able to incorporate a high waste content with enhanced properties in terms of homogeneity, thermal stability, long term behavior and process ability. This study focuses on peraluminous glasses, defined by an excess of aluminum ions Al³⁺ in comparison with modifier elements such as Na⁺, Li⁺ or Ca²⁺. A Design of Experiment approach has been employed to determine relationships between composition of simplified peraluminous glasses (SiO2 – B2O3 – Al2O3 – Na2O – Li2O – CaO – La2O3) and their physical properties such as viscosity, glass transition temperature and glass homogeneity. Moreover, some structural investigation (NMR) was performed in order to better understand the structural role of Na⁺, Li⁺ and Ca²⁺ and the structural organization of peraluminous glasses. Then, physical and chemical properties of fully simulated peraluminous glasses were characterized to evaluate transposition between simplified and fully simulated glasses and also to put forward the potential of peraluminous glasses for nuclear waste containment.

Cette étude porte sur les granites à cordiérite et sur leurs relations avec - h) les granitoîdes à 2 micas et -(2) les enclaves "basiques" associées. Les objets géologiques choisis sont principalement les massifs hercyniens circonscrits de Huelgoat (340..!... 9 Ma) et de Brignogan-Plouescat (292..!... 's Ma) et plus accessoirement le massif de ste Anne d'Auray (376 ..!...'9 Ma) et le batholite Mancellien (~s60..!... 20 Ma). Elle a pour buts : 1 - de définir les relations entre les granito'ïdes peralumineux à biotite-muscovite et à biotite-cordiérite. 2 - de déterminer les mécanismes de fractionnement de ces granitoïdes. 3 - de discuter la signification du magmatisme "basique" associé. 4 - de proposer un modèle pétrogénétique pour l'ensemble de ces granitoïdes à cordiérite: Les principaux résultats obtenus sont de 2 ordres : - Ceux d'ordre régional : - h) Le massif de Huelgoat peut désormais être considéré comme un exemple d'intrusions indépendantes à bords francs juxtaposées; la chronologie relative étant 1 - granite à 2 micas de La Feuillée et 2 - granite à cordiérite de Huelgoat et du Cloître (Le Cloître étant en enclave dans Huelgoat). - (2) Le massif de Brignogan - Plouescat représente l'une des intrusions hercyniennes les plus récentes et démontre l'importance des événements crustaux tardi-hercyniens souvent sous-estimés dans le Massif Armoricain; y est associé un important magmatisme "basique" à caractère magnésien et potassique. - Ceux d'ordre général : - h) La différence fondamentale entre les granites à biotite-muscovite et à biotite-cordiérite est à rechercher dans leurs caractères physiques de mise en place {P - T - H 2 0 - fO}- - (2) Pour tous ces granitoides, le mécanisme commun de fractionnement est la cristallisation fractionnée; les taux de fractionnement requis, bien que variables, restent toujours très faibles (, 20%). - (3) Le magmatisme "basique" associé à ces granitoîdes, représenté par les enclaves microgrenues sombres, est fort divers. Ces enclaves sont toujc l'rs des mélanges plus ou moins prononcés entre des magmas basiques et le granite hôte qui les contient. - (4) Tous ces granitoides p.roviennent de la fusion crustale de métasédiments alumineux en faciès granulite (résidu pri ncipalement composé de biotite, plagioclase et grenat). Les taux de fusion nécessaires sont toujours élevés (F > so%). Régionalement, le meilleur candidat pour cette source est le briovérien "profond". Cependant, on ne peut exclure une contamination des produits de fusion par des magmas "basiques"; ne serait ce' que pour expliquer les bas rapports initiaux du strontium de ces granitofdes 0Sr ~0,707). - (s) La production simultanée des magmas acides et "basiques" ne semble pouvoir être engendrée que par des phénomènes géologiques de grande ampleur tels que des grands cisaillements intracrustaux.

Cette thèse est consacrée à la croissance et à la remobilisation crustales au Pan-Africain dans le Sud du massif du Ouaddaï au Tchad, situé à la marge Sud du Métacraton du Sahara et au Nord du Craton du Congo. La cartographie du secteur d'étude a permis de distinguer des roches métasédimentaires comprenant des niveaux d'amphibolites et intrudées par des roches plutoniques de composition intermédiaire à felsique. Les amphibolites correspondent à des basaltes tholeiitiques dérivés de la fusion partielle d'un manteau appauvri (ƐNd540= 4). Les roches felsique, représentées par des leucogranites de type-S, donnant des âges U-Pb sur zircon de 635 ± 3 Ma et 612 ± 8 Ma, sont issues de la fusion partielle des métasédiments. Les granitoïdes potassiques calco-alcalin de type-I, donnant un âge U-Pb sur zircon à 538 ± 5 Ma, incluant une monzonite à pyroxène de nature shoshonitique datée autour de ca. 540 Ma, sont caractérisées par des signatures isotopiques radiogéniques (ƐNd620= -4 et -15) et sont attribuées à la fusion partielle d'un manteau enrichi plus ou moins contaminé. Les roches métasédimentaires sont caractérisées par une foliation composite S0 /S1-2 de direction NE-SW qui est associée à des plis isoclinaux P1 et P2 d'échelle centimétrique à hectométrique et qui porte une linéation L1-2 plongeant faiblement vers le NW. Cette foliation est également affectée par des plis droits ouverts P3 associés à une schistosité de plan axial S3 fortement pentée vers le NNW ou le NW. La présence de grains de zircon détritiques et leurs signatures Hf comprenant une composante héritée Archéenne à Paléoprotérozoique indique que les roches métasédimentaires sont issues de l'érosion des cratons voisins et un dépôt au début du Néoprotérozoique.[...] / This thesis is devoted to crustal growth and Pan-African reworking in the south of the Ouaddaï massif in Chad, located at the southern margin of the Sahara Metacraton and north of the Congo Craton. Geologic mapping has allowed to identify metasedimentary units alternating with amphibolites and intruded by plutonic rocks with intermediate to felsic composition. Amphibolites correspond to pre-tectonic tholeiitic basalts derived from the partial melting of the depleted mantle (ƐNd540= 4). The felsic rocks, represented by S-type leucogranites yielding U-Pb zircon ages of 635 ± 3 Ma and 612 ± 8 Ma, are derived from the partial melting of metasediments. High-K calc-alkaline I-type granitoids yielding U-Pb zircon ages at 538 ± 5 Ma, and including a shoshonitic pyroxene-monzonite yielding U-Pb zircon ages at 538 ± 5 Ma are characterized by radiogenic isotopic signatures (ƐNd540= -4 et -15) and are partial melting of an enriched mantle with a potential impact of mixing of mantle and crustal-derived magmas. Metasedimentary rocks display a NE-SW trending S0/S1-2 foliation associated with centimeter to hectometer scales F1 and F2 isoclinal folds delineating hook type interferences pattern and bearing a L1-2 lineation weakly dipping towards the NW. The S0/S1-2 foliation is also affected by upright open F3 folds marked by the development of a faint axial planar S3 schistosity variably dipping to the NNW or NW. Zircon detrital grains with Hf signatures pointing to an Archaean to Paleoproterozoic inheritance indicates that metasedimentary rocks are derived from erosion of the surrounding cratons and were deposited in the early Neoproterozoic. These rocks were subsequently affected by deformation and metamorphism dated at 627 ± 7 Ma (by Th-U-Pb on monazite) and at 602 ±3 Ma (by U-Pb on zircon), typical of green schist facies and amphibolite facies. [...]