Les cryptokarsts de Beez (Namur, Belgique) se sont développés au dépens de calcaires dolomitiques viséens, à la faveur de drains constitués par les filons sulfurés Fe-Pb-Zn, sous une couverture composée de pélites gréseuses viséo-namuriennes et de sables oligocènes. À Khamouda (Kasserine, Tunisie), les poches karstiques se sont développées suivant la stratification sub-horizontale des calcaires sénoniens de la Formation Douleb à partir d'une faille normale les mettant au contact de la couverture sableuse miocène (Formation Béglia). Dans les deux sites, des paragenèses riches et complexes s'installent aux interfaces entre encaissant carbonaté et remplissages karstiques. Des argilites blanches, principalement composées de phases silico-alumineuses et alumineuses, ainsi que des croûtes ferrugineuses sont toujours présentes. À Beez, l'argilite est constituée d'halloysite et de gibbsite. À Khamouda, elle s'enrichit de phases zincifères plus rares, telles que la sauconite, ainsi que d'un phyllosilicate à 7 Å et d'un hydroxyde de zinc amorphe. Des sulfates sont également néoformés, notamment du gypse, dissout par la suite mais dont les croûtes ferrugineuses comportent encore des indices, ainsi que de la jarosite à Beez. D'un point de vue fondamental, les systèmes cryptokarstiques, qui opposent une barrière carbonatée à la migration de fluides acides, sont des structures privilégiées pour l'étude et la compréhension de la migration et la fixation des éléments chimiques dans le domaine supergène. Dans les deux cas, les fluides météoriques acquièrent leur acidité (pH ~2 à Beez et pH~4 à Khamouda) par lessivage de la couverture sédimentaire sus-jacente et notamment par oxydation des sulfures qu'elle contient (pyrite à Beez, pyrite et sphalérite à Khamouda). Les principaux éléments mobilisés à Beez sont Si et Al et dans une moindre mesure Fe, Mn et les Terres Rares ; tandis qu'à Khamouda, les principaux éléments mobilisés sont Si, Al et Zn, et dans une moindre mesure Fe, Pb et les Terre Rares. La neutralisation des fluides au contact du mur carbonaté conduit dans un premier temps à la formation de sulfates (gypse, jarosite) et d'oxy-hydroxydes de fer, puis d'halloysite et d'hydroxydes d'aluminium à partir de pH 4,8-5,4. À Khamouda, les phases zincifères ne se forment que plus tardivement (pH < ~9,5). Dans les deux cas étudiés, nous avons mis en évidence l'évolution de phases minérales depuis des gels silico-alumineux jusqu'à des minéraux bien cristallisés, tels que l'halloysite, ou moins bien organisés, tels que certains oxydes de manganèse à Beez. Dans les deux gîtes, le microfaciès tubulaire de l'halloysite, correspondant à une croissance fissurale, prédomine par rapport au faciès sphéroïdal se développant habituellement au sein des masses de gel ; ce qui suggère une fracturation répétée des masses de gels précurseurs. Nous avons également établi que ces gels continuent à incorporer des cations des solutions percolantes, notamment du manganèse à Beez. La difficulté majeure de l'étude des altérations cryptokarstiques réside dans la détermination des âges des phénomènes. L'âge des couvertures sédimentaires impliquées dans les poches karstiques donne une première approximation. Ainsi, la phase majeure d'altération à Beez est post-oligocène suivie d'une réactivation quaternaire ; tandis que l'altération est post-miocène à Khamouda. Le site de Beez propose un éventail de minéralisations pouvant faire l'objet de datations radiométriques. Ces datations "absolues" doivent constituer une priorité forte à l'avenir.

La mise en place des corps magmatiques acides ou basiques des Jebiles centrales s'est faite dans un domaine à déformation régionale essentiellement transcurrente et qui devient décrochevauchante aux limites de la chaîne avec les blocs stables. Elle est contrôlée par le jeu d'un accident N 1600 sénestre. Les corps magmatiques se sont mis en place entre des cisaillements N-S sénestres interconnectés par des cisaillements N70° dextres. Les trois familles de fractures indiquent un contexte transpressif et un champ de raccourcissement crustal post Viséen subhorizontal, de direction NW-SE. Une activité hydrothermale a accompagné la mise en place, la déformation et lE refroidissement des intrusions. Le fluide le moins évolué a une composition très proche de celle de l'eau de mer, il a transformé des granites en trondjhémites essentiellement par gain de Na et Mg et perte de Fe, K et Rb. Un fluide plus évolué é transformé des granulites en tonalites, essentiellement par gain. de Ca et perte de K Rb, Fe. Le fluide le plus évolué est riche en fer, sa circulation s'est localisée dam des zones de cisaillement métriques où il a transformé des gabbros en chloritoschistes de composition comparable aux chloritites des amas sulfurés locaux Ce changement de composition de fluide dans un même domaine géographique e pendant le même période, est caractéristique des systèmes hydrothermaw générateurs d'amas sulfurés. L'altération hydrothermale a profondément altéré la signature géochimique du magmatisme bimodal des Jebilet centrales. Les éléments immobiles indiquent que les trondhjémites/tonalites étaient initialement des granites de type A2; les roches basiques sont des tholéiites à signature géochimique ambigüe. La cinématique de la déformation et le type d'association bimodale des Jebilet centrales traduisent un environnement géodynamique complexe ou l'influence de mouvements de distension et de raccourcissement crustal s'est déroulée dans un contexte de convergence oblique de plaques.

Le concept de durabilité des sols et de leurs propriétés se développe avec la pression anthropique croissante. Les minéraux argileux (type, quantité, propriétés) sont des composants essentiels de la durabilité des fonctions des sols. La compréhension des processus de leur formation, leurs transformations et leur réactivité est une des clés de la gestion des sols. Mes travaux de recherche s'insèrent dans ce cadre général avec pour finalité une meilleure connaissance des minéraux argileux des sols et de leur rôle sur les propriétés physico-chimiques des sols. Les travaux présentés concernent le développement progressif d'une méthode d'identification précise des minéraux argileux et de quantification de la proportion relative de chacun des phyllosilicates. La méthodologie employée dérive de celle développée pour l'étude des minéraux argileux dans les séries diagénétiques. Celle-ci a été adaptée avec des fractionnements infra-micrométriques compte tenu des spécificités des minéraux argileux des sols (petite taille, chimie hétérogène, faible cristallinité). La modélisation directe des diffractogrammes de rayons X permet une description complète des diffractogrammes et l'identification des phases les moins bien cristallisées qui sont abondantes dans les sols et jusqu'à présent difficiles à décrire. Le projet de recherche se focalise sur 1) l'application de la méthodologie sur des chronoséquences de sols pour préciser les processus pédogénétiques et démêler les modifications 'naturelles' de celles liés à l'action de l'homme (pratiques culturales, utilisation du sol) ; 2) la connaissance des minéraux intergrades alumineux, minéraux clés de la compréhension des processus d'altération dans les sols acides et 3) le couplage de la pétrographie quantitative et de la minéralogie quantitative pour étudier des processus d'altération en relation avec le développement de la porosité associée qui sont tous les deux des facteurs importants de la 'fertilité' des sols.

Les chondrites carbonées de type 1 et 2 comprennent les météorites les plus primitives d'un point de vue chimique et pétrologique. Ce caractère primitif est associé à l'abondance de matière organique qui est une phase privilégiée pour l'étude des phénomènes concernant l'héritage du matériel présolaire et sa transformation dans la nébuleuse puis sur les premiers corps. L'objet de cette thèse est l'étude de l'influence des processus post-accrétionnels sur les caractéristiques moléculaires de la matière organique et en particulier la mesure des effets d'oxydation dus à l'altération aqueuse. Nous avons mené une étude comparative basée sur la structure carbonée et l'analyse des fonctions oxygénées et soufrées d'une dizaine de météorites dont les histoires géologiques ont été déterminées par ailleurs. Le degré d'oxydation du soufre, hétéroatome mineur dans la fraction insoluble, a été mesuré par micro-spectrométrie SK-Xanes. La spectroscopie FT-IR a permis la description des structures fines des chaines carbonées et des fonctions riches en oxygène, hétéroatome majeur. La spectrométrie de masse à très haute résolution Orbitrap a été utilisée pour décrire la diversité hétéroatomique des molécules solubles de la chondrite Renazzo (CR2). Les chaines carbonées des chondrites de classe CI et Murchison se différencient de celle des autres météorites par une abondance en groupements terminaux méthyles à la fois supérieure et invariable. Les chondrites de type 1 sont les seules porteuses de fonctions soufrées oxydées acides alors que la spéciation du soufre dans les chondrites de type 2 est invariable. De la même façon, et cette fois pour l'ensemble des chondrites étudiées, les groupements carbonyles sont majoritairement dans les fonctions cétones, en proportion indépendante du degré d'altération aqueuse. Tous les paramètres mesurés dans cette étude nous poussent à conclure que la variabilité moléculaire au sein des chondrites carbonées de type 1 et 2 trouve moins son origine dans l'empreinte de l'hydrothermalisme que dans une hétérogénéité du précurseur organique accrété par chaque corps parent. En particulier, nos mesures invalident l'hypothèse selon laquelle l'altération serait à l'origine d'une conversion oxydative des chaines carbonées en fonctions acides carboxyliques.

Les déformations et ruptures gravitaires sont des processus d'évolution communs à tout massif rocheux, et se produisant à différentes échelles. Il est largement admis que ces processus sont influencés par différents facteurs parmi lesquels les hétérogénéités structurales préexistantes (hérités de l'histoire géologique du massif) et les processus d'altération physico-chimique sont de premier ordre. Cependant, l'influence respective de ces paramètres reste floue. Pour avancer dans ce domaine, nous avons utilisé une approche couplée de modélisation physique et numérique en deux et trois dimensions, en nous basant sur deux exemples naturels bien documentés que sont le glissement de La Clapière (Alpes-Maritimes, France) et les écroulements de Randa (canton du Valais, Suisse). Le premier objectif de cette thèse a été l'amélioration de la technique de modélisation physique existante afin de pouvoir d'une part introduire un grand nombre de discontinuités (fractures et failles) dans des modèles physiques, et d'autre part afin de produire des modèles en trois dimensions présentant une topographie réaliste issue de modèles numériques de terrain. Un protocole expérimental de modélisation numérique a ensuite été développé afin d'étudier l'effet de l'altération physico-chimique sur la perte de stabilité des versants rocheux et ce, à grande échelle. Les résultats ont montré, au travers de l'application de la méthode couplée de modélisation physique et numérique (en deux et trois dimensions) que les failles et fractures affectant un massif rocheux (et héritées de son histoire géologique) sont des structures influençant fortement la cinématique des déstabilisations gravitaires, notamment au travers des paramètres propres de ces structures (géométrie, persistance et densité). Il a également été montré que la topographie tridimensionnelle (de premier et de second ordre) ainsi que les propriétés mécaniques à grande échelle (incluant l'altération) ont une grande influence sur le volume mobilisé lors des déstabilisations de versant.

Le présent travail est consacré aux problèmes de l'altération de roches basiques et ultrabasiques sous des conditions climatiques différentes et à l'influence de ces processus sur la stabilité à long terme des talus de mines à ciel ouvert. Les roches font partie d'anciens profils d'altération et, mises à jour par l'exploitation, subissent des altérations météoriques modernes qui changent les paramètres pétrographiques et géotechniques les caractérisant, ceci au niveau de la matrice rocheuse et du massif rocheux. Deux objets ont été étudiés au cours de ce travail : la mine de chromite de Bemanevika (Madagascar) où les métabasites et méta-ultrabasites sont très intensivement altérées sous conditions climatiques tropicales et la mine d'amiante de Bagenovskoe (Oural Central, Russie), où des roches de même type sont exposées à l'altération sous conditions tempérées continentales. La prévision de la stabilité des talus à long terme, en tenant compte du développement de l'altération dans les massifs, y a été analysée. Nous avons également procédé à des simulations en laboratoire de l'altération et de l'évolution de l'altérabilité de diverses roches. Deux types de simulation ont été réalisés : l'altération physique par cycles de gel-dégel intensif et l'altération chimique par cycles de lessivage en eau chaude en extracteur Soxhlet. L'analyse et la comparaison des résultats en laboratoire et in situ permettent de quantifier les processus d'altération et, enfin, d'établir les schémas de développement à long terme d'instabilités dans différents massifs rocheux sous diverses conditions climatiques.

D'importants dépôts de sulfates ont été découverts dans certaines régions équatoriales de Mars : les canyons de Valles Marineris, les terrains chaotiques, et les plaines de Meridiani. Afin d'expliquer la chimie de ces dépôts, ainsi que la formation d'un tel volume de sédiments de même composition, sur des surfaces aussi larges et variées, l'une des hypothèses les plus récentes suggère une origine glaciaire. Le but de cette thèse est d'évaluer la plausibilité de ce mode de formation, par une étude morphologique et minéralogique comparative des sulfates trouvés sur la calotte polaire Nord et sur les terrains chaotiques (Aram Chaos). L'analyse des sédiments superficiels de la calotte polaire montre que ceux-ci sont riches en gypse. Ces particules riches en sulfates proviennent directement de la calotte polaire, s'accumulent en surface par ablation de la glace, et sont transportées par le vent dans les dunes circum-polaires. L'analyse des affleurements observés à l'équateur sur Aram Chaos montre des dépôts stratifiés clairs, semblables à ceux de Valles Marineris et de Meridiani Planum ; ils contiennent un mélange de sulfates monohydratés, d'oxydes de fer et de minéraux hydratés. Ces dépôts pourraient également avoir une origine glaciaire car, durant les périodes de haute obliquité, d'anciennes accumulations de glace ont pu se former aux basses latitudes. De plus, l'observation d'analogues terrestres en Antarctique révèle que des sulfates se forment effectivement dans la glace par des réactions post-dépôt, et peuvent être compatibles avec la chimie des minéraux observés à l'équateur martien, si l'accumulation de la glace coïncide avec le dépôt de matériaux volcaniques.

La mine de Copper Cliff exploite des lentilles de chalcopyrite contenues dans une zone de laminage recoupant la zone anorthositique du complexe du lac Doré. Ce gisement est situé à environ quatre kilométres au N du pluton trondhjémitique de Chibougamau intrusif dans le complexe du lac Doré. L'ensemble de ces roches est archéen . Le minerai contient du ciuvre , des traces d'or et d'argent et de zinc. Seul l'or est récupéré. L'étude géologique a permis de reconnaitre l'existence de zones concentriques d'altération hydrothermale probablement congénéres de la minéralisation. En conclusion , un modéle métallogénique est proposé.

Des affleurements alumineux à kaolinite, andalousite, pyrophyllite et diaspore se répartissent en six groupes principaux situés dans l'unité 1 d'Avène (Nord-est de la Montagne Noire). Ces roches massives qui contiennent essentiellement de la silice, de l'alumine et de l'eau sont bordées par une enveloppe sériciteuse et silicifiée à tourmaline et pyrite. Le passage de la métarhyolite encaissante, d'âge Précambrien ou Cambrien inférieur, aux faciès à silicates et hydrates d'alumine est graduel. Il se fait par une disparition progressive des feldspaths (métarhyolites sans feldspath) puis de la foliation métamorphique avec apparition d'andalousite. Les zonalités observées se rencontrent dans d'autres sites mondiaux (Caroline du Nord, Maroc) à altération hautement alumineuse où la roche encaissante est une rhyolite et les altérites présentent les mêmes types de minéraux que les affleurements alumineux de la Montagne Noire. L'étude pétrogénétlque montre que l'essentiel des transformations est antérieur au métamorphisme hercynien (phase hydrothermale majeure) et que les zonalités ainsi que la diversité des faciés observés peuvent s'expliquer par un modèle génétique unique présentant des affinités avec le modèle génétique des porphyres cuprifères. La phase hydrothermale majeure se caractérise par la superposition de deux épisodes d'altération qui se produisent entre le Cambrien inférieur et le Cambrien moyen dans un contexte géodynamique distensif: - l'altération séricitique précoce résulte d'un lessivage de la roche par des fluides acides (pH-4),relativement chauds (T-400'C), sursaturés en silice et contenant principalement du bore, du soufre, du fluor et du sodium. Les feldspaths de la roche, sous faible couverture et peu compactée, (P-30 MPa), sont transformés en muscovite avec un lessivage intense du sodium. La silice, le magnésium et le fer sont lessivés vers les bordures des zones d'apport où cristallisent la dravite et la pyrite. - l'altération argilitique avancée qui se surimpose à la première est liée à une baisse de la température et une augmentation de l'acidité des fluides qui sont enrichis en phosphore. Dans la zone centrale la muscovite est transformée en andalousite avec par .endroit cristallisation de scorzalite (phosphate accidentel) . Les alcalins et la silice sont lessivés vers la périphérie. Un modète génétique général qui explique les principales caractéristiques des sites a été élaboré. Il a la forme d'un ellipsoide de révolution à zone interne d'altération argililique avancée plus ou moins riche en andalousite et à enveloppe externe d'altération séricitique. Les zones silicifiées se répartissent dans l'enveloppe séricitique et à la base (voies d'apport des fluides) de l'ellipsoide. La topographie des sites riches en filons de quartz recoupe le modèle à sa base alors que la topographie des sites à filons de quartz rares et riches en andalousite recoupe le modèle dans sa partie haute. Les autres particularités s'expliquent par une évolution des paragenèses originelles dépendant du contexte géologique local ou régional: -au cours du métamorphisme hercynien les altérites sont reprises dans la schistosité de flux ce qui explique leur aspect stratiforme actuel et les déformations observées sur certains sites. -les sites de bordure du bassin houiller sont soumis à l'altération antéstéphanienne qui se manifeste par des phénomènes de bauxitisation localisés avec oxydation superficielle et altération de l'andalousite en kaolinile et boehmite. La boehmite est ensuite déstabilisée en diaspore sous faible couverture houillère. - les sites de Serviès et du Lissobre situés plus au Nord n'ont pas été soumis à l'altération antéstéphanienne ce qui explique l'absence de boehmite et de diaspore. A la fin du Stépthanien un contexte distensif associé à un réchauffement régional (métamorphisme tardistéphanien) provoque des circulations de fluides ( T-200'C) qui conduisent à la cristallisation de pyrophyllite à partir de la kaolinite dans les fractures des altérites. Au Permo-Trias des circulations de fluides liées à une période de distension provoquent l'altération de la scorzalite et la cristallisation de barytine en conditions supergènes.

L'enregistrement géologique de Mars a préservé des minéraux indicateurs d'une altération par l'eau liquide active durant plusieurs centaines de millions d'années après la formation de la planète. La reconstitution de ces processus anciens est un enjeu majeur de la planétologie, l'évolution de la Terre primitive étant inaccessible aujourd'hui en raison du renouvellement de la croûte terrestre par la tectonique des plaques, le volcanisme et l'érosion. Cette thèse apporte plusieurs contributions à la compréhension des processus d'altération sur Mars primitive à travers des expériences d'altération sous dioxyde de carbone et l'analyse de données orbitales de spectrométrie visible et proche-infrarouge. Les résultats conduisent à un modèle de formation des sulfates martiens par l'altération combinée de silicates et de sulfures de fer, qui se révèle cohérent avec l'extension spatiale et temporelle limitée des sulfates. De manière concordante, l'étude des minéraux secondaires de la dépression d'Ismenius Cavus illustre que l'altération acide à l'origine des sulfates n'a pas concerné l'ensemble de la planète. Une seconde étude orbitale focalisée sur le plateau de Nili Fossae démontre qu'au moins une partie des argiles martiennes résulte de l'altération météorique. Cette conclusion est appuyée par une expérience d'altération de l'olivine en conditions martiennes simulées confirmant que les minéraux observés dans Nili Fossae et d'autres régions martiennes sont compatibles avec une altération sous une atmosphère de dioxyde de carbone plus dense qu'aujourd'hui, assurant la stabilité de l'eau liquide à la surface de la planète.