Le CO2 est un gaz à effet de serre reconnu comme un forçage important du climat à l’échelle des temps géologiques. Sa variation au cours du Phanérozoïque détermine les périodes froides dites "icehouse" et chaudes dites "greenhouse". Au cours de ces grandes tendances climatiques ont eu lieu des perturbations courtes à l’échelle du Phanérozoïque au cours desquelles le cycle du carbone et donc la concentration en CO2 dans l’atmosphère ont été perturbés. A l’aide d’un modèle numérique du cycle du carbone construit au cours de la thèse et basé sur une version déjà existante et publié par Grard et al. (2005). Les simulations effectuées ont permis de tester différents processus. Au cours du Miocène Moyen, nous mettons en avant la possibilité d’une intensification du stockage de carbone d’origine continentale en déposant 1,5.10*18 moles de carbone en 3 millions d’années. Cette intensification est l’hypothèse la plus plausible pour permettre d’expliquer l’excursion isotopique du ?*13C observée à cette période. Les travaux sur l’Ordovicien terminal ont permis de proposer une nouvelle théorie quant à la mise en place de la glaciation hirnantienne. Cette hypothèse est la mise en place d’un trapp basaltique. Finalement, les travaux concernant le Dévonien terminal ont permis de vérifier l’hypothèse selon laquelle une orogenèse, processus géodynamique s’étalant sur plusieurs dizaines de millions d’années, peut entraîner une perturbation transitoire du cycle du carbone, de quelques millions d’années, associée à la phase de surrection initiale. Nous montrons ainsi que l’orogenèse Eovarisque peut être la cause principale des événements Kellwasser au niveau de la limite Frasnien-Famennien. / Carbon dioxide is a greenhouse gas known to be a primary driver of the Earth climate at a geological time scale. Its variation during the Phanerozoic determines icehouse and greenhouse periods. Brief perturbations, marked by carbon cycle and consequently atmospheric carbon dioxide concentration changes, occur during the Phanerozoic. During the PhD a numerical carbon cycle box model has been updated based on a previous version published by Grard et al. (2005). The modelisations realized during the PhD alowed to test different processes leading to a carbon cycle destabilization over several million of years. During the middle Miocene, we propose an intensification of the burial of continental organic carbon by burying 1.5x10*18 mol C in 3 millions of years. This process constitutes the more acceptable scenario that could explain the positive ?*13C excursion of the middle Miocene. Modeling on the Late Ordovician has led to the suggestion of a new hypothesis explaining the Hirnantian cooling : the installation of a continental basaltic province. Finally, the modeling on the Late Devonian has tested the hypothesis that a long-term (more than 10 Myr) geodynamical process such as a major orogeny could lead to a short-term (less than 2 Myr) carbon cycle perturbation associated to the initial mountain uplift. We show that the Eovariscan orogeny can be at the origin of the two Kellwasser events at the Frasnian-Famennian boundary.

Depuis quinze ans, de multiples instruments de mesure ont été envoyés vers Mars et explorent aujourd'hui sa surface ou y sont en orbite. Les données, renvoyées par ces sondes ont fourni une grande quantité d'informations quant aux conditions régnant aujourd'hui sur Mars, mais aussi sur la géologie des terrains et sur la minéralogie associée. Les minéraux découverts sur Mars se sont formés dans des conditions tout à fait différentes de celles qui y règnent aujourd'hui.Une approche associant modélisations numériques et expériences est proposée pour permettre d'identifier l'influence de divers processus comme le rayonnement UVC, la température et la pression partielle de CO2 ou de SO2. Des expériences en boîte à gants sont réalisées à des pressions partielles de CO2 de 10-6 bar, 10-3 bar et 10-2 bar, en présence ou non de rayonnement UVC. Conjointement à ces expériences, des expériences en capsules en or sont menées pour des températures de 20°C et 50°C avec des pressions partielles de CO2 d'environ 10-3 bar, 10-2 bar et 1 bar ainsi qu'avec une pression partielle de SO2 d'environ 1 bar. Les résultats ont montré qu'il était possible de reproduire expérimentalement et par les codes de calculs, la minéralogie supposée résultant de l'altération d'un verre basaltique de composition proche de roches martiennes. L'observation de carbonates de calcium dans les expériences réalisées à des pressions partielles de CO2 supérieures à 10-3 bar est en accord avec la prédiction de ces mêmes minéraux par des simulations numériques réalisées avec le logiciel DISSOL. Néanmoins, l'abondance de ces carbonates dans les deux types de modélisations, ainsi que leur composition à dominance calcique, contrastent avec les observations des rares minéraux carbonatés magnésiens à la surface de Mars. Ce contraste pose les questions concernant la composition de l'atmosphère, la composition initiale du verre et la préservation des carbonates après leur précipitation. Bien que des argiles n'aient pas été observées dans les expériences à cause d'un taux de dissolution du verre trop faible, des montmorillonites ferrifères et magnésiennes sont prédites dans les simulations numériques quelle que soit la pression partielle de CO2. De la beidellite sodique est également prédite dans le cas où les conditions atmosphériques martiennes seraient réductrices quelle que soit la pression partielle de CO2. Contrairement aux observations de la surface de Mars, aucune nontronite ne précipite. Les sulfates sont absents des paragenèses minérales obtenues lors des expériences avec une atmosphère à CO2. Dans les modélisations, aucun minéral sulfaté n'est néoformé pour les pressions partielles de CO2 imposées (> 10-6 bar) et la teneur en soufre du verre expérimental de synthèse. Toutefois, la précipitation de gypse peut être observée dans les simulations si la teneur en soufre est 100 fois supérieure à celle du verre utilisé pour ce travail. L'absence de sulfates magnésiens, de même que de carbonates magnésiens suggère que la composition chimique choisie pour le verre soumis à l'altération ne correspond pas totalement celle de la roche qui a pu donner les différents assemblages minéralogiques observés à la surface de Mars. En revanche, des sulfates de calcium et, des sulfates de fer et d'aluminium sont observés pour des expériences en capsules avec une atmosphère à SO2. Le rôle des atmosphères est essentiel quant à l'abondance des minéraux carbonatés et des minéraux sulfatés. Les expériences montrent que les radiations UVC accélèrent la dissolution du verre et favorise l'oxydation partielle du soufre du verre en pyrite / Process of deterioration on the primitive surface of Mars: experimental and digital simulations and mineralogical implications

Les processus d'altération des verres basaltiques constituant le pourtour vitrifié des laves en coussins influencent les grands cycles géochimiques terrestres puisqu'ils contribuent à l'évolution de la composition des océans et de la croûte océanique et sont des acteurs de la dynamique du climat. Au regard de la diversité des communautés bactériennes peuplant ces aquifères, il est admis que l'altération de ces roches est un processus biologiquement catalysé. Toutefois, peu d'études ont cherché à quantifier cette contribution bactérienne, au regard de la diversité et de la complexité des interactions possibles. Ce travail vise à expliciter et quantifier l'influence des ligands bactériens et notamment des sidérophores sur les processus d'altération, en décomposant les systèmes naturels en situations expérimentales simplifiées. Dans cette optique, trois verres basaltiques modèles, porteurs ou non de Fe(II)/Fe(III), ont été synthétisés. Des expériences de dissolution de ces verres, à pH neutre et à 25 C, ont été réalisées (1) en conditions abiotiques (solutions de sidérophores purs, milieu de culture stérile), (2) en présence de la souche Pseudomonas aeruginosa mais en confinant le verre dans des membranes de dialyse, (3) au contact direct de la souche. En parallèle de ces expériences, des analyses des solides ont été menées et un protocole d'analyse verticale de la composition d'un verre altéré par LA-ICP-MS a notamment été mis au point. L'analyse des solutions/milieux d'altération par ICP-OES a permis d'évaluer les cinétiques et la stoechiométrie de la dissolution. Les expériences en conditions abiotiques révèlent qu'en présence de sidérophores, l'extraction préférentielle du fer structural (respectivement de l'aluminium pour un verre sans fer) via des réactions de complexation en surface des verres, est le moteur de la dissolution du réseau vitreux. Réciproquement, dans les cultures bactériennes, la production de sidérophore par Pseudomonas aeruginosa est déclenchée lorsque (1) aucun contact direct verre/bactérie n'est possible, (2) le fer est absent de l'environnement cellulaire, (3) certains métaux toxiques ou pouvant nuire aux métabolismes bactériens (typiquement l'aluminium) sont néanmoins présents et (4) le fer n'est disponible que sous sa forme réduite. Outre l'accélération de l'hydrolyse du réseau vitreux en présence de sidérophores, l'influence positive de la constitution d'un biofilm en surface des verres sur la dissolution de ces derniers a également été observée. Ces résultats mettent en évidence la forte affinité de la souche pour les verres basaltiques ainsi que le rôle central du fer, oxydé ou réduit, dans les mécanismes dégagés / The alteration of ocean basalts partly controls the composition of seawater and of the oceanic crust which in turn influences the Earth's mantle geochemistry and may also have a significant impact on Earth's climate over a geological timescale. Regarding the existence of an extensive subsurface biosphere within the basaltic basement of the uppermost oceanic crust, the weathering of basaltic glass is now considered as a bacterial mediated process. However, the diversity and complexity of the involved mechanisms interfere with the quantification of the impact of microorganisms. This work was conducted to determine and quantify the influence of organic ligands produced by the cells, and notably siderophores on the alteration processes. Simplified experimental systems were designed to gradually mimic natural environments. Fe(III)-, Fe(II)-bearing, and Fe-free synthetic basaltic glasses were prepared and submitted to dissolution experiments at 25 C and near neutral pH conditions in (1) abiotic conditions (pure siderophore solutions and sterile bacterial medium), (2) in the presence of the bacterial strain Pseudomonas aeruginosa but isolated from the bacterial suspension by dialysis bags and (3) directly in contact with the strain. In parallel, solid analysis were conducted and LA-ICP-MS analysis protocols were notably developped. Dissolution kinetics and stoichiometry were determined by measuring elemental concentrations in solutions by ICP-OES. In abiotic conditions, the siderophore-promoted dissolution of the glass network appears to be driven by the complexation and the preferential extraction of iron (respectively aluminium for no-Fe bearing glasses). Reciprocally, in biotic systems, the siderophore production is stimulated when (1) no direct interaction between the glass and bacteria is possible, (2) the system is Fe-defficient, (3) toxic metals (e.g. aluminium) are nevertheless present and (4) iron is only available under its reduced form. In addition to the promotion of hydrolysis rates of the silicate network by siderophores, biofilms forming at the glass surfaces were shown to have a positive impact on the dissolution kinetics. These results show the specific affinity of the strain for basaltic glasses and the central role of iron under its oxidized or reduced form in the dissolution mechanisms

Cette thèse porte sur les mécanismes et cinétiques d'altération des verres basaltiques. Par une meilleure compréhension des processus contrôlant la durabilité de ces verres, elle tente d'établir un lien entre les études de laboratoire et l'altération des verres volcaniques en milieu naturel. La méthodologie suivie reprend celle utilisée pour les verres nucléaires. Ainsi, nous mesurons pour la première fois la vitesse résiduelle d'altération des verres basaltiques. L'effet protecteur de la pellicule d'altération est clairement mis en évidence. Par ailleurs, la représentativité des verres synthétiques est évaluée par le biais d'une étude sur l'effet du degré d'oxydation du fer sur la structure et l'altération du verre. Un effet mineur de la teneur en FeII sur la vitesse initiale et un effet négligeable sur la vitesse résiduelle sont établis. La vitesse résiduelle a été extrapolée à 5°C et comparée à la vitesse d'altération moyenne de verres basaltiques d'âges compris entre 1900 et 107 ans. Les verres naturels non-zéolitisés s'inscrivent dans cette tendance linéaire, suggérant un contrôle de la vitesse à long terme par la précipitation de phases secondaires argileuses. Le milieu naturel étant ouvert, une étude paramétrique a été menée pour quantifier l'effet du débit d'eau sur la composition chimique de la couche d'altération. L'application des lois ainsi obtenues à deux échantillons naturels conduit à des résultats cohérents. Ainsi, il semble possible d'unifier l'approche descriptive issue des milieux naturels à celle, mécanistique, développée au laboratoire. L'étape suivante consistera à développer une modélisation pour transposer ces résultats aux verres nucléaires. / This dissertation concerns basaltic glass alteration mechanisms and rates. Through a better understanding of the processes controlling the basaltic glass durability, this thesis attempts to establish a link between laboratory studies and volcanic glass alteration in natural environment. The methodology used here is similar to the one used for nuclear glasses. Thus, we measured for the first time the residual alteration rate of basaltic glasses. Protective effect of the alteration film is clearly established. Moreover, synthetic glass representativity is evaluated through a study focused on the effect of iron oxidation degree on the glass structure and leaching properties. A minor effect of FeII on the forward rate and a negligible effect on the residual rate are shown. The residual rate is extrapolated at 5°C and compared to the mean alteration rate of natural samples of ages ranging from 1900 to 107 years. Non-zeolitized natural glasses follow this linear tendency, suggesting a control of the long-term rate by clayey secondary phase precipitation. Natural environments are open environments: a parametric study was performed in order to quantify the water flow rate effect on chemical composition of the alteration layer. When applied to two natural samples, the obtained laws provide coherent results. It seems possible to unify the descriptive approach from the study of natural environments to the mechanistic approach developed at the laboratory. The next step will consist in developing a model to transpose these results to nuclear glasses.

L'évolution de la majorité des volcans basaltiques est marquée par des phénomènes récurrents d'instabilité latérale. De nombreux facteurs d'instabilité, impliqués dans des déstabilisations à long terme ou des effondrements de flancs instantanés, ont été recensés depuis l'événement majeur qui a frappé le Mont Saint-Helens en 1980. Cependant, le rôle de ces facteurs sur la stabilité mécanique des édifices est mal contraint dans la mesure où les glissements de flancs résultent en général de plusieurs causes simultanées. Notre étude se concentre sur une comparaison des caractéristiques morphologiques et structurales de deux systèmes basaltiques, La Réunion (Océan Indien, France) et Stromboli (Mer Tyrrhénienne, Italie). Nous avons montré que, bien qu'ayant des volumes et des contextes géodynamiques très différents, les systèmes sont tous deux caractérisés par une activité intrusive intense le long de rift zones et ont subi des déstabilisations latérales récurrentes durant leur évolution. Parmi les facteurs d'instabilité, les exemples de La Réunion et de Stromboli soulignent l'influence majeure des complexes intrusifs dans la croissance et le démantèlement des volcans, comme le prouvent les études de terrain et la surveillance des ces volcans actifs. Les modèles classiques considèrent que le processus d'instabilité latérale en domaine volcanique résulte de la mise en place d'une ou plusieurs intrusions verticales, entrainant des mouvements de flancs le long d'une surface de glissement pré-existante. De nouvelles données de terrain obtenues au Piton des Neiges (La Réunion), ainsi que des données de littérature sur d'autres édifices, ont permis de mettre en évidence le rôle des intrusions sub-horizontales dans les déstabilisations de flancs et de caractériser la géométrie des intrusions sub-verticales et sub-horizontales au sein des volcans basaltiques. Cette étude compare les résultats de la modélisation numérique des champs de déplacements de surface crées par la mise en place d'intrusions magmatiques à faible / fort pendage dans les édifices basaltiques, grâce à une méthode d'éléments frontières mixte (Mixed Boundary Element Method), dans le but de déterminer le comportement mécanique d'un édifice soumis à des injections magmatiques sous différents champs de contraintes. Les résultats de cette étude montrent qu'un champ de contraintes anisotrope favorise le glissement le long des intrusions, généré par la contrainte cisaillante co-intrusive, à l'origine de déplacements à l'échelle du flanc de l'édifice. Ces déplacements de grande ampleur, préférentiellement liés à des intrusions subhorizontales, peuvent probablement déclencher des grands glissements latéraux si leur amplitude dépasse le seuil de stabilité de l'édifice. L'application des résultats théoriques à des exemples réels de déformations enregistrées sur des volcans basaltiques (dont La Réunion et Stromboli, au cours de leurs crises éruptives de 2007) révèle que le modèle de déstabilisation associée à des intrusions sub-verticales est un mécanisme pouvant générer des effondrements de flancs sur des petits édifices à fortes pentes comme Stromboli. De plus, nos données de terrain et les résultats de modélisation confirment l'importance des intrusions sub-horizontales dans l'évolution morpho-structurale des grands édifices basaltiques à faibles pentes comme le Piton de la Fournaise (La Réunion), l'Etna ou le Kilauea, et plus particulièrement dans les instabilités de flancs pouvant causer des tsunamis dévastateurs. / Most basaltic volcanoes are affected by recurrent lateral instabilities during their evolution. Numerous factors have been shown to be involved in the process of flank destabilization occurring over long periods of time or by instantaneous failures. However, the role of these factors on the mechanical behaviour and stability of volcanic edifices is poorly-constrained as lateral failure usually results from the combined effects of several parameters. Our study focuses on the morphological and structural comparison of two end-member basaltic systems, La Reunion (Indian ocean, France) and Stromboli (southern Tyrrhenian sea, Italy). We showed that despite major differences on their volumes and geodynamic settings, both systems present some similarities as they are characterized by an intense intrusive activity along well-developed rift zones and recurrent phenomena of flank collapse during their evolution. Among the factors of instability, the examples of la Reunion and Stromboli evidence the major contribution of intrusive complexes to volcano growth and destruction as attested by field observations and the monitoring of these active volcanoes. Classical models consider the relationship between vertical intrusions of magma and flank movements along a preexisting sliding surface. A set of published and new field data from Piton des Neiges volcano (La Reunion) allowed us to recognize the role of subhorizontal intrusions in the process of flank instability and to characterize the geometry of both subvertical and subhorizontal intrusions within basaltic edifices. This study compares the results of numerical modelling of the displacements associated with high-angle and low-angle intrusions within basaltic volcanoes. We use a Mixed Boundary Element Method to investigate the mechanical response of an edifice to the injection of magmatic intrusions in different stress fields. Our results indicate that the anisotropy of the stress field favours the slip along the intrusions due to cointrusive shear stress, generating flank-scale displacements of the edifice, especially in the case of subhorizontal intrusions, capable of triggering large-scale flank collapses on basaltic volcanoes. Applications of our theoretical results to real cases of flank displacements on basaltic volcanoes (such as the 2007 eruptive crisis at La Reunion and Stromboli) revealed that the previous model of subvertical intrusions-related collapse is a likely mechanism affecting small-scale steeply-sloping basaltic volcanoes like Stromboli. Furthermore, our field study combined to modelling results confirms the importance of shallow-dipping intrusions in the morpho-structural evolution of large gently-sloping basaltic volcanoes like Piton de la Fournaise, Etna and Kilauea, with particular regards to flank instability, which can cause catastrophic tsunamis.

L’île de La Réunion a été couverte par une vaste campagne de géophysique héliportée en 2014. Le dispositif SkyTEM a permis de cartographier l’anomalie du champ magnétique et la résistivité électrique du sous-sol jusqu’à 300 m de profondeur, et ce, sur l’ensemble de l’île. L’acquisition de ce jeu de données met en évidence la problématique de l’interprétation des données électromagnétiques héliportées à l’échelle régionale. L’interprétation d’un modèle 3D de résistivité d’une superficie 2 500 km2 nécessite la mise en place de méthodologies innovantes pour le confronter aux données géologiques, climatiques et hydrogéologiques. L’objectif de la thèse est de valoriser ce jeu de données géophysique à l’échelle régionale en intégrant l’analyse hydrogéologique à différentes échelles spatiales. Pour répondre à ces problématiques, cette thèse s’organise autour d’une méthodologie hydrogéophysique multi-échelle qui permet d’étudier la répartition et le fonctionnement des aquifères à des échelles inédites jusqu’alors. Pour interpréter les 350 000 sondages électromagnétiques de la campagne, une approche statistique a été développée pour synthétiser une information sur les contrastes 3D en 2D. Les résultats, cohérents avec les connaissances géologiques et hydrogéologiques de l’île, ont permis d’analyser l’impact des paramètres géologiques et climatiques régionaux sur la répartition des aquifères et les processus d’altération. Sur le littoral, les données de résistivité sont confrontées à des logs de conductivité électrique de l’eau souterraine afin de valider l’interprétation de la géophysique. Le modèle de résistivité permet ainsi de cartographier et d’analyser les paramètres de contrôle du phénomène d’intrusion saline à l’échelle de l’île. En altitude, l’utilisation conjointe des données électromagnétiques et magnétiques héliportées permet de caractériser la géométrie des structures géologiques et d’imager les profils et paléo-profils d’altération météorique. / In 2014, Reunion Island was covered by a vast airborne geophysics campaign. The SkyTEM device mapped magnetic anomalies and bulk resistivity at an extra 300 m depth throughout the island. The resulting dataset revealed the issue of interpreting airborne electromagnetic data at the regional scale. The interpretation of a 3D resistivity model wrapping 2 500 km2 requires the implementation of innovative methodologies to compare it with geological, climatic and hydrogeological data. The aim of the thesis is to enhance this geophysical dataset at the regional scale by integrating hydrogeological analysis at different spatial scales. To answer these issues, this thesis revolves around a multi-scale hydrogeophysical methodology, which allows to analyze how aquifers are distributed and their behaviors on unprecedented scales. A statistical approach has been developed to synthesize 3D geo-electrical contrasts in 2D to interpret the 350 000 soundings. All outcomes are consistent with the geological and hydrogeological knowledge of the island, enabling us to study how regional geological and climatic parameters impact the distribution of aquifers and weathering processes. In the coastal zone, resistivity data are compared with groundwater electrical conductivity logs to validate the interpretation of geophysics. Thus, the resistivity model helped mapping saltwater intrusion and analyzing its control parameters at the island scale. Inland, the combined use of airborne electromagnetic and magnetic data made it possible to characterize the geometry of geological structures and to image weathering profiles and paleo-profiles. Combining results gathered on various scales allows the analysis of weathering impact on aquifers of shield volcanoes. On the coastal zone, un-weathered and highly permeable lithological units (up to 10-1 m/s) are subject to saltwater intrusion, even with recharge rates up to 6 to 8 m per year. With decreasing transmissivity, aquifers become less exposed to saltwater intrusion. According to geophysics outcomes, the contacts between different eruptive phase products at high altitude are characterized by specific weathering paleo-profiles which create permeability contrasts conducive to perched aquifers establishment. Examining the geophysical response in different areas of the island made it possible to analyze the dynamics of weathering processes, initially controlled by the age of the formations and secondly, by the rainfall rates and the temperature. These results showed that weathering and structure of basaltic volcanoes depend on their age and on windward/leeward slopes. Thus, our research helped improve the accuracy of the conceptual hydrogeological model including geological structuring and time evolution of basaltic volcanic aquifers in an insular environment.

La concentration croissante de CO2 dans l'atmosphère et les dangers potentiels qu'elle représente pour la terre au travers des changements climatiques, l'acidification des océans et l'élévation du niveau de la mer a conduit à un certain nombre de projets qui tentent de trouver un moyen sûr et inoffensifs pour capturer et stocker le CO2 dans des formations géologiques. Une de ces tentatives se déroule actuellement en Islande à la centrale géothermique Hellisheiði, située à proximité de la capitale, Reykjavik (le projet CarbFix). Le dioxyde de carbone et d'autres gaz comme H2S, N2, H2, CH4, et Ar sont des sous-produits de l'exploitation de l'énergie géothermique et l'objectif est de stocker tout ce CO2 dans les formations basaltiques qui se situent sous Hellisheiði. Le CO2 est dissous dans un courant d'eau injecté par pompage dans des puits jusqu'à à 350 mètres de profondeur et qui s'écoule ensuite au sein d'horizons mixtes de verre basaltique et de basalte cristallin. Les roches basaltiques sont caractérisées par des teneurs élevées en cations divalents comme Mg2+, Fe2+ et Ca2+ et des vitesses de dissolution relativement rapides. L'eau acide chargée en CO2 dissout le basalte, libérant ainsi des cations qui peuvent réagir avec les ions carbonates pour former des minéraux carbonatés (magnésite, sidérite, calcite, ankérite ainsi que des solutions solides (Ca-Mg-Fe)CO3)). Si on admet que c'est la dissolution des roches basaltiques qui contrôle ce processus de séquestration du carbone, on peut en déduire que tout ce qui pourra limiter cette dissolution sera préjudiciable à l'ensemble du processus de confinement du CO2. Mon rôle dans le projet CarbFix a été d'examiner les effets de la formation de revêtements de carbonate de calcium sur la dissolution des phases primaires de basalte. Je me suis concentrée sur le verre basaltique et le clinopyroxène, diopside, afin de comparer des phases cristallines et non cristallines. En outre, une série d'expériences ont été menées pour étudier l'effet de la structure du minéral primaire sur la nucléation de calcite. Ces expériences ont été faites pour vérifier si les différentes structures de silicate conduiraient à une différente étendue de la nucléation et croissance de la calcite à la surface des silicates. Enfin, de nombreuses expériences de dissolution de verre basaltique ont été menées en présence de bactéries hétérotrophes mortes et vivantes, Pseudomonas reactans, afin de déterminer l'effet des bactéries sur la dissolution des roches dans le système des eaux souterraines du site Hellisheiði. Les expériences de dissolution de verre basaltique et de diopside ont été réalisés à 25 et 70 °C pour un pH de 7-8 dans des réacteurs à circulation alimentés en solutions de forces ioniques > 0,03 mol / kg contenant CaCl2 ± NaHCO3. Deux séries d'essais ont été menés simultanément, une série appelée essais de 'précipitations' au cours de laquelle la solution dans le réacteur était sursaturée par rapport à la calcite, et l'autre série appelée essais de 'contrôle', pour laquelle la modélisation PHREEQC ne prévoyait pas formation de minéraux secondaires. Ainsi, il a été possible de comparer les vitesses de dissolution du verre basaltique et du diopside à 25 °C avec et sans la formation de carbonate de calcium et d'autres minéraux secondaires afin d'en déduire leur effet sur les vitesses de dissolution. Les images de microscopie électronique à balayage ont montré que des quantités importantes de carbonate de calcium ont précipité au cours des expériences de 'précipitations' mais, dans le cas du verre basaltique la croissance primaire se présente sous forme gros amas discrets de calcite et d'aragonite qui ne se forment pas sur le verre lui-même. Par contre, plusieurs des cristaux de diopside ont été largement envahis par des revêtements de calcite sans aragonite décelable. Dans les deux cas, la présence de calcite / aragonite n'a pas eu d'incidence sur les vitesses de dissolution du verre basaltique et de diopside qui sont les mêmes que celles mesurées dans la série 'contrôle'. Il semblerait que la couverture discontinue et poreuse de carbonates permet aux ions des phases primaires de continuer à diffuser sans entrave à travers la couche secondaire. Pour mieux évaluer l'effet de la surface des silicates sur la nucléation de la calcite, les vitesses de dissolution de six minéraux et roches silicatés ont été mesurées à 25 °C dans des réacteurs à circulation en présence de solutions de pH ~ 9,1 sursaturées par rapport à la calcite. Les phases silicatées étaient les suivantes: olivine, enstatite, augite, labradorite, verre basaltique et péridotite. Les résultats montrent que le temps d'induction pour la nucléation de calcite et l'étendue de la couverture de carbonatée avec le temps varient selon la phase silicatée. Dans un même laps de temps l'olivine, l'enstatite et la péridotite (principalement composé d'olivine riche en Mg) étaient les plus couvertes par les précipitations de calcite, suivis par l'augite, la labradorite et enfin le verre basaltique. Toute la croissance de calcite a eu lieu sur la surface du silicate, y compris sur le verre basaltique. La cinétique favorise la croissance de calcite par nucléation sur les minéraux orthorhombiques (enstatite et olivine) par rapport aux minéraux monocliniques et tricliniques. Les plus faibles quantités de calcite ont été trouvées sur le verre qui n'a pas de structure silicatée ordonnée. Des bactéries hétérotrophes, Pseudomonas reactans ont été extraites de l'un des puits de contrôle à Hellisheiði et ont ensuite été séparées, purifiées et cultivées en laboratoire. Avec le bouillon de culture utilisé, les conditions de croissance optimales de cette bactérie sont 5-37 °C et un pH de 7,0 à 8. Cette bactérie, très commune dans l'eau et le sol, est une bonne candidate pour tester l'impact des bactéries hétérotrophes en général lors de la séquestration du CO2 dans un aquifère naturel comme en Islande. Les vitesses de dissolution du verre basaltique ont été mesurés à 25 °C dans des nouveaux réacteurs à circulation permettant d'opérer en présence de bactéries (BMFR) dans des solutions tamponnées transportant 0,1 à 0,4 g/L de bactéries mortes et 0,9 à 19 g/L de bactéries vivantes à 4 ≤ pH ≤ 10. Les résultats ont montré que la présence de ces bactéries n'avait quasiment pas d'effet effet sur la vitesse de dissolution. La conclusion générale de cette étude est que ni les revêtements de carbonate, ni les bactéries n'ont d'impact majeur sur les vitesses de dissolution des phases primaires silicatées. Ainsi, leur effet devrait être négligeable sur le processus de séquestration du CO2 sur le site Hellisheiði en Islande. Le basalte cristallin pourrait être recouvert plus rapidement en carbonate de calcium, mais le verre basaltique pourrait aussi servir de support pour la nucléation de calcite.

Les taux de production du nucléide cosmogénique 36Cl par spallation du Ca et du K (SLHL) proposés actuellement dans la littérature montrent des divergences allant jusqu'à 50% (Gosse and Phillips, 2001). Nous avons pu montrer que des fortes teneurs en Cl dans les roches utilisées pour les calibrations précédentes entraînent une surestimation de ces taux de production, lié à la production de 36Cl à partir du 35Cl qui est peu contrainte. Nous avons entrepris une nouvelle calibration à partir de laves datées indépendamment entre 0.4 et 32 ka situées au Mt. Etna (38°N, Italie) et au Payun Matru (36°S, Argentine). Le 36Cl a été mesuré dans des feldspaths riches en Ca et en K, mais faibles en Cl. A partir d'une approche bayesienne incluant toutes les incertitudes, les taux de production obtenus sont de 42.2 ± 4.8 atomes 36Cl (g Ca)-1 an-1 pour la spallation du Ca et de 124.9 ± 8.1 atomes 36Cl (g K)-1 an-1 pour la spallation du K, avec les facteurs d'échelle calculés selon Stone (2000). Quatre autres modèles de facteurs d'échelle sont également proposés avec des résultats très semblables. Ces nouveaux taux de production sont en accord avec les valeurs précédemment obtenues par d'autres auteurs avec des échantillons faibles en Cl. Finalement, les concentrations en 36Cl, 3He et 21Ne ont été mesurées dans des pyroxènes prélevés entre 1000 et 4300 m dans des laves du Kilimandjaro (3°S). Les rapports entre ces nucléides ne montrent pas de dépendance altitudinale, ce qui suggère que les taux de production ne varient pas d'un nucléide à l'autre avec l'altitude.

Situé au nord de la Nouvelle-Calédonie, le massif de Tiébaghi, d'où a été extraite la majeure partie de la production de chromite de l'île, fait partie de l'ensemble ultramafique calédonien, charrié à l''Eocène supérieur sur le bâti sialique calédonien. Ce massif est constitué presque exclusivement de péridotites à textures de tectonites. L'étude pétrographique et structurale de l'ensemble du massif permet de reconstituer les principales phases de déformation, et de définir l'organisation des roches ultramafiques par une série différenciée clans laquelle les faciès dominants sont successivement, de bas en haut et du Nord-Est au Sud-Ouest, les dunites et harzburgites, les harzburgites à clinopyroxènes et les lherzolites à spinelle - dans ces dernières, le plagioclase apparaît localement par rééquilibrage métamorphique de faciès riches en pyroxènes. Les principales concentrations chromifères se placent suivant un nombre réduit de "niveaux" dans la zone de transition entre les unités harzburgitique et lherzolitique. Les morphologies des gisements et leurs relations structurales avec l'encaissant ultramafique sont contrôlées principalement par les déformations plastiques subies par l'ensemble de la série, Les différents faciès ultramafiques s'intègrent dans une évolution géochimique continue et, dans le détail, séquentielle. Des évolutions, également séquentielles et sans discontinuité majeure entre les différentes unités de la série, apparaissent dans les compositions des minéraux, lesquelles ont pu être modifiées par des rééquilibrages ou des recristallisations partielles en liaison avec les déformations. La différenciation de la série de Tiébaghi peut s'expliquer par la cristallisation fractionnée d'un liquide basaltique tholéitique (pauvre en titane et en alcalins) contenant en suspension - ou imprégnant - un matériel constitué principalement d'olivines magnésiennes, et éventuellement d'orthopyroxènes et de spinelles. Au cours de cette différenciation, des diminutions de pression, accompagnées éventuellement de l'influx de liquides peu différenciés, peuvent être à l'origine des accumulations de chromite.