Les séismes sont à l'origine d'évènements sédimentaires gravitaires (turbidites) dont l'étude permet de reconstituer l'histoire mal connue de la paléosismicité des marges continentales. L'analyse d'une série de carottes de sédiments, collectées stratégiquement dans trois systèmes turbiditiques de la marge en subduction Hikurangi de Nouvelle-Zélande, permet d'établir les caractéristiques, les facteurs de contrôle et les mécanismes déclencheurs de la sédimentation gravitaire des derniers 18,000 ans. La succession sédimentaire comprend quatre lithofaciès et modes de dépôt : hémipélagite (sédimentation marine), turbidites (courants de turbidité), débrites (débris flows) et tephra (retombée de cendres volcaniques), dont l'organisation générale dépend de la morphologie de la marge et des fluctuations glacio-eustatiques. Les crues, les éruptions volcaniques et les " slope failures " sont les trois mécanismes déclencheurs des turbidites. Plus de 90% sont déclenchées par des " slope failures " en haut de pente (150 - 1,200 m) à la suite de séismes. L'adaptation d'un modèle empirique de stabilité de pente suggère que ces turbidites représentent l'enregistrement sédimentaire des ruptures répétées de trois failles actives, dont l'interplaque, et correspondent à des séismes de Mw≥7.3 avec un temps de retour de 150±50 ans. Parmi ces turbidites co-sismiques, 20 montrent une synchronicité de déclenchement sur l'ensemble de la marge et un volume important. Elles correspondent à des ruptures de la zone interplaque de Mw 7.5 - 8.4, dont les temps de retour montrent une phénomène de clustering où alternent les périodes actives à faible temps de retour (305 - 610 ans), et les périodes de quiescence à temps de retour élevé (1480 - 2650 ans). Ce calendrier paléosismique intégré aux modélisations en cours devrait permettre de mieux appréhender l'aléa sismique et les risques pour la population.

Les contaminations fécales d'origine humaine ou animale contribuent à la dégradation des écosystèmes et affectent la qualité de l'eau avec des risques pour la santé publique par l'exposition à des agents pathogènes. Afin de réduire ces risques et d'améliorer la qualité de l'eau, il est nécessaire de développer des outils capables d'identifier les sources de contaminations fécales. Cet enjeu est exacerbé en Europe par le durcissement des directives sur les eaux de baignade et les eaux conchylicoles et l'obligation de procéder à l'identification et à la hiérarchisation des sources de contaminations. Cette thèse s'est attachée à valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs des sources de contaminations fécales des eaux de surface. La méthode utilisée est basée sur une analyse en composante principale de six stanols fécaux. L'approche scientifique a été menée en trois étapes, de l'échelle moléculaire à l'échelle du bassin versant. La spécificité des stéroïdes et l'homogénéité des sources ont été étudiées sur des déjections bovines, porcines et sur des influents, effluents et boues de stations d'épuration domestiques. Puis, la conservation et la persistance des empreintes stéroïdes ont été évaluées au cours du transport des échantillons sources vers le milieu naturel récepteur par des expérimentations en conditions contrôlées. Enfin, la méthode développée a été validée à l'échelle de deux bassins versants sujets à des contaminations fécales récurrentes multi-sources. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail permettent de valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs opérationnels de l'origine des contaminations fécales.

La réaction de serpentinisation résulte de l'interaction de l'eau de mer, ou de fluides hydrothermaux avec les roches mantelliques. Elle engendre des changements de propriétés chimiques de la lithosphère océanique, avec notamment un enrichissement en éléments mobiles (ex. As, Sb, Li, Cs, Pb, et B). Ces éléments sont importants en sciences de la terre car ce sont des traceurs géochimiques des interactions fluides-roches depuis la ride océanique jusqu'aux zones de subduction. Cependant il existe peu d'études quantitatives s'intéressant à la séquestration de ces éléments durant la formation de serpentine. Ce travail de thèse a pour but de caractériser le partitionnement de certains éléments mobiles entre un fluide et la serpentine de manière expérimentale. Pour cela, nous avons développé deux protocoles expérimentaux en condition alcaline. Le premier, consiste en la synthèse de chrysotile à partir d'un gel à la stoechiométrie de la serpentine, à 300 °C et Psat. Pour le second protocole, la serpentine est obtenue par altération de grains d'olivine San Carlos (granulométrie : <30 µm, 30-56 µm, >56 µm) à 200 °C (Psat) pour 1M de NaOH et en présence de carbonate (HCO3-). La minéralogie des produits expérimentaux ainsi que leurs abondances modales ont été déterminées par diffraction des rayons-X, spectroscopie infrarouge et analyse thermogravimétrique. Les propriétés texturales ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage et à transmission haute résolution. La composition du produit solide a été mesurée par spectrométrie de masse et analyse par microsonde-éléctronique et l'état d'oxydo-réduction du fer a été déterminé par analyses Mössbauer. Des analyses d'absorption des rayons-X (XAS) ont été effectuées afin d'analyser la structure locale de l'antimoine et de l'arsenic. La combinaison de ces techniques analytiques a permis de montrer que la synthèse de chrysotile pur à 300 °C est effective après seulement 8 heures de réaction. A 200°C, l'olivine est remplacée (pseudomorphose) par le chrysotile et la brucite suivant la réaction : 2〖Mg〗_1.8 〖Fe〗_0.2 〖SiO〗_4+3H_2 O=>〖(Mg〗_0.86 〖Fe(II)〗_0.12)(〖OH〗_2 )+(〖Mg〗_0.92 〖Fe(II)〗_0.03 〖Fe(III)〗_0.05 )_3 〖Fe(III)〗_0.04 〖Si〗_1.96 (OH)_4 Le remplacement est total après 1 mois (<30 µm) et 3 mois (30 et 56 µm). En présence de carbonate, l'altération de l'olivine est caractérisée par une cinétique plus lente et est contrôlée par la précipitation de la magnésite et de la lizardite. En reprenant les 2 protocoles expérimentaux de synthèse de chrysotile (1M NaOH), et en dopant le fluide en un élément trace (Li, As, Cs, Sb et B) le partitionnement des éléments mobiles a pu être étudié. Le coefficient de partage solide-fluide (KD) a pu être défini pour chaque élément durant la synthèse du chrysotile à 300 °C en modélisant nos résultats suivant l'équation de Langmuir (concentrations en solution de 5 à 2000 µg g-1). La séquence obtenue pour les coefficients de partage est la suivante : 0.5

Le "plateau central" marocain, un ancien bloc appartenant à la base hercynienne atlasique, est constitué par quatre grands domaines morphologiques (la "up land", la Halow oriental, le milieu des terres et le "low land"). Le "up land", troisième niveau de cette unité géologique, est remarquable pour une structure appalachienne sur lequel se trouve par la discordance des motifs volcaniques datant de la fin du Tertiaire à l'époque Quaternaire. Trois de ces plus hauts plateaux qui forment cette unité font l'objet de cette recherche. Avec des altitudes similaires, ils présentent des paysages variés en raison de la différence lithologique. Par conséquent, la dynamique complexe récente diffère selon la région. En fait, le plateau Telt attire l'attention sur soi-même par son substratum essentiellement constitué par des flyschs. Lorsque la deuxième unité, le plateau Ment, se distingue par un complexe volcanique situé à l'Ouest et un grand batholite granitique. En ce qui concerne le plateau d'Oulmès, il est aussi constitué par un batholite granitique accompagné d'une auréole de métamorphisme. Placé au stade subhumide, les facteurs climatiques régionaux (de type méditerranéen) ont joué un rôle déterminant dans la distribution de la couverture végétale avec le chêne-liège en espèces essentielles. En raison de sa richesse lithologique et les facteurs climatiques, on observe une grande variété de sols. Il va sans dire que l'évolution de la dynamique récente et les paysages de la montagne sont également conditionnée par l'action anthropique, de plus en plus continue. Cinq parcelles, représentant les grandes régions morphologiques, sont sélectionnées afin d'appréhender les différents processus qui façonnent les formes variées et des paysages trouvés. Le but essentiel de cette recherche est constitué dans la définition des zones homogènes et de l'introduction de quelques suggestions au vu d'un ajustement. De cette façon, nous menons à une bonne intégration et à une harmonie entre les différentes unités présentées.

Dans le cadre de la mission spatiale SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), nous présentons dans cette thèse une nouvelle approche numérique de modélisation du calcul de l'émissivité et du coefficient bi-statique de systèmes forestiers sol-litière en Bande L. Le système sol-litière est représenté par deux couches diélectriques 3D comportant des interfaces rugueuses, une démarche qui n'apparait pas actuellement dans la littérature. Nous validons notre approche pour une seule couche en comparant les simulations de l'émissivité avec celles produites par la méthode des moments et des données expérimentales. A partir de ce nouveau modèle, nous évaluons la sensibilité de l'émissivité du système sol-litière en fonction de l'humidité et de la rugosité de la litière. Ce nouveau modèle permettra de créer une base de données synthétiques d'émissivités calculées en fonction de nombreux paramètres qui contribuera à améliorer la prise en compte de la litière dans l'algorithme d'inversion des données de la mission spatiale SMOS.

Ce travail propose des éléments de description de roches naturelles en même temps qu'une réflexion sur quelques outils théoriques permettant d'appréhender la formation des roches métasomatiques, c'est à dire qui dérivent de transformations chimiques. A Costabonne (Pyrénées Orientales, France), des skarns se développent dans les niveaux de base de la série cambrienne de Canaveilles, au contact du granite hercynien dit de Costabonne. Plusieurs types de roches se font transformer en skarns: granites, marbres calcaires et dolomitiques, cornéennes calciques, schistes pélitiques et marbres à brucite. Les principaux systèmes de zones métasomatiques qui se développent sur les quatre premiers types de roches sont décrits. .Les transformations se font sur toute une gamme de conditions, ce qui peut amener les systèmes de zones à évoluer au cours du temps: ceci est particulièrement net dans le cas des skarns sur dolomies. Les conditions ont pu varier de (P > 2kb, T> 680°C) pour le début de la formation des skarns (eaux magmatiques -ou métamorphiques?-) jusqu'à (P < 2 kb, T < 200°C) pour les derniers stades (deux types d'eaux météoriques). Ces estimations reposent sur des données sur les inclusions fluides et la géochimie des isotopes stables (H, O, S, C) dont on propose une synthèse. La transformation des marbres est guidée au premier chef par l'apport de la silice et du fer tandis que celle des granites (et des schistes) est guidée par l'apport du calcium. Un aperçu sur le comportement spatial de divers éléments chimiques est donné. Les divers types de zonations sont illustrés par des photographies. Le modèle de la chromatographie proposé par Korzhinskii (1970) décrit de façon qualitative la formation des roches métasomatiques, et en particulier la propagation de fronts nets de transformation qui sont une caractéristique essentielle des skarns. Ce modèle a été repris et clarifié du point de vue théorique. Les conditions d'apparition même des fronts qui tiennent au conflit entre les vitesses des différentes compositions, sont reprécisées pour des conditions initiales et aux limites pouvant être quelconques. Il est commode de représenter ces fronts par des vraies discontinuités mathématiques, ce qui conduit à reprendre les formulations en se plaçant dans le cadre dit des distributions (en suivant ce qui est fait habituellement sur ce type de problème ou problème hyperbolique). L'existence et la propagation de discontinuités s'intègrent alors dans le modèle par une condition dérivée du second principe de la thermodynamique à rajouter au bilan matière: le front traduit ainsi l'instabilité d'une partie des compositions. Tout ceci a un intérêt plus général et permet de discuter l'apparition de discontinuités de composition à chaque fois qu'un mouvement différentiel entre deux entités (fluide aqueux/solide, liquide magmatique/solide) avec tendance à l'équilibre chimique a lieu. Des pistes d'application dans d'autres domaines (diagenèse, magmatisme) sont proposées. On peut s'attendre à ce que dans certaines conditions des strates apparaissent par compaction, ou à ce qu'un magma se sépare en sous-groupes distincts de compositions différentes au cours de son transport. L'effet de la variation de la porosité est analysé. On propose ensuite des simulations numériques pour l'échange de un et deux constituants. Dans le cas de deux constituants, l'effet des couplages est discuté. Dans certaines conditions particulières, les zonations peuvent être récurrentes et présenter des alternances ABAB etc. et l'on replace la situation de ce type de zonation dans le cadre du modèle d'ensemble. On parle enfin de deux autres approches : la première repose sur le dénombrement des degrés de liberté dans le cadre de la règle des phases et fait apparaître un système de zones comme un système lié. Dans la seconde on fait la proposition préliminaire d'une métrique dans les diagrammes en potentiels chimiques en utilisant le tableau des coefficients phénoménologiques Lij ; dans ce cadre, un principe de moindre distance permet, dans des conditions qui sont précisées, de relier deux points du diagramme représentant des situations contrastées et définir ainsi un trajet. On termine par quelques réflexions à caractère épistémologique consacrées en particulier au problème de la compréhension " scientifique " d'événements singuliers. Ces résultats s'appuient sur les travaux de toute une équipe, essentiellement stéphanoise.

Divers types de roches de la série cambrienne de Canaveilles se font transformer en skarns au voisinage du granite hercynien de Costabonne (Pyrénées orientales). Le présent travail s'intéresse plus spécialement aux skarns formés sur les marbres et dolomies massives (première partie). Dans ce dernier cas, une zonation très fréquemment rencontrée voit la succession : dolomie / calcite + forstérite / diopside / clinopyroxène salitique / grenat grossularitique. Les différents minéraux rencontrés sont analysés à la microsonde électronique. Un grenat andraditique a pu se développer de façon précoce, avant le grenat grossularitique, et les zonations métasomatiques ont pu évoluer au cours du temps. Les altérations des minéraux primaires voient le développement d'amphiboles, de quartz, de sulfures et d'un minéral de tungstène : la scheelite. Dans une deuxième partie, une réflexion à caractère théorique est proposée sur la formation des skarns (discussion du modèle de Korzhinskii) et une règle des phases généralisée à un système de zones métasomatiques est présentée. La troisième partie est consacrée à l'analyse des conditions de pression, température etc. qui ont prévalu lors de la formation des skarns, ainsi qu'à la discussion des compositions isotopiques (S, C, O) des skarns et encaissants ; on met en évidence une source externe, à la fois en carbone, soufre et oxygène (source " profonde ") pour le fluide qui a percolé. Les mesures des compositions isotopiques d'autres skarns des Pyrénées, porteurs ou non de scheelite (Salau, Roc Jalère, Lacourt), indiquent que la condition d'une minéralisation en tungstène est la présence d'un fluide ayant une telle signature isotopique " profonde ". La comparaison entre les skarns de Salau et Costabonne met en évidence le rôle réducteur du carbone des marbres de l'encaissant sur la nature des associations minérales des skarns à Salau.

La région de Conselheiro Pena et Galileia est située dans l'est de l'état de Minas Gerais (sud-est du Brésil). Elle fait partie du nord de la ceinture de cisaillement atlantique et est formée par des gneiss d'âge protérozoique inférieur et par des séquences supracrustales considérées d'âge néoprotérozoique. Deux phases de déformation et un métamorphisme de moyen degré ont affecté la région pendant le cycle Brasiliano. La phase D1 s'associe à des mouvements décrochants dextres. Cette phase a été suivie tardivement par la phase D2, caracterisée par une phase d'extension. La suite Galileia et la suite Urucum ont une ascension et mise en place associées à la déformation D1. Les granitoïdes de la suite Galileia (594±6 Ma) sont constitués par des tonalités, tonalogranodiorites, granodiorites, granites et microgranites. Dans l'ensemble, ces granitoïdes sont métalumineux à peralumineux avec une affinité calco-alcaline. Ils ont eu une origine sous des pressions d'environ 10 kbars et des températures entre 850°C et 700°C. L'étude isotopique indique une origine à partir de la fusion de roches crustales. Les leucogranites de la suite Urucum (582±2 Ma) sont représentés par des granites peralumineux. Elles ont été cristallisées entre 750°C et 600°C et sous des pressions de l'ordre de 4 KBars dans un environnement riche en fluides. L'origine de cette suite à partir de la fusion de roches crustales est indiquée par les études isotopiques, par la composition et typologie des zircons et aussi par la présence commune de curs de zircons hérités. Les observations de terrain et les études minéralogiques et géochimiques montrent qu'il existe une relation étroite entre les leucogranites de la suite Urucum et les pegmatites à éléments rares de la région. Nous pouvons envisager un modèle de genèse évoquant une fusion du manteau et, en suite, de la croûte due à l'épaississement des marges continentales sous un régime tectonique transpressional associé à la fin du cycle Brasiliano.

La Meseta nord-occidentale est un segment de la chaîne hercynienne du Maroc. L'étude lithostratigraphique et structurale de cette région montre que la paléogéographie joue un rôle déterminant au cours de l'évolution tectonique hercynienne : les grands bassins qui se sont individualisés au cours de la sédimentation du Paléozoïque vont gouverner la géométrie et la cinématique de la déformation. La Meseta nord-occidentale se subdivise, d'Ouest en Est, en deux domaines où la sédimentation et le style de la déformation sont très différents : - le Môle côtier ou domaine occidental, qui est marqué par l'ouverture d'un graben intra-continental actif et fortement subsident au Cambrien. Ce domaine est structuré à l'Hercynien par des grands plis concentriques subméridiens. A proximité des principales failles rectilignes, parallèles à la direction de la chaîne, les plis se disposent en échelon et s'accordent avec un coulissage horizontal dextre du bâti. - la Meseta centrale ou domaine oriental, zone haute inactive au Cambrien, sur lequel s'installe au Dévonien supérieur-Carbonifère un bassin marginal dont la bordure occidentale est découpée en panneaux basculés et marquée par une intense activité volcanique de type alcalin à transitionnel. Dans ce domaine la direction des grandes structures plicatives hercyniennes est guidée par les anciennes failles bordières du bassin de direction N20-N30 et N70. Ces deux domaines sont séparés par la Zone de Cisaillement de la Meseta Occidentale (Z.C.M.O.), qui n'est pas une faille unique mais correspond à une succession d'accidents décrochants disposés en relai où se concentrent le métamorphisme et la déformation. Cette zone, qui coïncide à la fois avec la limite orientale du bassin cambrien et avec la limite occidentale du bassin dévono-carbonifère, s'étend depuis la zone faillée de Rabat-Tiflet en Meseta côtière au Nord jusqu'à la faille du Tizi'n Test dans le Haut-Atlas au Sud. Dans la partie centrale du massif des Rehamna, la Z.C.M.O. est une faille peu pentée à l'Est, héritée du dispositif en extension du Carbonifère. Pendant la phase de déformation hercynienne majeure, le compartiment supérieur oriental s'est déplacé vers le SW parallèlement aux structures majeures de la chaîne. La cinématique particulière de cet accident et le métamorphisme mésozonal qui accompagne la déformation ductile s'expliquent par la forte remontée du socle précambrien qui affleure dans ce secteur.

L'introduction est essentiellement consacrée à l'historique des travaux géologiques faits sur le Primaire du massif des Rehamna et sur les interprétations proposées pour expliquer la structure de sa partie septentrionale (région de Mechra ben Abbou). La première partie est relative à la stratigraphie des terrains impliqués dans l' orogenèse hercynienne et des molasses post-orogéniques, l'accent étant mis sur l'évolution paléogéographique des bassins. Le Cambrien, l'Ordovicien et le Silurien sont caractérisés par un régime de plate-forme peu profonde. A partir du Dévonien inférieur, la géométrie des bassins commence à se dessiner: un haut-fond (ou terre émergée) subméridien, placé au niveau de l'actuel axe d'Imfout va guider la sédimentation et l'évolution des bassins successifs pendant tout le Dévonien et le Carbonifère inférieur. Cette paléogéographie est analogue à celle de la Méséta nord-occidentale qui constitue le prolongement septentrional de la zone étudiée. Les conglomérats de Mechra ben Abbou, produit de démentelement de la chaine hercynienne, ainsi que les produits volcaniques associés se sont déposés dans des bassins intramontagneux contrôlés par des failles d'abord E-W puis N30°. La deuxième partie est consacrée à l'étude des déformations synsédimentaires qui ont accompagné l'ouverture des bassins glissements intraformationnels synchrones de la sédimentation dans les bassins dévonien inférieur et viséen supérieur ; olistolites et olistostromes essentiellement dans le bassin dévonien inférieur; nappes gravitaires (ou klippes sédimentaires) sur la bordure occidentale du bassin viséen supérieur et failles synsédimentaires actives pendant l'ouverture des différents bassins du Dévonien au Carbonifère. La troisième partie est consacrée à l'étude du magmatisme préorogénique viséen. Sur la base des analyses pétrographiques et chimiques des éléments majeurs, nous retiendrons qu'il s'agit d'un magmatisme tholéiitique associé à l'ouverture d'un bassin arrière arc. Ce résultat est en accord avec les études faites par d'autres auteurs sur le magmatisme dinantien des Jebilet centrales et de la Méséta nord-occidentale qui appartiennent paléogéographiquement au même ensemble. La quatrième partie est axée sur l'étude tectonique ; Trois épisodes de déformation sont mis en évidence : 1 - déformation précoce caractérisée d'abord par un plissement P0 très modéré suivi d'une phase d'érosion et de la mise en place, en partie gravitaire, de l'unité allochtone de la Gada Jennabia ; 2 - déformation majeure d'intensité variable selon les zones : elle est maximale dans des couloirs répartis en deux directions N-S à N30° et N70°, sans doute héritées des zones d'anisotropie du socle sous-jacent, où se produisent successivement deux phases de plissement Pl et P2 suivies de cisaillement cassant à composante décrochante dextre. Dans des couloirs plus larges, la déformation majeure est moins intense ; les seuls plis P1 qui y sont représentés sont en échelon ; leur obliquité sur les couloirs indique encore une tendance décrochante dextre 3 - tectonique tangentielle tardi-hercynienne : d'abord une première phase qui se manifeste par des chevauchements du SE vers le NW dans certains couloirs de cisaillement ; il semble y avoir un passage du décrochement au chevauchement. Certains contacts tangentiels précoces sont également réactivés. Lors de la seconde phase, les déplacements sont du N vers le S. Cette seconde phase est peut-être synchrone de la déformation des molasses post-orogéniques. Les déformations post-orogéniques qui affectent les premiers dépôts congloméra tiques et volcaniques (formation 1) ainsi que leur substratum paléozoïque se manifestent par un plissement N60° à N80° suivi d'écaillage à vergence N à NNW puis de fracturation N30° et N80° ; les conglomérats et le matériel volcanique de la formation 2 qui reposent en discordance angulaire sur les premiers sont flexurés par un rejeu tardif des failles N30°. Dans la conclusion générale un essai de synthèse de l'évolution sédimentaire et tectonique dans l'ensemble du tronçon hercynien du Moyen Maroc a été proposé : la migration de la déformation paroxysmale de l'Est (Midelt) où elle est d'âge dévonien supérieur à l'Ouest (Méséta occidentale) où elle est d'âge post-namurien permet de placer la partie interne de la chaîne vers l'Est. Un modèle géodynamique déduit des résultats géochimiques des roches magmatiques dinantiennes envisage une suture probable vers l'Est du Maroc avec plongement d'une plaque océanique vers l'Ouest, sous la Méséta occidentale. Cette suture marocaine hypothétique pourrait constituer un prolongement vers le Sud de la suture méridionale de la chaîne hercynienne de l'Europe.