<p>The present-day sedimentary rock record on Mars provides insights into the early surface and subsurface geologic processes. Understanding the sediment characteristics in different environments can help to constrain the climate regimes, potential for habitability, and provide a record of ancient surface processes. The research presented in this dissertation uses complementary remote sensing techniques and datasets from rovers at the surface, satellites in orbit, and at terrestrial analogs that are relevant to current Mars exploration to better characterize alteration through water-rock alteration at multiple scales.</p><p>The martian field site for this work is Mt. Sharp, a 5-kilometer-high mountain in Gale crater that is predominantly composed of fluviolacustrine strata overlain by aeolian strata. At the rover-scale, the effects of large clay-mineral rich deposits were characterized using landscape- and hand lens-scale visible images from the Mastcam and MAHLI instruments, and multispectral visible/near-infrared images from Mastcam (445-1013 nm). Detailed analysis of the observed textures and spectral properties showed that the clay-rich deposits preserve the early surface environment, based on their lack of diagenetic features. While the regions immediately surrounding the clay-rich deposit experienced prolonged exposure to water, leading to enhanced alteration zones, and destroying characteristics from the early environment but providing insight into later water-rock processes.</p><p>At the orbital-scale, three visually distinct, dark-toned, and erosion-resistant layers were mapped and characterized using visible to short wave infrared hyperspectral (700-2650 nm) and image data. Two of these units have been identified as either aeolian or lacustrine through in situ rover investigations and the third unit will not be explored in situ so its origin can only be constrained through orbital analyses. We conducted a comparison of the morphological and spectral properties of the two known units to constrain whether their respective environments can be differentiated from orbit and apply this knowledge to the unknown third unit. The composition of all three units is similar, dominated by mafic minerals, suggesting a similar sediment source. The morphology is distinct between the lacustrine and aeolian units, with the unknown unit having similar morphology as the lacustrine unit, suggesting similar environments. We propose that the lacustrine unit in this study likely represent short-timescale transitions between wet and dry environments, where mafic sands are exposed to water prior to burial and lithification. While in the aeolian unit, most water-rock interactions occur upon lithification and later diagenesis. This has climatic implications in terms of the presence of surface water as these units were deposited as part of the original Mt. Sharp strata (i.e., the lacustrine unit) while some mantling existing topography (i.e., the aeolian and unknown units), representing similar processes but at a much later time.</p><p>The terrestrial analog field site for this dissertation was conducted in Iceland which represents a cold and wet/icy climate. We characterized sediments produced through glaciovolcanism and how they are sorted and altered through transport from source to sink along to characterize unique identifiers of glaciovolcanism that can be determined with Mars-relevant techniques. Decorrelation stretched visible images and lab visible/near-infrared reflectance and thermal-infrared emission data sets (400-2500 nm and 1200-400 cm-1, respectively) show that it is possible to differentiate sediments from glaciovolcanic and subaerial volcanic systems. In some glaciovolcanic systems, a high glass abundance (50-90 %) is observed in sediment grains due to the erosion of hyaloclastite and hyalotuff, deposits that form in water- and ice-magma interactions. These glass grains did not readily breakdown physically or chemically during transport, suggesting that they could still be observed on the martian surface today and be used to identify possible glaciovolcanic deposits.</p><p>The research described in this thesis improves the understanding of different geologic environments using remote sensing techniques and their climatic implications. This will help to better constrain early environments on Mars and identify areas where water may have been present through the rock record, as observed from the surface and from orbit.</p>

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The Chatham Islands are located in the SW Pacific Ocean, approximately 850 km to the east of the South Island of New Zealand. This small group of islands is situated near the eastern margin of the Chatham Rise, an elongated section of submerged continental crust that represents part of the Late Paleozoic-Mesozoic Gondwana accretionary margin. The location and much of the geology of the Chatham Islands are attributed to intra-plate basaltic volcanism, initiated during the Late Cretaceous, in association with development of a failed rifting system to the south of the Chatham Rise. Despite the volcanic nature of much of the geology, the majority of the Cenozoic sedimentary stratigraphic record on the islands comprises non-tropical skeletal carbonate deposits whose deposition was often coeval with submarine volcanics and volcaniclastic deposits. This has resulted in complex stratigraphic relationships, with the volcanic geology exerting a strong influence on the geometry and distribution of the carbonate deposits. These limestones, despite some general field descriptions, have been little studied and are especially poorly understood from a petrographic and diagenetic perspective. The carbonate geology in detail comprises eleven discrete limestone units of Late Cretaceous through to Pleistocene age which were studied during two consecutive field expeditions over the summers of 2005 and 2006. These limestone occurrences are best exposed in scattered coastal outcrops where they form prominent rugged bluffs. While many of the younger (Oligocene to Pliocene) outcrops comprise of poorly exposed, thin and eroded limestone remnants (it;5 m thick), older (Late Paleocene to Early Oligocene) exposures can be up to 100 m in thickness. The character of these limestones is highly variable. In outcrop they display a broad range of textures and skeletal compositions, often exhibit cross-bedding, display differing degrees of porosity occlusion by cementation, and may include rare silicified horizons and evidence of hardground formation. Petrographically the limestones are skeletal grainstones and packstones with a typical compositional makeup of about 70% skeletal material, 10% siliciclasts, and 20% cement/matrix. Localised increases in siliciclastics occur where the carbonates are diluted by locally-derived volcaniclastics. The spectrum of skeletal assemblages identified within the Chatham Island limestones is diverse and appears in many cases to be comparable to the bryozoan dominant types common in mainland New Zealand and mid-latitude Australian cool-water carbonates in general. However, some key departures from the expected cool-water carbonate skeletal makeup have been identified in this study. The occurrence of stromatolitic algal mats in Late Cretaceous and Early Eocene carbonate deposits indicates not cool-temperate, but certainly warm-temperate paleoclimatic conditions. A change to cool-temperate conditions is recorded in the limestone flora/fauna from the mid-Late Miocene times following the development and later northward movement of the Subtropical Front. An uncharacteristic mix of shallow-shelf (bryozoans) and deeper water fauna (planktic foraminifera), together with their highly fragmented and abraded nature, is indicative of the likely remobilisation and redistribution of carbonate, primarily during episodic storm events. The Chatham Islands limestones formed within the relative tectonic stability of an oceanic island setting, which was conducive to ongoing carbonate accumulation throughout much of the Cenozoic. This contrasts markedly with other mainland New Zealand shelf carbonates which formed over sporadic and short-lived geological periods, experiencing greater degrees of burial cementation controlled by a relatively more active tectonic setting. As a consequence of the tectonically stable setting, the Chatham Islands limestones have experienced little burial and exhibit a paucity of burial cementation effects. They remain commonly soft and friable. Detailed petrographic investigations have shown the limestones are variably cemented by rare uneven acicular spar fringes, poorly to well-developed syntaxial rim cements about echinoderm fragments, and equant/blocky microsparite. Staining of thin sections and cathodoluminescence petrography show these spar cement generations are non-ferroan and their very dull- to non-luminescent nature supports precipitation from Mn-poor oxygenated waters, likely of an either meteoric or combined marine/shallow burial origin. Micrite is the dominant intra- and inter-particle pore fill and occurs both as a microbioclastic matrix and as precipitated homogenous and/or micropeloidal cement. The rare fringing cements often seen in association with homogenous and/or micropeloidal micrite may be indicative of true early marine (seafloor) cement precipitation and localised hardground development. An interesting feature of the geology of the Chatham Islands is the occurrence of carbonate material within sedimentary dykes. The locations of the dykes are in association with volcanic and volcaniclastic deposits. Similarities between dyke characteristics at Red Bluff on Chatham Island with mainland occurrences from East Coast and Canterbury Basins (North and South Islands, respectively) on mainland New Zealand have been recognised. They show complex structures including sidewall striations, internal flow structures as revealed by grain sorting, and extra-clast inclusions of previous fill lithologies which are characteristic of carbonate injection. This is in contrast to other dykes which are known to be of a passive fill origin. Multiple phases of carbonate sediment injection can be recognised by crosscutting relationships enabling the determination of a parasequence of events. Possible injection mechanisms are most likely associated with sediment overloading or hydrothermal pressurisation associated with emplacement of submarine volcanics. The Chatham Islands provide an exciting example of a geologically unique and complex non-tropical carbonate depositional setting. The production of carbonates is controlled by volcanic and volcaniclastic sediment input with the types of carbonate deposits and water depth variations related to thermal uplift/subsidence in association with global eustatic sealevel and temperature changes associated with development of Southern Ocean water fronts from the Late Cretaceous-Cenozoic. Carbonate deposition on the Chatham Islands is considered to relate to a rather variable and small scale oceanic, high energy, cool-water carbonate ramp setting whose geometry was continually evolving/changing as a consequence of periodic volcanic episodes.

Les gisements uranifères nigériens sont localisés dans les formations carbonifères et jurassiques du bassin de Tim Mersoï. AREVA est actionnaire de 3 sites miniers de cette région: la SOMAÏR et la COMINAK dans le district d'Arlit, en exploitation depuis 50ans, et IMOURAREN, 80km plus au Sud, dont l'exploitation est programmée pour 2015. La minéralisation du gisement d'Imouraren est comprise dans la formation fluviatile du Tchirézrine 2 (Jurassique), formée de chenaux et de plaines d'inondation. Les faciès de remplissage de chenaux vont des grès grossiers aux grès très fins (cortège détritique : quartz et feldspaths), tandis que les faciès de débordement sont constitués d'analcimolites. La minéralogie secondaire est acquise lors de 2 évènements : 1- la diagenèse, avec formation de minéraux argileux, d'analcime, de quartz et d'albite secondaires, et 2- un épisode de circulations de fluides, qui induit une altération des minéraux détritiques et diagénétiques, la formation de nouvelles phases et le dépôt de l'uranium. Cette altération dessine une zonation minéralogique à l'échelle du gisement.L'hétérogénéité du Tchirézrine 2, tant au niveau des faciès que de la minéralogie, se perçoit lors du traitement du minerai, puisqu'il réagit différemment selon sa provenance, avec parfois des problèmes de récupération de l'U. Des essais de traitement de minerais, ont montré que analcimes et chlorites étaient les deux pénalisants, pour 3 raisons : 1- les piégeages des phases U au sein des analcimes, 2- la dissolution de ces 2 minéraux a tendance à faire sortir des conditions de solubilisation de l'U (pH et Eh) et à former de nombreux sulfates, 3- problèmes de percolation. Une méthode de détection des minerais riches en analcimes, basée sur la spectroscopie infrarouge, a été développée afin d'optimiser les mélanges de minerais et ainsi de réduire les effets néfastes des pénalisants lors du traitement. / Nigerian uraniferous deposits are located in carboniferous and jurassic formations of Tim Mersoï basin. AREVA is shareholder of 3 mine sites in this area: SOMAÏR and COMINAK, both in exploitation since 1960’s and IMOURAREN, 80km further South, whose exploitation is planned for 2015. Mineralization of Imouraren deposit is included in the fluvial formation of Tchirezrine 2 (Jurassic), composed of channels and flood plains. Facies of channel infillings range from coarse sandstones to siltstones, while overflow facies are composed of analcimolites.Secondary mineralogy was acquired during 2 stages: 1- diagenesis, with formation of clay minerals, analcime, secondary quartz and albites, and 2- stage of fluids circulations, which induced alteration of detrital and diagenetic minerals, formation of new phases and uranium deposition. A mineralogical zoning, at the scale of deposit resulted from this alteration. The heterogeneity of Tchirezrine 2, at the level of both facies and mineralogy, is also evidenced during ore treatment, as ore reacts differently depending on its source, with sometimes problems of U recovery. Ore treatment tests showed that analcimes and chlorites were both penalizing minerals, because of 1- the sequestration of U-bearing minerals into analcimes, 2- their dissolution which trends to move away from U solubilization conditions (pH and Eh) and to form numerous sulfates, and 3- problems of percolation. A detection method of analcime-rich ores, based on infrared spectroscopy, was developed in order to optimize ore blending and so to reduce negative effects during ore treatment process.

Marine sediments are a key component of the global carbon cycle and climate system. They host one of the largest carbon reservoirs on Earth, provide the only long-term sink for atmospheric CO2, recycle nutrients and represent the most important climate archive. Early diagenetic pro- cesses in marine sediments are thus central to our understanding of past, present and future biogeochemical cycling and climate. Because all early diagenetic processes can be directly or indirectly linked back to the degradation of organic matter (OM), advancing this understand- ing requires disentangling the different factors that control the fate of OM (sedimentation, degradation and burial) on different spatial and temporal scales. In general, the heterotrophic degradation of OM in marine sediments is controlled by the quantity and, in particular, by the ap- parent reactivity of OM that settles onto marine sediments. While the potential ((micro)biological, chemical and physical) controls on OM reactivity are increasingly well understood, their relative significance remains difficult to quantify. Traditionally, integrated data-model approaches are used to quantify apparent OM reactivity (i.e. OM degradation rate constants) at well-studied drill-sites. These approaches rely on Reaction-Transport Models (RTMs) that typically account for transport (advection, molecular diffusion, bioturbation, and bioirrigation) and reaction (pro- duction, consumption, equilibrium) processes, but vary in complexity. Apparent OM reactivity (i.e. the OM degradation rate constant) is generally considered as a free parameter that is used to fit observed depth-profiles, reaction rates or benthic-pelagic exchange fluxes. Currently, no quantitative framework exists to predict apparent OM reactivity in areas where comprehensive benthic data sets are not available.To evaluate the impact of this knowledge gap, the sensitivity of benthic biogeochemical reaction rates, as well as benthic-pelagic exchange fluxes to variations in apparent OM reactivity (i.e. reactive continuum model parameters a and ν) is explored by means of a complex, numerical diagenetic model for shelf, slope and deep sea depositional environments. Model results show that apparent OM reactivity exerts a dominant control on the magnitude of biogeochemical reaction rates and benthic-pelagic exchange fluxes across different environments. The lack of a general framework to quantify OM reactivity thus complicates the parametrization of regional and global scale diagenetic models and, thus, compromises our ability to quantify global benthic-pelagic coupling in general and OM degradation dynamics in particular.To make a first step towards an improved systematic and quantitative knowledge of OM reac- tivity, apparent OM reactivity (i.e. reactive continuum model parameters a and ν) is quantified by inverse modelling of organic carbon, sulfate (and methane) sediment profiles, as well as the location of the sulfate-methane transition zone using a complex, numerical diagenetic model for 14 individual sites across different depositional environments. Model results highlight again the dominant control of OM reactivity on biogeochemical reaction rates and benthic exchange fluxes. In addition, results show that, inversely determined ν-values fall within a narrow range (0.1 < ν < 0.2). In contrast, determined a-values span ten orders of magnitude (1 · 10−3 < a < 1·107) and are, thus, the main driver of the global variability in OM reactivity. Exploring these trends in their environmental context reveals that apparent OM reactivity is determined by a dynamic set of environmental controls rather than traditionally proposed single environmental controls (e.g. water depth, sedimentation rate, OM fluxes). However, the high computational demand associated with such a multi-species inverse model approach, as well as the limited availability of comprehensive pore water data, limits the number of apparent OM reactivity estimates. Therefore, while providing important primers for a quantification of OM reactivity on the global scale, inverse model results fall short of providing a predictive framework.To overcome the computational limitations and expand the inverse modelling of apparent OM reactivity to the global scale, the analytical model OMEN-SED is extended by integrating a nG- approximation of the reactive continuum model that is fully consistent with the general structure of OMEN-SED. The new version OMEN-SED-RCM thus provides the computational efficiency required for the inverse determination of apparent OM reactivity (i.e. reactive continuum model parameters a and ν) on the global scale. The abilities of the new model OMEN-SED-RCM in capturing observed local, as well as global patterns of diagenetic dynamics are rigorously tested by model-data, as well as model-model comparison.OMEN-SED-RCM is then used to inversely determine apparent OM reactivity by inverse modelling of 394 individual dissolved oxygen utilisation (DOU) rate measurements. DOU is commonly used as a proxy for OM reactivity, it is more widely available than comprehensive porewater data sets and global/regional benthic maps of dissolved oxygen utilisation rates (DOU) have been derived based on the growing DOU data set. Sensitivity test show that, while inverse modelling of DOU rates fails to provide a robust estimate of RCM parameter ν, it is a good indicator for RCM parameter a. Based on previous findings, parameter ν was thus assumed to be globally constant. Inversely determined a-values vary over order of magnitudes from a = 0.6 years in the South Polar region to a = 5.6 · 106 in the oligotrophic, central South Pacific. Despite a high intra- as well as interregional heterogeneity in apparent benthic OM reactivity, a number of clear regional patterns that broadly agree with previous observations emerge. High apparent OM reactivities are generally observed in regions dominated by marine OM sources and characterized by efficient sinking of OM and a limited degradation during sinking. In contrast, the lowest apparent OM reactivities are observed for regions characterized by low marine primary production rates, in combination with a great distance to the continental shelf and slope, as well as deep water columns. Yet, results also highlight the importance of lateral transport processes for apparent OM reactivity. In particular, deep sea sediments in the vicinity of dynamic continental margin environments or under the influence of strong ocean currents can receive comparably reactive OM inputs from more productive environments and, thus, reveal OM reactivities that are higher than traditionally expected. Finally, based on the observed strong link between apparent OM reactivity (i.e. RCM parameters a) and DOU rate, a transfer function that predicts the order of magnitude of RCM parameter a as a function of DOU is used to derive, to our knowledge, the first global map of apparent OM reactivity.Finally, we use the new global map of apparent OM reactivity to quantify biogeochemical dynamics and benthic-pelagic coupling across 22 benthic provinces that cover the entire global ocean. To this end, the numerical diagenetic model BRNS model is set-up for each province and forced with regionally averaged boundary conditions derived from global data sets, as well as apparent OM reactivities informed by the global OM reactivity map. The 22 regional model set-ups were then used to quantify biogeochemical process rates, as well as benthic carbon and nutrient fluxes in each province and on the global scale. Model results of regional and global fluxes and rates fall well within the range of observed values and also agree with general globally observed patterns. Results also highlight the role of the deeper ocean for benthic-pelagic cycling and indicate towards a large regional variability in benthic cycling at great depth. This is a first step towards a more refined global estimate of benthic biogeochemical cycling that accounts for the global heterogeneity of the seafloor environment. This aspect is critical to improve our understanding of benthic feedbacks on benthic-pelagic coupling and on the carbon-climate system, which can then be incorporated in benthic processes in Earth System Models. / Les sédiments marins sont un élément clé du cycle mondial du carbone et du système climatique. Ils abritent l’un des plus grands réservoirs de carbone sur Terre, fournissent le seul puits à long terme pour le CO2 atmosphérique, recyclent les nutriments et constituent les archives climatiques les plus importantes. Les processus de la diagénèse précoce dans les sédiments marins sont donc au cœur de notre compréhension des cycles et du climat biogéochimiques passés, présents et futurs. Étant donné que tous les processus diagénétiques précoces peuvent être directement ou indirectement liés à la dégradation de la matière organique (MO), faire progresser cette compréhension nécessite de démêler les différents facteurs qui contrôlent le devenir de la MO (sédimentation, dégradation et enfouissement) à différentes échelles spatiales et temporelles. En général, la dégradation hétérotrophique de la MO dans les sédiments marins est contrôlée par la quantité et, en particulier, la réactivité apparente de la MO qui se dépose sur les sédiments marins. Bien que les contrôles potentiels ((micro) biologiques, chimiques et physiques) de la réactivité de la MO soient de mieux en mieux compris, leur importance relative reste difficile à quantifier. Traditionnellement, des approches de modèle de données intégrées sont utilisées pour quantifier la réactivité apparente de la MO (c’est-à-dire les constantes de vitesse de dégradation de la MO) sur des sites de forage bien étudiés. Ces approches reposent sur des modèles de réaction-transport (RTM) qui tiennent généralement compte des processus de transport (advection, diffusion moléculaire, bioturbation et bio-irrigation) et de réaction (production, consommation, équilibre), mais leur complexité varie. La réactivité apparente de la MO est généralement considérée comme un paramètre libre qui est utilisé pour ajuster les profils de profondeur, les taux de réaction ou les flux d’échange benthique-pélagique observés. À l’heure actuelle, aucun cadre quantitatif n’existe pour prédire la réactivité apparente de la MO dans les zones où aucun ensemble complet de données benthiques n’est disponible.Pour évaluer l’impact de ce manque de connaissance, nous avons exploré la sensibilité des taux de réaction biogéochimiques benthiques, ainsi que des flux d’échange benthique-pélagique aux variations de la réactivité apparente de la MO (c.-à-d. les paramètres du modèle de con- tinuum réactif a et ν) au moyen d’un modèle diagénétique numérique complexe appliqué aux zones de dépôts sur les plateaux, les talus et en haute mer. Les résultats du modèle montrent que la réactivité apparente de la MO exerce un contrôle dominant sur l’ampleur des taux de réaction biogéochimiques et des flux d’échange benthique-pélagique dans différents environ- nements. L’absence d’un cadre général pour quantifier la réactivité de la MO complique donc la paramétrisation des modèles diagénétiques à l’échelle régionale et mondiale et, ainsi, compromet notre capacité à quantifier le couplage benthique-pélagique global en général et la dynamique de dégradation de la MO en particulier.Pour tendre à meilleure connaissance systématique et quantitative de la réactivité de la MO, la réactivité apparente OM (c.-à-d. les paramètres du modèle de continuum réactif a et ν) est quantifiée par modélisation inverse des profils de sédiments organiques de carbone, de sulfate (et de méthane), ainsi que localisation de la zone de transition sulfate-méthane à l’aide d’un modèle diagénétique numérique complexe pour 14 sites individuels à travers différents environnements de dépôt. Les résultats du modèle mettent à nouveau en évidence le contrôle dominant de la réactivité de l’OM sur les taux de réaction biogéochimiques et les flux d’échanges benthiques. De plus, les résultats montrent que les valeurs déterminées inversement déterminées se situent dans une plage étroite (0,1 <ν<0,2). En revanche, les valeurs déterminées s’étendent sur dix ordres de grandeur (1 ·10−3 <ν< 1·107) et sont donc le principal moteur de la variabilité globale de la réactivité OM. L’exploration de ces tendances dans leur contexte environnemental révèle que la réactivité apparente de l’OM est déterminée par un ensemble dynamique de contrôles environnementaux plutôt que par des contrôles environnementaux uniques traditionnellement proposés (par exemple, la profondeur de l’eau, le taux de sédimentation, les flux OM). Cependant, la forte demande de calcul associée à une telle approche de modèle inverse multi-espèces, ainsi que la disponibilité limitée de données complètes sur l’eau interstitielle, limitent le nombre d’estimations apparentes de la réactivité OM. Par conséquent, tout en fournissant des amorces importantes pour une quantification de la réactivité de l’OM à l’échelle mondiale, les résultats du modèle inverse sont loin de fournir un cadre prédictif.Pour surmonter les limites de calcul et étendre la modélisation inverse de la réactivité apparente de l’OM à l’échelle mondiale, le modèle analytique OMEN-SED est étendu en intégrant une approximation nG du modèle de continuum réactif qui est pleinement cohérente avec la structure générale d’OMEN-SED. La nouvelle version OMEN-SED-RCM fournit ainsi l’efficacité de calcul requise pour la détermination inverse de la réactivité apparente de l’OM (c’est-à-dire les paramètres du modèle de continuum réactif a et ν) à l’échelle mondiale. Les capacités du nouveau modèle OMEN-SED-RCM à capturer les modèles locaux et globaux de dynamique diagénétique observés sont rigoureusement testés par les données du modèle, ainsi que la comparaison modèle- modèle.OMEN-SED-RCM est ensuite utilisé pour déterminer inversement la réactivité apparente de l’OM par modélisation inverse de 394 mesures individuelles du taux d’utilisation de l’oxygène dissous (DOU). Le DOU est couramment utilisé comme indicateur de la réactivité de l’OM, il est plus largement disponible que les ensembles de données exhaustifs sur l’eau interstitielle et les cartes benthiques mondiales/régionales des taux d’utilisation de l’oxygène dissous (DOU) ont été dérivées sur la base de l’ensemble de données DOU croissant. Le test de sensibilité montre que, bien que la modélisation inverse des taux de DOU ne fournisse pas une estimation robuste du paramètre RCM ν, c’est un bon indicateur pour le paramètre RCM a. Sur la base des résultats précédents, le paramètre ν a donc été supposé être globalement constant. Les valeurs a déterminées à l’inverse varient selon l’ordre de grandeur, de a = 0,6 an dans la région polaire sud à a = 5, 6 · 106 dans le Pacifique sud oligotrophique central. Malgré une forte hétérogénéité intra et interrégionale dans la réactivité apparente de la MO benthique, un certain nombre de schémas régionaux clairs qui correspondent largement aux observations précédentes émergent. Des réactivités apparentes élevées de l’OM sont généralement observées dans les régions dominées par des sources marines de MO et caractérisées par un naufrage efficace de l’OM et une dégradation limitée pendant le naufrage. En revanche, les réactivités MO apparentes les plus faibles sont observées pour les régions caractérisées par de faibles taux de production primaire marine, en combinaison avec une grande distance du plateau continental et de la pente, ainsi que des colonnes d’eau profonde. Pourtant, les résultats mettent également en évidence l’importance des processus de transport latéral pour la réactivité apparente de l’OM.En particulier, les sédiments des mers profondes au voisinage d’environnements de marge continentale dynamiques ou sous l’influence de forts courants océaniques peuvent recevoir des apports OM de réactivité comparable provenant d’environnements plus productifs et, ainsi, révéler des réactivités OM plus élevées que ce qui était traditionnellement prévu. Enfin, sur la base du lien fort observé entre la réactivité apparente de l’OM (c’est-à-dire le paramètre RCM a) et le taux DOU, une fonction de transfert qui prédit l’ordre de grandeur du paramètre RCM a en fonction de DOU est utilisée pour dériver, pour nos connaissances, la première carte mondiale de la réactivité apparente de l’OM. Les résultats du modèle des flux et des taux régionaux et mondiaux se situent bien dans la gamme des valeurs observées et également d’accord avec les tendances générales observées au niveau mondial. Les résultats mettent également en évidence le rôle de l’océan profond pour le cycle benthique-pélagique et indiquent une grande variabilité régionale du cycle benthique à grande profondeur. Il s’agit d’une première étape vers une estimation mondiale plus précise du cycle biogéochimique benthique qui tient compte de l’hétérogénéité mondiale du milieu marin. Cet aspect est essentiel pour améliorer notre compréhension des rétroactions benthiques sur le couplage benthique-pélagique et sur le système carbone-climat, qui peuvent ensuite être incorporées aux processus benthiques dans les modèles du système terrestre. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Le bassin de Jaca (Pyrénées espagnoles) est un exemple classique de bassins d’avant pays, où les grandes lignes du remplissage sédimentaire, ainsi que la chronologie des failles ont été très étudiées. Il reste toutefois à mieux comprendre la paléo-hydrologie et l’histoire thermique du bassin, de manière à proposer un modèle de circulation des fluides pendant sa mise en place et sa déformation (Paléocène-Oligocène). Pour ce faire, ce travail propose d’analyser la répartition de la fracturation, d’étudier les conditions de formation des veines syn-tectoniques et de caractériser la maturité de la matière organique sur l’ensemble du paléobassin d’avant-pays de Jaca, des zones internes vers les zones externes.L’analyse pétrographique, géochimique et microthermométrique des veines montre que la grande majorité des fluides minéralisateurs sont à l’équilibre isotopique et thermique avec l’encaissant. Dans le détail, nous avons identifié 2 événements principaux de formation de veines dans la zone interne du bassin (Sierras Interiores), que nous proposons d’associer au fonctionnement des failles majeures dans le socle. Nous suggérons que les fluides circulent le long des niveaux de décollements et sont expulsés sur de courtes distances (< 10 km), au travers des réseaux de fractures, vers le bassin d’avant-pays. Le reste du bassin enregistre principalement des fluides locaux, parfois associés à l’infiltration d’eau météorique. L’analyse des températures d’enfouissement (50°C à 250°C), qui inclut des données de Δ47, montre une organisation N-S relativement homogène depuis les Sierras Interiores (fenêtre à gaz) jusqu’aux Sierras Exteriores (immature), avec des anomalies longitudinales marquées. Les modélisations thermiques 1D sur 9 puits virtuels suggèrent que les températures maximales vers les Sierras Interiores peuvent résulter d’un enfouissement sédimentaire, dont une grande partie est érodée actuellement. Nous proposons que ces parties érodées correspondent à des dépôts tardi-orogéniques conglomératiques déposés à proximité de la zone axiale. Les données suggèrent une répartition non homogène de ces dépôts selon un axe E-W, impliquant des transferts sédimentaires plus complexes qu’habituellement discutés. Au vu de nos résultats et des précédentes études, le modèle paléohydrologique et thermique du bassin de Jaca, et à plus grande échelle, de la chaîne plissée sud-pyrénéenne, est compartimenté à la fois dans l’espace et dans le temps, en lien avec à la propagation latérale et frontale de la déformation, qui contrôle l’ouverture du système. Le modèle paléohydrologique et thermique de la chaîne plissée sud-pyrénéenne constitue donc un potentiel analogue aux chaînes plissées dont le raccourcissement résulte d’une convergence oblique. / The Jaca basin (Spanish Pyrenees) is a classical example of a foreland basin, where the sedimentary filling and the calendar of thrust activation have been extensively studied. It remains to understand the paleohydrology and the thermal history of the basin, so as to provide a fluid flow model related to its formation and deformation (Paleoecene-Oligocene). To do this, this work proposes to analyze the distribution of fracturing, to study the conditions of formation of syn-tectonic veins and to characterize the maturity of organic matter throughout the Jaca foreland basin, from hinterland to external areas.Petrographical, geochemical and microthermometric analysis of veins show that the vast majority of mineralizing fluids are at the isotopic and thermal equilibrium with the host-rock. In detail, we identified two main events of vein precipitation in the inner part of the basin (Sierras Interiores), probably related to major basement thrust activations. We suggest that fluids flow along decollement levels and are expelled over short distances (<10 km), through fracture networks towards the foreland basin. The other part of the basin mainly record local fluids, sometimes associated with the infiltration of meteoric water. Analysis of burial temperatures (50 °C to 250 °C), which includes Δ47 data, shows a relatively homogeneous N-S organization from the Sierras Interiores (gas window) to Sierras Exteriores (immature), with strong longitudinal anomalies. Thermal 1D modelling of 9 virtual wells suggest that the maximum temperatures of Sierras Interiores result from sedimentary accumulation, whose a large amount is now eroded. We propose that this eroded thickness corresponds to late-orogenic conglomeratic deposits near the axial zone. The data suggest an inhomogeneous distribution of the deposits along an E-W axis, involving more complex sedimentary transfers than usually discussed. Given our results and previous studies, the paleohydrological and thermal model of the Jaca basin, and on a larger scale, of the South Pyrenean fold and thrust belt, is compartmentalized both in space and in time, in response to the propagation of and oblique deformational front, which controls the opening of the system. The paleohydrological and thermal model of the South Pyrenean fold and thrust belt is therefore a potential analogue to fold and thrust belt including shortening due to an oblique convergence.

Le but général de ce travail fut de quantifier la silice biogène (BSiO2) dans les sédiments du continuum de l'Escaut (estuaire – zone côtière), ainsi que son taux de recyclage - rétention. Le coefficient de diffusion moléculaire de la DSi a été déterminé pour différentes valeurs de température et deux salinités et une relation empirique reliant le coefficient de diffusion à la température et à la viscosité de la solution a été établie. La distribution longitudinale de la BSiO2 dans les sédiments de surface, ainsi que les profils verticaux de BSiO2 et de silice dissoute ont été déterminés durant différentes saisons en 2004 et 2005. Les flux de DSi ont été également estimés via des expériences d’incubations et par modélisation des profiles verticaux de DSi. Des expériences de dissolution des sédiments ont permis de déterminer (via modélisation) les constantes cinétiques de vitesse de la BSiO2 et une première évaluation du taux de recyclage de la BSiO2 (5 – 70%). Sur base des calculs à partir des profiles de DSi dans l’eau interstitielle, le taux de recyclage de la BSiO2 varie entre 8 et 92% dans l’estuaire, ce qui correspond à une rétention moyenne de la BSiO2 supérieure à 60%, et souligne ainsi l'efficacité du filtre estuarien par rapport à la silice. En revanche, le recyclage de BSiO2 dans la zone côtière apparaît comme très intensif, avec des valeurs souvent supérieures à 40%. Ces résultats montrent l'importance d'inclure les estuaires dans le calcul des budgets globaux de Si. / The general objective of this study was to quantify the BSiO2 in the sediments of the Scheldt continuum, together with its recycling and retention in this area. First an empirical relation linking the diffusion coefficient of DSi to temperature and salinity was determined, via diffusion experiments. The longitudinal BSiO2 distribution in surface sediments and the vertical BSiO2 and DSi profiles in sediment cores where then measured during 2 years and different seasons, together with other parameters characterizing pore waters, such as alkalinity, pH, sulphate… DSi fluxes were also estimated either directly through whole core incubations measurements or via modelling of interstitial water profiles. BSiO2 dissolution experiments allowed the evaluation of the kinetic rate constants also through modelling of the results, and gave preliminary information over the BSiO2 recycling rates (5 – 70%). The recycling rate as obtained from pore water profiles vary between 8 and 92%, with an average value of about 32%, which highlights the importance of the estuarine filter for silica. Recycling is much more intense in the coastal area, with values up to 40%, which we explain by higher salinity and higher sediment permeability. The different experiments and results also indicated that secondary mineral precipitation might be and important process affecting BSiO2 in the Scheldt sediments.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished