Ce mémoire décrit les corps dolomitiques des zones de Ranero et El Moro (vallée de la Karantza, zone Cantabrique, NO de l’Espagne) et précise les variations temporelles et latérales de leurs attributs pétrographiques et géochimiques. Les corps dolomitiques sont portés par les calcaires Albiens, déposés sur la marge du bassin Basque-Cantabrique en période d’intense subsidence. Les dolomies sont formées par replacement et par cémentation, et précédées et suivies par divers types de ciment calcitique. L’étude pétrographique, minéralogique et géochimique (XRD, ICP, XRF, isotopes stables et Sr) est conduite le long de sections transverses sur les corps dolomitiques et permet de comparer les caractéristiques de plusieurs stades de circulations hydrothermales. Deux épisodes contrastés de dolomitisation sont identifiés. Les dolomies précoces sont ferreuses, très localement associées à une minéralisation de type MVT, appauvries en δ18O (de -14 à -10‰ V-PDB) et remplacent largement les calcaires massifs en générant des zebras. Les dolomies tardives sont non-ferreuses, plus sévèrement appauvries en δ18O (-19 to -15‰ V-PDB), et ne semblent pas remplacer le calcaire mais, au contraire, les dolomies précoces. Toutes ces dolomies sont pratiquement stœchiométriques (49.76 à 51.59 mole% CaCO3). Leurs inclusions fluides ont piégé des saumures de haute température (Th de 120 à 200°C). Leur contenu en Sr, radiogénique, suggère que les fluides responsables de la dolomitisation ont préalablement circulé à travers des roches silicoclastiques. La texture comme les propriétés pétrophysiques des dolomies sont largement affectées par les déformations cataclastiques et un épisode tardif de dédolomitisation (météorique).Le premier épisode de dolomitisation résulte probablement de l’expulsion des fluides issus de la compaction du bassin adjacent et de leur migration le long des fractures affectant la marge de la plateforme carbonatée Albienne. Ces fluides précoces étaient riches en Mg, Fe et peut-être légèrement acides pour pouvoir remplacer les calcaires. Les fluides responsables du deuxième épisode de dolomitisation sont pauvres en Fe, paraissent plus chauds et en relation avec une anomalie thermique. / This study documents the temporal and lateral variation in petrographic and geochemical signatures of fault-related dolomite bodies in the Ranero and El-Moro areas (Karrantza valley, Cantabrian mountains; NW Spain). These dolomite bodies are hosted in Albian carbonates, which were deposited at the margin of the Basque-Cantabrian Basin during an intense rift-related subsidence. Fluid circulations generated replacive and cementing dolomites, paragenetically predated and followed by various calcite cements. Petrography, mineralogical and geochemical systematics (XRD, ICP, XRF, stable and Sr isotopes) along sections cutting the dolostone bodies document successive hydrothermal stages. Two contrasting dolomite formation events are evidenced. Early dolomites are ferroan, locally associated with MVT mineralisation, δ18O depleted (-14 to -10‰ V-PDB) and mostly replace limestone producing abundant zebra lithotypes. Later dolomites are non-ferroan, severely δ18O depleted (-19 to -15‰ V-PDB), and do not replace limestones but rather previous dolomites. Dolomites are generally stoichiometric (49.76 to 51.59 M% CaCO3). Fluid inclusions record high temperature brines (Th 120 to 200°C). Sr isotope data suggest that the dolomitising fluids interacted upstream with siliciclastic lithologies. The dolomite fabric and its petrophysical properties are variably altered through cataclastic deformation and late (meteoric) dedolomitisation.The first episode of pervasive ferroan dolomitisation probably resulted from compactional dewatering of basinal fluids from the nearby Basque trough and hydrodynamic fluid flow along the fractures in the Albian carbonate platform. These early fluids must have been Mg, Fe-rich and slightly acidic (limestone-replacive). The second episode of very hot and localized dolomitisation may be related to a thermal anomaly and/or convective flow of Fe-poor fluids.

Tous les sites étudiés lors de cette thèse, qui se situent tous dans des régions tabulaires ou monoclinales, ont permis d'observer et d'analyser d'un point de vue géophysique une diversité de morphologies associées aux karsts de plateaux et aux karsts sous couverture : tertres émissifs et dolines de suffusion dans l'Est de la France, dolines de dissolution et dolines masquées dans les Causses du Quercy, épikarst et altération sur le Causse du Larzac. Les tomographies de résistivité électrique et de sismique réfraction ont en effet été très utiles pour caractériser la géométrie de ces objets. L'apport de la sismique réfraction 3D s'est révélée considérable pour l'imagerie de la fracturation et de l'altération dans l'épikarst. Un suivi temporel électrique et sismique a également été mis en place sur un aquifère karstique en Corrèze et sur deux secteurs épikarstiques sur le Causse du Larzac. Si le suivi par tomographie de résistivité ne s'est pas avéré très efficace, le suivi par tomographie de sismique réfraction montre un potentiel conséquent pour identifier les zones de stockage et les zones d'infiltration, particulièrement dans l'épikarst. Des résultats nouveaux ont été obtenus dans : (1) la compréhension des morphologies karstiques par l'analyse de leur structure, (2) la structure et le fonctionnement de l'épikarst, (3) l'efficacité des méthodes électriques et sismiques pour l'imagerie structurale et le suivi temporel en milieu karstique.