Cette thèse s'inscrit dans le cadre des études de "faisabilité" du stockage des déchets nucléaires en formations géologiques profondes. Elle s'intègre au programme de recherche conduit par l'agence française pour la gestion des déchets nucléaires (ANDRA) sur le site expérimental Meuse/Haute-Marne de type "argile", situé dans les formations sédimentaires Mésozoïques faiblement perméables de l'Est du bassin parisien. L'étude a pour objet la caractérisation de la migration des radionucléides naturels au sein de la formation argileuse Callovo-Oxfordienne cible et de ses encaissants carbonates Oxfordien et Bathonien, afin d'estimer les propriétés de confinement à long terme de cette série sédimentaire. Elle repose sur l'analyse de haute précision des déséquilibres radioactifs au sein des familles naturelles de l'uranium et du thorium. L'intérêt de faire appel aux déséquilibres U-Th réside dans le fait qu'ils sont susceptibles, d'une part, de mettre en évidence et de caractériser les processus contrôlant la mise en solution et la migration in situ des radionucléides et, d'autre part, de fournir des indications temporelles sur les processus et perturbations physico-géochimiques auxquelles la formation géologique a été soumise sur des échelles de temps variables, selon les isotopes utilisés, mais pouvant atteindre jusqu'à deux millions d'années environ, via le déséquilibre 234U/238U. Les objectifs initiaux de l'étude étaient: i) de déterminer en particulier l'état d'équilibre -ou de déséquilibre- radioactif entre l'uranium-238 et son descendant l'uranium-234 (T1/2 (234U)) = 245250 a) dans les formations profondes au sein desquelles le laboratoire expérimental de l'ANDRA est en cours d'implantation; ii) de caractériser, le cas échéant, les processus responsables des déséquilibres radioactifs observés; et iii) d'en préciser les implications chronologiques en ce qui a trait à la stabilité chimique de ces formations géologiques. Compte tenu de ces objectifs, la précision et la justesse analytique des mesures des déséquilibres radioactifs (234U/238U) sont apparues comme la clé de la réussite d'une telle entreprise. Une grande partie des travaux a donc été consacrée à la mise au point de l'analyse des déséquilibres radioactifs à l'aide d'un spectromètre de masse à multi-collection et source plasma (MC-ICP-MS). In fine, une reproductibilité analytique de l'ordre de \%o (2 a) pour la détermination du rapport 234U/238U] sur échantillons géologiques a été obtenue. Haute précision et justesse analytique nous ont ainsi permis de démontrer un état d'équilibre radioactif 234U/23SU dans les argilites Callovo-Oxfordiennes. Ce résultat indique l'immobilité de l'uranium dans la formation cible et, par suite, atteste d'un milieu chimiquement inactif et clos, du moins au cours de la période actuelle, pour ce qui concerne l'uranium et, par extension, les actinides naturels. Ce résultat est fondamental au regard de la problématique d'enfouissement des déchets radioactifs car il procure une confirmation in situ des capacités de confinement de la couche argileuse cible, dans les conditions physico-chimiques actuelles. A contrario, des déséquilibres (234U/238U) ont été systématiquement observés au niveau de zones soumises à des processus de pression-dissolution (stylolites) dans les formations carbonatées encaissantes de l'Oxfordien et du Bathonien. Ces déséquilibres témoignent d'une remobilisation discrète de l'uranium au cours des derniers deux millions d'années et donc de processus actifs de transport de matière au sein de ces formations. La répartition isotopique de l'uranium telle qu'elle a été révélée, par un sous-échantillonnage systématique au niveau des surfaces de pression-dissolution et par la réalisation d'analyses sériées perpendiculairement à un joint stylolitique, a permis de mettre en évidence une relocalisation de l'uranium depuis la surface stylolitique vers la matrice carbonatée de part et d'autre du stylolite. Bien que soumise à des transferts de matière, une zone stylolitisée fonctionnerait en toute vraisemblance en système fermé vis-à-vis de l'uranium. Ce résultat est surprenant tant ces formations profondes, fortement compactées et peu perméables, ne semblaient pas pouvoir être sujettes à des transferts de matière significatifs à l'échelle de temps des déséquilibres U-Th. Bien qu'il soit pour l'instant difficile de conclure de façon univoque à ce sujet, il est probable que ce phénomène traduit une stylolitisation encore active, ou tout du moins, une réactivation du phénomène au cours des deux derniers millions d'années.

Cette étude porte sur le gisement de columbo-tantalite d'Issia au Centre-Ouest de la Côte d'Ivoire. Les gisements de columbo-tantalite dans les régions tropicales humides sont généralement des dépôts supergènes associés à du gravier. Ces gisements ont été très peu étudiés et leur exploitation n'est effectuée que par les petits exploitants. Cela est dû, d'une part à la petite taille des gisements trouvés et à leur courte durée de vie, et d'autre part à la forte épaisseur du manteau d'altération dans les zones à forte concentration. Cette étude a un triple objectif défini comme suit : (1) établir un modèle géodynamique pour la mise en place des minéralisations primaires de columbo-tantalite et minéraux associés d'Issia (Centre-Ouest de la Côte d'Ivoire) ; (2) définir les facteurs contrôlant la redistribution secondaire de la minéralisation en milieu détritique en intégrant des études gîtologiques, pédo-géomorphologiques et géostatistiques ; et (3) déterminer les espèces minéralogiques du niobium, du tantale et des autres métaux associés. Le périmètre étudié comprend trois massifs granitiques mis en place dans des formations méta-sédimentaires: le granite orienté à deux micas de la Lobo, le granite orienté à muscovite dominante de Bitapia et le granite porphyroïde non orienté à muscovite dominante d'Issia. Les observations de terrain et les analyses sur roche totale montrent que: (1) les trois principaux granites de la région ont été produits par des processus profonds ayant généré une fusion partielle de la croûte, (2) ils ont été formés par cristallisation fractionnée pendant la période syn- à tardi-D2 de l'orogenèse Ébuméenne, et (3) le granite d'Issia fut le dernier à se former à 2106±78 Ma. Les pegmatites du périmètre étudié ont été classées en 4 types (A à D) montrant plus ou moins une répartition zonale autour du granite d'Issia : A- les pegmatites stériles, B- les pegmatites à Be, C- les pegmatites zonées à Be-Nb-Ta, et D- les pegmatites zonées à Be-Nb-Ta-Li. Les pegmatites de types B, C et D ont été rattachées à la classe des pegmatites à éléments rares et à la famille LCT. Le fluide minéralisateur dérive de la cristallisation du granite d'Issia. Après la cristallisation de ce granite, le liquide résiduel s'est d'abord saturé en eau pendant la formation des pegmatites de type A et B. Ce fluide a évolué au cours de la différenciation magmatique et s'est enrichi progressivement en CO2 vers la surface jusqu'au stade de la formation des pegmatites de type C qui vont alors cristalliser en système clos. La séparation entre les phases aqueuse et carbonique a lieu au cours de la cristallisation de la zone de remplacement (zone III) qui porte par ailleurs les minéralisations de Nb, Ta et Be dans les pegmatites zonées de type C et D. La migration du fluide s'est faite par pulsations successives le long des fractures de Riedel R' et des fentes de traction générées par la déformation transcurrente D2. Deux types de minéralisations supergènes de columbo-tantalite on été identifiés: le type Étienne-Méguhé et le type Bémadi. Le type Étienne-Méguhé constitue un dépôt éluvial plus ou moins colluvial résultant de la kaolinisation qui a produit une importante réduction de volume et qui a augmenté la concentration des minéraux chimiquement stables, notamment ceux de quartz, de Nb-Ta et de Be. D'autre part, la minéralisation de type Bémadi est représenté par un véritable placer dont la concentration en minéraux de Nb-Ta résulte d'une reconcentration à la suite d'une importante phase de drainage et d'alluvionnement qui a contribué à la fragmentation, à l'usure, puis au stockage des minéraux lourds le long des pièges naturels. La columbo-tantalite d'Issia est représentée par trois espèces distinctes de très bonne qualité commerciale (XTa>0,65) : la ferrotapiolite [FeTa2O6], la ferrotantalite [(Fe>Mn)(Ta>Nb)2O6] et la manganotantalite [MnTa2O6]. Du point de vue de l'évolution supergène, il est montré que les processus naturels superficiels dans les milieux tropicaux humides ne génèrent ni croissance, ni changements chimiques dans les minéraux de Nb-Ta. Toutefois, même si la qualité chimique du minéral est préservée, la qualité physique, quant à elle, se dégrade progressivement des zones éluviales aux zones alluviales sous l'effet des corrosions mécaniques. Les analyses variographiques et le krigeage donnent des résultats très satisfaisants pour la prospection de la columbo-tantalite supergène. La variographie permet de définir des mailles de prospection du métal sur les deux sites d'étude et met en évidence de très faibles variations des teneurs à petite échelle et une grande continuité de la minéralisation suivant la direction des pegmatites. Les résultats du krigeage indiquent que le krigeage lognormal est un très bon estimateur des réserves car cette méthode produit une forte minimisation des biais et de la variance d'estimation, et les valeurs estimées sont très proches des valeurs mesurées sur le terrain. Cette étude a une implication directe pour la prospection des gisements columbo-tantaîifères détritiques tant à Issia qu'à l'échelle globale. En effet, elle montre que dans un environnement de pegmatites columbo-tantalifères en régions tropicales humides, les graviers éluvionnaires et colluvionnaires sont plus propices à l'exploitation de la columbo-tantalite que les graviers alluvionnaires.

Les assemblages lithiques prélevés sur les sites archéologiques du Saguenay-Lac-Saint-Jean sont composés de différents matériaux, certains d'origine locale, d'autres « régionale », d'autres provenant de sources plus éloignées encore. Parmi ces matériaux, on observe fréquemment une quartzite blanchâtre et aphanitique présentant tes propriétés physiques d'un chert : la quartzite de Mistassini. On remarque aussi la forte présence d'une roche siliceuse gris bleuté présentant un éclat cireux : la calcédoine du Lac-Saint-Jean. Ce travail vise à caractériser géochimiquement la source respective de ces deux matières lithiques. Le matériel connu des archéologues sous le nom de quartzite de Mistassini a comme source la colline Blanche (M. :51°04'07"N, long. :-72°54'05"W). Cette colline se situe dans le secteur de Sa rivière Témiscamie, à l'est du grand lac Albanel. L'autre matériel connu comme étant local, la calcédoine du Lac-Saint-Jean, a comme source l'île aux Couleuvres (lat :48°30'27"N, long. : -72°10'19"W). D'un point de vue méthodologique, le matériel lithique est caractérisé au moyen de l'analyse par activation neutronique (INAA, Instrumental Neutron Activation Analysis). Les résultats obtenus révèlent la signature géochimique de chaque source pour 30 éléments chimiques (terres rares, éléments majeurs et traces). Ces résultats analytiques sont validés et vérifiés par l'utilisation de différents standards géochimiques. L'utilisation de ces standards permet de vérifier la précision et la Justesse des teneurs analytiquement obtenues pour chaque échantillon et élément chimique. Différentes analyses statistiques sont utilisées afin d'établir les grandes lignes de la géochimie de chacune des sources. Une comparaison statistique entre les deux sources est réalisée, et leur géochimie est, de plus, comparée à celle de différents échantillons géologiques et archéologiques du Saguenay-Lac-Satnt-Jean. Le projet offre donc aux archéologues un outil supplémentaire leur permettant de vérifier la correspondance d'un artefact avec la colline Blanche ou l'île aux Couleuvres, et ce, pour deux des principales matières premières lithiques trouvées sur les sites du Saguenay-Lac-Saint-Jean.

Les propriétés statistiques invariantes d'échelle isotropes et anisotropes de morphologies terrestres d'érosion fluviatile ont été caractérisées dans cette étude à l'aide d'images satellitaires. En premier lieu, les propriétés invariantes d'échelle isotrope de différentes sections du réseau de drainage du Plateau éthiopien ont été déterminées à partir d'images de régions spectrales variées des satellites Landsat TM 5 et ERS-1. Ensuite, une méthode a été développée pour évaluer les propriétés anisotropes invariantes d'échelle de surfaces d'érosion fluvio-tectonique. Deux types de réseau de drainage ont alors été choisis: le réseau de la Rivière Jaune sur le Plateau de L?ss en Chine et celui de la Green River dans le Utah aux États-Unis. Dans cette deuxième partie, des images du visible du satellite TERRA ASTER ont été analysées. Enfin, la méthode de caractérisation de l'anisotropie indépendante de l'échelle a été appliquée sur les données du Plateau éthiopien afin de mieux y cerner les processus impliqués; les données satellitaires Landsat TM 5 et TERRA ASTER ont été utilisées pour cette partie de la recherche. Les deux régions sélectionnées sur le Plateau éthiopien, "plateau" et "canyon", possèdent des degrés d'érosion très différents. Une première distinction des propriétés invariantes d'échelle isotropes a été trouvée à l'aide d'images Landsat TM 5 dans le visible et d'images ERS-1 dans les micro-ondes. Cette différence a été liée au degré d'érosion mécanique entre ces deux régions, "plateau" (peu érodé) et "canyon" (très érodé). Une deuxième différence statistique a été révélée par les analyses d'invariance d'échelle isotrope des images Landsat TM 5 dans l'infrarouge moyen, qui sont plus sensibles aux argiles. Cette distinction est associée à la présence d'une couche d'altération des minéraux sur le "plateau", couche qui n'est pas retrouvée dans la région "canyon" à cause de l'érosion mécanique plus importante. Ainsi, ces analyses statistiques révèlent la présence active de deux processus distincts agissant sur le Plateau éthiopien, soit l'érosion mécanique et l'érosion chimique. L'étude de l'anisotropie sur des images de réseaux fluviaux a permis de trouver des différences statistiques significatives entre les différents réseaux de drainage. Les analyses de l'anisotropie montrent aussi que celle-ci doit être caractérisée dans un cadre d'invariance d'échelle. Les analyses d'invariance d'échelle isotrope (paramètre fi) permettent de différencier les images très dendritiques (densité de drainage très élevée) du réseau de drainage du Plateau de Loess chinois des autres images moins densément dendritiques. Cependant, elles ne donnent pas la possibilité de distinguer les images du Utah de celles de la Chine où l'érosion est plus poussée et les réseaux plus développés. Dans ce cas, les propriétés anisotropes distinctes reliées aux différentes lithologies des régions permettent de les différencier. De plus, l'anisotropie invariante d'échelle permet de distinguer les images de différentes parties d'un même réseau, par exemple le Plateau de Loess chinois, qui présente des contrastes associés au degré de maturité (ou au développement) du réseau et aux différences lithologiques et structurales régionales. Les analyses effectuées sur l'anisotropie du réseau de drainage du Plateau éthiopien ont confirmé les différences associées aux processus d'érosion et d'altération chimique des sols. Dans l'ensemble, cette étude montre la portée de l'utilisation des images satellitaires en relation avec les analyses d'invariance d'échelle sur les champs de données. Les analyses statistiques anisotropes des structures sur une grande gamme d'échelles complémentent de façon adéquate les analyses isotropes. La méthode développée dans cette étude est d'utilisation relativement simple et pourrait fournir une caractérisation quantitative plus systématique échelle par échelle des surfaces terrestres et des processus dynamiques sous-jacents.

Ce travail porte sur 3a géochimie isotopique (Sr-Nd-Pb) des sédiments accumulés le long de la dorsale de Reykjanes, au sud de l'Islande. Son but est d'apprécier les différentes provinces sources impliquées dans les apports sedimentaires et de préciser les mécanismes gouvernant les dépôts dans cette région de la ride médio-Atlantique Nord. Dans ce cadre, des sédiments de surface (trois carottes-boîtes de 25, 35 et 50 cm) et profonds (deux carottes par piston de -10 m de longueur) ont été sélectionnés dans le domaine axial et les flancs de la portion de la dorsale comprise entre 58° et 60°N. Des analyses dites "fraction totale" de la composition isotopique du plomb, strontium et néodyme et de teneurs élémentaires (Sm, Nd, COT, CaCO3) ainsi que des analyses minéralogiques, sédimentologiques et de la composition en i8O et 13C des tests de foraminifères planctoniques Neogloboquadrina pachyderma lévogyre (Npl) et de Globigerina bulloides (Gb) ont été effectuées. Ces dernières ont permis de proposer le cadre chronostratigraphique de la présente étude. Ainsi, les deux carottes longues étudiées correspondent à une série qui englobe les stades isotopiques 1 à 10, dans le domaine axial et, de 1 à 19 sur le flanc ouest de la dorsale. Ceci correspond à un enregistrement continu des derniers 700 000 ans. Les échantillons des sédiments de surface correspondent généralement au stade isotopique 1, soit à la période de l'Holocène. La composition isotopique en Pb, Sr et Nd des sédiments des carottes-boîtes (c.à.d. les dépôts actuels et holocènes) révèle l'existence d'une hétérogénéité isotopique entre les tranches sommitale et basale des profils de surface. Cette hétérogénéité isotopique est marquée par l'obtention de signatures typiquement mantelliques pour les sommets des profils et comparativement enrichies et plus radiogéniques en Sr et Pb pour leurs tranches basâtes. Les diagrammes Pb-Pb montrent qu'une grande proportion du Pb des sédiments de tranches sommitales des carottes-boîtes est mixte (basaltes-masses d'eau superficielles/polluants atmosphériques canadien et américain). La diminution de l'est vers l'ouest, dans la quantité des apports de particules mantellique et anthropogénique, est en partie liée aux conditions hydrodynamiques imposées par les courants en bordures et traversant la dorsale. Dans les tranches basales, les données isotopiques du plomb mettent également en évidence un mélange entre deux composantes crustales continentales dominantes, soit à faible et à fort rapport 238U/204Pb. Les sédiments des carottes longues démontrent, au cours des derniers 700 000 ans, de fortes variations isotopiques qui se traduisent par des rapports 206Pb/204Pb de 18,7 à 19,6, 87Sr/86Sr de 0,707 à 0,720 et des valeurs eNd(0) comprises entre -13 et +3. Ces résultats sont interprétés en termes de mélange entre des composantes issues pour la plupart de la marge groenlandaise orientale (deux composantes distinctes), de l'Arctique, des apports mixtes du calédonien et du bouclier baltique, de l'Islande et de la dorsale de Reykjanes. Dans les deux colonnes sédimentaires, ces variations montrent des cyclicités isotopiques, en relation avec les changements climatiques, les paramètres minéralogiques et sédimentologiques, ainsi que les teneurs élémentaires. On relève ainsi que la plus grande composante, d'origine islando-Reykjanes et Est-groenlandaise, est formée de matériaux fins et pauvres en Nd et que celle-ci se dépose pendant les épisodes de réchauffement, ou encore les stades interglaciaires. Dans la carotte prélevée sur le flanc ouest de la dorsale, la période allant des stades isotopiques 19 à 11 a été marquée durant les stades glaciaires par une dominance nette du matériel enrichi en Nd et d'origine baltique et islandaise, alors que les stades interglaciaires sont totalement dominés par les composantes arctique et groenlandaise relativement appauvries en Nd. En revanche, la période allant du stade 10 au stade 2 se voit marquée par la dominance des composantes arctiques et groenlandaises riches en Nd. Le découplage entre les traceurs radiogéniques (Sr-Nd-Pb), au cours de la période du stade 8 à 5, semble traduire l'expression d'une alternance entre ces différentes composantes. Ceci est à mettre en relation avec, probablement, les phénomènes de re-suspension du sédiment et/ou un changement du régime hydrodynamique dont l'un à faible débit de la DSOW et de la NEADW, et l'autre à fort débit de ces courants; comme le montrent les profils granulométriques. Dans les sédiments de la carotte prélevée dans la région axiale de la dorsale, la sédimentation est pratiquement dominée durant les stades interglaciaires par les apports mantelliques (c.à.d., les basaltes tertiaires du Groenland, de l'Islande ou des Iles Féroes, et de la dorsale de Reykjanes). Les apports issus des provinces baltiques et de la région néovolcanique de l'Islande restent cependant majeurs durant les stades glaciaires. Sur la base de ces données, il ressort que la variabilité du signal isotopique est largement modulée par le contexte physiographique de la dorsale (c.à.d., rift et flanc de la dorsale) et que la superposition d'un contrôle climatique et courantologique se marque par une variation des proportions relatives des différentes provinces distributrices. Par ailleurs, un régime courantologique et sédimentaire durant les stades 19 à 11, assez similaire à celui de l?Holocène, de même que l'existence d'un "synchronisme" entre les apports liés aux vêlages des calottes glaciaires du Nord de l'Europe et des régions de l'Arctique d'une part, de l'Islande et du Groenland d'autre part sont proposés pour la région d'étude.

La cristallisation est un aspect important de la pétrologie ignée et son étude peut être faite grâce aux textures présentes dans les roches. L'étude qualitative de ces textures est utilisée fréquemment et ce, contrairement à l'étude quantitative qui est moins développée. Cette étude quantitative peut être effectuée grâce à la méthode de la distribution de la taille des cristaux (DTC). L'objectif général de ce projet vise donc à caractériser le matériel rhyolitique qui forme la chaîne volcanique des dômes Inyo à l'aide de la DTC mise en parallèle avec la géochimie et la pétrologie. Les trois dômes volcaniques de la chaîne Inyo, Obsidian Dome, Glass Creek Dome et Deadman Dome forment une chaîne volcanique nord-sud longue de 11 kilomètres qui se trouve sur le flanc nord-ouest de la caldeira de Long Valley. Les dômes sont composés de différents types de rhyolites présents sous forme de trois groupes texturaux distincts: le groupe coarsely porphyritic (Cp), avec plus de 25% de phénocristaux de plagioclase et de sanidine, celui finely porphyritic (Fp) avec moins de 5% de phénocristaux de feldspath et un groupe intermédiaire au point de vue du pourcentage de cristaux (Im). Le groupe textural Fp est subdivisé en trois sous-groupes (Fp (1 ,2 et 3)). Cette subdivision est un outil qui permet d'effectuer des distinctions entre les échantillons au point de vue de la DTC ainsi que d'en observer les variations spatiales. Les limites de chacun de ces sous-groupes sont définies selon leur contenu en Th, Se et Ba afin de faciliter la classification des échantillons. La distribution des échantillons selon le groupe auquel ils appartiennent, à l'intérieur des dômes volcaniques, permet de constater que Obsidian Dome, au nord de la chaîne volcanique, est exclusivement composé des échantillons de Fp et plus particulièrement des groupes Fp (1) et Fp (2) ainsi que du groupe Fp (3) mais de façon plus locale. Alors que Glass Creek Dome et Deadman Dome sont formés par les échantillons des groupes texturaux Cp, Im ainsi que de quelques échantillons du groupe Fp (3). La DTC est représentée par une courbe et elle indique la quantité de cristaux par taille dans un intervalle donné. Des courbes de DTC sont effectuées pour les échantillons des groupes texturaux provenant des trois dômes volcaniques. Les courbes de DTC des groupes Fp (1) et Fp (2) sont similaires, elles sont droites et courtes. Alors que celles des groupes Fp (3), Cp et Im ont une forme concave et sont plus longues. L'interprétation de ces courbes jumelée à l'étude géochimique permet de distinguer deux principaux processus de cristallisation dans ce système volcanique. Les échantillons des groupes Fp (1 et 2), qui forment principalement Obsidian Dome, montrent un processus de fractionnement. Alors que ceux des groupes Fp (3), Cp et Im, qui constituent Glass Creek Dome et Deadman Dome, montrent plutôt un processus de mélange de deux populations de cristaux qui peut être modélisé par la juxtaposition de deux droites de représentant ces différentes populations. Les différences au point de vue de la DTC ainsi que de la géochimie permettent de distinguer des différences entre Obsidian Dome, qui se situe au nord de la chaîne volcanique, et Glass Creek Dome ainsi que Deadman Dome qui sont au sud. La source des magmas ayant contribué à la mise en place des dômes peut soit être unique avec des conduits provenant de niveaux différents de la chambre magmatique ou être constituée de deux systèmes à chaque extrémité de la chaîne volcanique.

L'étude pétrologique, géochimique et statistique a été utilisée conjointement afin de comparer la composition de six ceintures de roches métasédimentaires archéennes. Parmi ces six ceintures il y a quatre grands bassins métasédimentaires : Nemiscau, Opinaca, Pontiac et Quetico de même que deux petits bassins situés à l'intérieur de ceintures de roches vertes : Beardmore-Geraldton et Bordeleau. Le principal objectif de cette étude est la comparaison de la composition des quatre grands bassins métasédimentaires. Afin de réaliser cet objectif, une série d'objectifs spécifiques devront être atteint. Ainsi, il faut établir la composition moyenne des métasédiments de chaque bassin. La présence des bassins de Beardmore-Geraldton et de Bordeleau, dont les compositions sont clairement différentes des grands bassins, sert à valider le test statistique subséquent sur la similitude et les différences de composition des grands bassins. Tous ces bassins métasédimentaires sont dominés par des métasédiments turbiditiques : métagrauwackes et métapélites. La minéralogie des métagrauwackes se compose principalement de biotite, de quartz, de plagioclase et de minéraux accessoires comme le zircon et le rutile. Il y a aussi quelques niveaux riches en grenats. Alors que les métapélites contiennent de la muscovite, de la cordiérite, de l'andalousite et de la staurotide. Les textures généralement observées dans ces lithologies sont les textures granoblastiques, porphyroblastiques et schisteuses. Globalement, la géochimie des éléments majeurs montre un enrichissement en Fe2O3, en MgO, en Al2O3, en K2O et en TiO2 des roches métapélitiques. Ces oxydes sont contrôlés par la distribution des phyllosilicates. L'observation des diagrammes des éléments des terres rares à déterminer que la source de ces métasédiments pour ces éléments est en majeure partie contrôlée par les roches mafiques. Par contre, une grande quantité de matériel felsique, en particulier les volcaniques felsiques a participée à la composition des sédiments des six bassins. La détermination de la composition moyenne, l'analyse de la variance, la méthode de Tukey et les diagrammes en boîtes ont permis de déterminer que les roches métasédimentaires de trois bassins diffèrent : Beardmore-Geraldton, Bordeleau et Pontiac. Par conséquent, les caractéristiques similaires des bassins de Nemiscau, d'Opinaca et de Quetico suggèrent que ces bassins ne sont qu'un seul et même bassin linéaire. Alors que les trois bassins qui présentent des caractéristiques géochimiques différentes n'auraient pas le même environnement tectonique ni la même source.

La Formation de La Motte-Vassan (FLV), datée à 2714 ± 2 Ma, représente la base du Groupe de Malartic, un assemblage volcano-sédimentaire de la Zone Volcanique Sud de la ceinture de l'Abitibi. La FLV, d'une épaisseur d'environ 6 km, est composée principalement de laves komatiitiques (95%). L'emphase de cette étude est mise sur la volcanologie physique et la géochimie des coulées komatiitiques de Spinifex Ridge, plus spécifiquement une zone affleurante de 60x40 m. L'ensemble des coulées a été affecté d'un métamorphisme régional au faciès des schistes verts et la minéralogie primaire est difficilement reconnaissable. Les morphologies des coulées observées découlent directement de la faible viscosité des laves komatiitiques. La lave a été mise en place selon deux morphofaciès principaux: les coulées en feuillet et en forme de tube, et probablement un troisième, en coulées massives. Les deux morphofaciès principaux ont des épaisseurs semblables (0,96 m); toutefois, l'extension latérale est beaucoup plus grande pour les coulées en feuillet (> 28 m) par rapport à celle des coulées en forme de tube (4,9 m). Les terminaisons latérales des coulées sont biseautées, ce qui suggère une faible viscosité. Les coulées possèdent les deux zones texturales typiques aux komatiites enveloppées d'une croûte cohérente. Les plus petits tubes démontrent un réseau polygonal de fractures de refroidissement et les plus gros présentent la division A2 (spinifex en lamelles à distribution aléatoire). Certaines coulées en forme de tube ont un centre avec des cavités remplies de quartz, ce qui suggère un écoulement dynamique de la lave. La morphologie et la nature des contacts concordants des morphofaciès principaux suggèrent un écoulement laminaire. La seule coulée massive observée est beaucoup plus épaisse (5 m), n'a pas de croûte et tronque la coulée sous-jacente. Localement, on retrouve des dépôts de tuf turbiditique ultramafique, de 10 à 50 cm d'épaisseur, finement laminés, granoclassés et concordant à la stratigraphie. La chimie des roches est définie par une teneur moyenne en MgO de 26%, par un rapport Al2O3/TiO2: de 21 et par un spectre de terres rares, 0,5 à 7 x chondrites, légèrement appauvri en ÉTRL. Toutes ces caractéristiques sont typiques des komatiites non appauvries en aluminium. Il est envisagé que les coulées sous-marines en feuillet et en forme de tube de Spinifex Ridge sont respectivement analogues aux coulées subaériennes pahoehoe en feuillet et aux lobes coalescents. Ainsi, lorsque la lave komatiitique est émise à la surface sur des planchers océaniques, elle s'étend latéralement dû à sa faible viscosité. Une mince couche se forme à la surface de la lave, qui devient graduellement une croûte solide issue de l'interaction eau-magma. Le développement d'une croûte cohérente est contrôlé par le type d'écoulement (laminaire ou turbulent). Cette croûte sert d'isolant et permet à la lave de se répandre sur de grandes distances à l'intérieur de tubes par l'inflation (l'injection de lave sous une croûte solidifiée). Par contre, l'absence de croûte peut faciliter le transfert de chaleur d'un médium à l'autre et ainsi favoriser l'érosion thermique. La variation architecturale verticale, de coulées en feuillet à coulées en forme de tube, indique un changement du comportement de l'écoulement, de lave libre à captive, résultant d'une baisse d'approvisionnement en lave et/ou d'un changement de relief topographique. L'empilement cyclique des morphofaciès et la présence des dépôts de tuf entre les coulées permettent d'avancer l'hypothèse que la mise en place de ces laves était épisodique avec de courtes périodes d'interruption.

Cette thèse présente une étude géophysique du Bouclier canadien à l'aide de données gravimétriques et magnétiques. La première partie concerne les méthodes utilisées. Les outils classiques sont introduits ainsi que des méthodes de traitement de données à l'aide de la transformée en ondelettes. Une méthode de caractérisation des sources responsables des anomalies du champ est exposée ainsi qu'une méthode de calcul de l'épaisseur élastique de la lithosphère. La seconde partie de la thèse concerne les applications. L'étude du prolongement des structures géologiques Protérozoïques de l'orogène Trans-Hudson et Archéennes de la province du Supérieur sous le couvert sédimentaire du bassin de Williston fait l'objet d'un chapitre. Nous avons produit des cartes des champs gravimétrique et magnétique afin d'effectuer une interprétation visuelle des structures géologiques. Les détails ont été rehaussés à l'aide de dérivées horizontales des champs. Nous avons étudié les champs à différentes échelles grâce à la transformée en ondellettes. Une carte de la profondeur du socle magnétique a été produite en utilisant la déconvolution d'Euler. Grâce à cette étude, nous avons montré que certaines structures géologiques qui composent l'orogène transhudonien dans le nord du Manitoba et du Saskatchewan se prolongent au moins jusqu'à la frontière américaine et que les sous-provinces du Supérieur se prolongent vers l'ouest sous les sédiments dans le Manitoba. Nous nous sommes intéressé à deux structures tectoniques: une zone de contact entre deux provinces géologiques et une faille majeure. Nous avons déterminé leurs positions et avons caractérisé leurs extensions verticales et leurs pendages. Le chapitre suivant traite du calcul de l'épaisseur élastique dans l'est du Bouclier canadien. Nous avons calculé cette épaisseur avec une méthode traditionnelle. Nous avons montré que la lithosphère au Québec et au Labrador est très rigide. Nous avons développé une méthode utilisant la transformée en ondellettes afin d'étudier l'anisotropie de ce paramètre. Cette méthode a montré que la rigidité est très anisotrope dans la province du Supérieur et beaucoup plus isotrope dans la province de Grenville. Dans le dernier chapitre, nous présentons l'étude des champs de gravité et magnétique dans la Baie d'Ungava. Ce travail s'inscrit dans le cadre du programme LITHOPROBE ECSOOT (Eastern Canadian Shield Onshore-Offshore Transect). Nous avons établi des cartes de champs de potentiel en compilant des données de différentes origines: données de terrain et satellitaires pour le champ gravimétrique, données aéroportées et marines pour le champ magnétique. L'interprétation de ces cartes nous a permit de conclure qu'une petite partie de la province du Supérieur se trouvait à l'est de l'orogène du Nouveau-Québec au Labrador et que certaines structures géologiques présentes au Labrador traversent la Baie d'Ungava jusqu'à la Terre de Baffin. Ce chapitre a fait l'objet d'un article publié dans le volume de synthèse du projet ECSOOT dans le Journal Canadien des Sciences de la Terre.

Les montagnes du Schakalsberg du Sperrgebiet en Namibie sont considérées comme partie intégrante de la Ceinture Néo protérozoïque de Gariep (745-550 Ma), qui est connue pour le gisement de métaux de base de Rosh Pinah (30 millions de tonnes, Zn-Pb-Cu-Ag). La zone étudiée, propriété EPL 2757 acquise par la compagnie sud-africaine Kumba Resources, fait partie du terrane de Marmora et s'étend de 28°00'00" à 28°07'30" sud, et de 16°30'00" à 16°37'30" est. La zone cartographiée représente un segment des montagnes du Schakalsberg dont la superficie est de 225 km2. La cartographie par lithofaciès a révélé une succession à dominance volcanique d'une épaisseur d'environ 1.4 km qui présente les caractéristiques d'un mont sous-marin. La stratigraphie composite du secteur montre une séquence de haut fond dont la base est dominée par les roches volcaniques mafiques et où la partie supérieure est dominée par les roches volcanoclastiques. Deux principaux lithofaciès et un lithofaciès subordonné sont associés avec le mont sous-marin du Schakalsberg et incluent : 1) lithofaciès volcanique mafique, 2) lithofaciès volcanoclastique, et 3) lithofaciès de brèche sédimentaire. Le lithofaciès de carbonates, identifié dans la zone à l'étude, est probablement l'équivalent latéral de la séquence de mont sous-marin, mais est séparé par une faille de chevauchement majeure. Le lithofaciès volcanique mafique, allant jusqu'à 1 km d'épaisseur, qui est composé exclusivement de coulées mafiques et roches intrusives mafiques, a été divisé en multiples faciès en se basant sur la nature des phénocristaux, la composition chimique et les relations de recoupement. Les faciès (i) aphanitique, (ii) microporphyrique, (iii) feldspath-phyrique, (iv) pyroxène±feldspath-phyrique, et (v) phonolitique sont des coulées sous-marines massives, cousinées, et bréchiques. Des joints columnaires ont été observés dans la portion massive des coulées et de gros tubes sont visibles par endroits. Les unités de brèche de coussins sont restreintes au faciès aphanitique qui est situé dans la partie supérieure du mont sous-marin. À l'opposé, les faciès à phénocristaux se retrouvent principalement à la base de la séquence. Le faciès volcanique intrusif de gabbro est considéré comme contemporain avec le volcanisme effusif sous-marin et se distingue par la géochimie des éléments majeurs, traces et terre rares. Le lithofaciès volcanoclastique est la contrepartie autoclastique remaniée et explosive des coulées sous-marines et est divisé selon les faciès de (i) tuf, (ii) tuf à lapilli, et (iii) tuf à bloc. Le faciès de tuf d'une épaisseur de 0.10 à 90 m, composé de fins lits parallèles et granoclassés qui peuvent être dérivés d'explosions sous-marines ou d'un processus de granulation thermique, a été déposé via des courants de turbidité dilués et des dépôts de suspension. Le faciès de tuf à lapilli, d'épaisseur de 0.20 à 1.5 m, est composé de lits massifs à granoclassés et des lits à lamination parallèle à entrecroisée, le premier étant le résultat de (re)déposition de coulées trubiditiques de haute concentration et de coulées de masse, tandis que le dernier est considéré comme un dépôt pyroclastique primaire produit par des courants de densité alimentés par les éruptions. Le faciès de tuf à bloc, ayant une population hétérolithique de fragments, est un dépôt volcanoclastique remanié que a été transporté du sommet vers les pentes par un processus de coulée de débris laminaire. Le lithofaciès de brèche sédimentaire est observé seulement dans le faciès de tuf de 90 m et est considéré comme un dépôt de coulée de masse relié à du glissement synsédimentaire. La caractéristique frappante des montagnes du Schakalsberg est l'altération hydrothermale pénétrante en carbonate qui peut être tracée sur au moins 20 km. L'altération est bien développée dans la partie supérieure de la séquence stratigraphique en raison de la prédominance du lithofaciès volcanoclastique. L'organisation d'altération semi conforme est commune aux dépôts de sulfures massifs archéens de type Mattabi. L'assemblage d'altération est composé de calcite (CaCOs), dolomite [CaMg(CO3)2] dolomite ferrifère [Ca(Mg,Fe)(CO3)2], avec une augmentation du contenu en Mg et Fe du nord-ouest au sud-est à l'échelle de la propriété. Cet assemblage, considéré comme l'équivalent du halo d'altération distale (calcite) à intermédiaire (clacite-dolomite ferrifere) des gisements de type Mattabi, est compatible avec les patrons d'altération de fonds sous-marin anciens et modernes. L'altération en carbonates a été produite par la circulation dans l'édifice du mont sous-marin de fluides hydrothermaux riches en CO2. La source supposée pour le (CO3)'2 est le lithofaciès de carbonate, car il est l'équivalent latéral du mont sous-marin du Schakalsberg. Deux types de minéralisation ont été identifiés: 1) minéralisation en Fe composée de (i) aiguilles, um à mm, d'hématite (Fe2O3) disséminées dans la matrice des roches volcaniques, et (ii) remplacement de la magnétite (Fe3C>4) par de l'hématite (Fe2Û3) le long des plans de clivage, et 2) minéralisation en manjiroite, [(Na,K)(Mn4+, Mfrr)8Oi6-n(H2O)], oxyhydroxydes de Mn, en amas massifs ou bréchiques de 2 à 6m d'épais et traçable jusqu'à 1 km en longueur. La minéralisation en Fe est une minéralisation de basse température qui a été déposée dans un environnement oxydant, avec les roches carbonatisées agissant comme scellant. Cette minéralisation pourrait représenter une phase distale, de basse température, d'un gisement de SMV. La minéralisation en Mn est supergène et a été produite par la percolation de fluide et le lessivage des roches avoisinantes après la déformation du mont sous-marin (quaternaire?). L'évolution structurale du segment des Montages du Schakalsberg est compatible avec une ceinture de plissement et de chevauchement qui a été subséquemment sujette à une transpression senestre. La structure dominante est la faille de chevauchement des Red Dunes qui sépare le lithofaciès de carbonate d'avec la séquence à prédominance volcanique des montagnes du Schakalsberg. Cette faille de chevauchement a une attitude et des linéations d'étirement compatibles avec un mouvement du sud sur le nord. La zone à l'étude a été divisée selon la schistosité principale (Sp) en trois domaines structuraux: (i) domaine 1 avec un Sp moyen de 158/84, (ii) domaine 2 de 355/65 et (iii) domaine 3 de 149/40. La zone à l'étude du Schakalsberg montre l'évolution d'un mont sous-marin précambrien pendant l'ouverture de la mer d'Adamastor (proto-Atlantique). Une altération hydrothermale pénétrante en carbonates avec des zones locales de minéralisation en Fe a été observée. La minéralisation est principalement restreinte aux unités volcanoclastiques poreuses qui forment supposément la partie de haut-fond de la séquence de mont sous-marin. La zone étudiée est le premier exposé détaillé d'une séquence volcaniquevolcanoclastique dans le Sperrgebiet de Namibie.