Le CO2 est le deuxième après l'eau constituant des fluides de haute température (T) et haute pression (P) qui opèrent dans la lithosphère, transportent la matière et forment des dépôts économiques des métaux. Cependant, son effet sur la mobilisation et la précipitation des métaux reste quasiment inconnu faute de données directes et de modèles physico-chimiques. Dans ce travail de thèse, nous avons mis en œuvre des méthodes expérimentales et des analyses chimiques et spectroscopiques sur des fluides modèles riches en CO2, couplées à une modélisation thermodynamique, afin de quantifier, pour la première fois de manière systématique, la solubilité, le partage et la spéciation de divers métaux d'intérêt économique (Fe, Cu, Au, Mo, Pt, Sn, Zn) dans les systèmes eau-gaz-sels typiques des fluides hydrothermaux métallifères. Des mesures de solubilité des principaux minéraux de ces métaux (sulfures, oxydes et métaux natifs) et de leurs coefficients de partage ont été effectuées dans des fluides supercritiques H2O-CO2-S-KCl à 450°C et 500-700 bar et dans des systèmes liquide-vapeur H2O-CO2-S-KCl-NaCl à 350°C, 130-300 bar, à l'aide d'autoclaves à cellule flexible et de réacteurs à séparation de phase que nous avons mis au point. Les conditions d'acidité, de redox et de fugacité de soufre ont été contrôlées par des équilibres entre les minéraux sulfures et oxydes de fer et alkali-aluminosilicates ou entre le sulfate et le sulfure en solution. Les données ont été analysées dans le cadre d'un modèle thermodynamique couplé à une révision critique des données sur la spéciation des métaux en phase fluide. Ce modèle électrostatique ne requière pas de paramètres ajustables; il utilise la constante diélectrique du solvant H2O-CO2 et le paramètre de Born des espèces dominantes en phase aqueuse. Nos résultats montrent que la mobilité des métaux dans les fluides riches en CO2 est contrôlée par la nature et la charge de leurs complexes principaux. La présence du CO2 favorise la stabilité des complexes neutres (FeCl20, AuHS0, CuHS0, ZnCl20, KMoO40, Pt(HS)20) alors que celle des espèces chargées de ces métaux (FeCl42-, Au(HS)2-, CuCl2-, ZnCl42-, HMoO4-, PtCl3-) est considérablement affaiblie. Il en résulte un fractionnement important de certains métaux selon la composition du fluide et le contexte géologique. Notre modèle explique bien l'enrichissement en Fe et l'appauvrissement en Cu des gisements métamorphiques d'or (orogéniques) formés par des fluides riches en CO2. Le transport de l'or par ces fluides est favorisé à faible teneur en soufre (Au(HS)0 est dominante), alors que dans les fluides riches en soufre, typiques des gisements porphyres cuprifères où les complexes chargés sont dominants (Au(HS)2-, Au(HS)S3-), la présence du CO2 aura pour effet d'abaisser la solubilité de l'or. Cependant, même à fortes teneurs en CO2 (>50 wt%), la capacité des fluides à transporter l'or sous forme d'espèces neutres (~100s ppb) reste comparable à celle d'un fluide aqueux, ce qui explique les associations de minéralisations aurifères avec des fluides riches en CO2. L'effet du CO2 sur la mobilité de Mo, Zn et Si qui forment des espèces neutres, est faible dans la plupart des contextes géologiques, alors que celle de Sn pourrait être favorisée par des complexes carbonatés et celle de Pt par des complexes carbonyles (CO). Le rôle direct du CO2 sur le partage liquide-vapeur pour la plupart des métaux est relativement faible devant celui du soufre réduit (H2S) dont la présence favorise fortement l'enrichissement de la phase vapeur en Au, Pt, Mo et Cu. Ainsi le CO2 intervient dans ces processus de démixtion de manière indirecte, en élargissant le domaine T-P d'immiscibilité du fluide. Cette étude démontre que, contrairement aux modèles métallogéniques actuels, la présence du CO2 peut favoriser la mobilité de certains métaux et engendrer des fractionnements importants entre différents métaux lors de l'évolution des fluides dans la croûte terrestre. / Carbon dioxide is the second component after water of geological fluids that operate at high temperature (T) and pressure (P) in the lithosphere, transport the metals and form economic deposits. However, its effect on the mobilization and precipitation of metals remains virtually unknown owing to a lack of direct data and physical-chemical models. In this thesis, we have developped experimental methods and chemical and spectroscopic analyzes of CO2-rich fluids, coupled with thermodynamic modeling, to systematically quantify, for the first time, the solubility, distribution and speciation of various metals of economic interest (Fe, Cu, Au, Mo, Pt, Sn, Zn) in gas-water-salt systems typical of metalliferous hydrothermal fluids. Measurements of the solubility of the major minerals of these metals (sulfides, oxides and native metals) and of metal partition coefficients were carried out in supercritical fluids H2O-CO2-S-KCl at 450°C and 500-700 bar and in two-phase vapor-liquid systems H2O-CO2-NaCl-KCl-S at 350°C, 130-300 bar, using flexible-cell and phase-separation reactors that we have set up. The conditions of acidity, redox potential and sulfur fugacity were controlled by equilibria among iron sulfide and oxide minerals and alkali-aluminosilicate minerals or between sulfate and sulfide in the fluid. The data obtained were analyzed in the framework of a thermodynamic model coupled with a critical review of the literature on the metal speciation in the fluid phase. The electrostatic model that we used does not require any adjustable parameters; it is based on the dielectric constant of the CO2-H2O solvent and the Born parameter of the dominant species in the aqueous phase. Our results show that the mobility of metals in CO2-rich fluids is controlled by the nature and electrical charge of their main aqueous complexes. The presence of CO2 favors the stability of the neutral complexes (FeCl20, AuHS0, CuHS0, ZnCl20, KMoO40, Pt(HS)20) whereas that of the charged species of these metals (FeCl42-, Au(HS)2-, CuCl2-, ZnCl42-, HMoO4-, PtCl3-) is largely weakened. This results is significant fractionations between some metals, depending on the composition of the fluid and the geological context. Our model accounts for the enrichment in Fe and depletion in Cu observed in metamorphic orogenic gold deposits formed by CO2-rich fluids. The transport of gold by these fluids is favored at low sulfur content (Au(HS)0 is dominant), whereas in S-rich fluids typical of porphyry copper deposits and high T orogenic gold deposits where the charged complexes are dominant (Au(HS)2-, Au(HS)S3-), the presence of CO2 leads to lowering the solubility of gold. However, even at high CO2 content (> 50 wt%), the ability of fluids to carry gold as neutral species (~100s ppb) remains comparable to that of an aqueous fluid, which explains the associations of gold mineralizations with fluids rich in CO2. The effect of CO2 on the mobility of Mo, Zn and Si, which form neutral species, is weak in most geological situations, whereas that of Sn could be promoted by carbonate complexes and that of Pt by carbonyl (CO) complexing. The direct role of CO2 in the vapor-liquid partitioning of most metals is relatively small compared to that of reduced sulfur (H2S) whose presence strongly favors the enrichment of the vapor by Au, Pt, Mo and Cu. Thus, the main impact of CO2 in these demixing processes is to expand the fluid T-P domain of immiscibility. This study demonstrates that, contrary to common belief, the presence of CO2 can promote the mobility of certain metals and cause significant fractionations between different metals during the evolution of fluids in the crust.

Ce travail présente une démarche méthodologique visant le " traitement de profils " de " mission " et plus généralement de " variables environnementales " (mission, gisement, conditions aux limites), démarche constituant la phase amont essentielle d‟un processus de conception systémique. La " classification " et la " synthèse " des profils relatifs aux variables d‟environnement du système constituent en effet une première étape inévitable permettant de garantir, dans une large mesure, la qualité du dispositif conçu et ce à condition de se baser sur des " indicateurs " pertinents au sens des critères et contraintes de conception. Cette approche s‟inscrit donc comme un outil d‟aide à la décision dans un contexte de conception systémique. Nous mettons en particulier l‟accent dans cette thèse sur l‟apport de notre approche dans le contexte de la conception par optimisation qui, nécessitant un grand nombre d‟itérations (évaluation de solutions de conception), exige l‟utilisation de " profils compacts " au niveau informationnel (temps, fréquence,...). Nous proposons dans une première phase d‟étude, une démarche de " classification " et de " segmentation " des profils basée sur des critères de partitionnement. Cette étape permet de guider le concepteur vers le choix du nombre de dispositifs à concevoir pour sectionner les produits créés dans une gamme. Dans une deuxième phase d‟étude, nous proposons un processus de " synthèse de profil compact ", représentatif des données relatives aux variables environnementales étudiées et dont les indicateurs de caractérisation correspondent aux caractéristiques de référence des données réelles. Ce signal de durée réduite est obtenu par la résolution d‟un problème inverse à l‟aide d‟un algorithme évolutionnaire en agrégeant des motifs élémentaires paramétrés (sinusoïde, segments, sinus cardinaux). Ce processus de " synthèse compacte " est appliqué ensuite sur des exemples de profils de missions ferroviaires puis sur des gisements éoliens (vitesse du vent) associés à la conception de chaînes éoliennes. Nous prouvons enfin que la démarche de synthèse de profil représentatif et compact accroît notablement l'efficacité de l‟optimisation en minimisant le coût de calcul facilitant dès lors une approche de conception par optimisation.

En raison de sa localisation particulière en bordure du craton Ouest Africain, le Maroc révèle une histoire géodynamique complexe qui commence au Paléoprotérozoïque et qui se poursuit jusqu'aux derniers évènements alpins. Ce polyphasage se traduit notamment par la formation de minéralisations télescopées dans le temps et dans l'espace. Le gisement aurifère de Tamlalt-Menhouhou se situe sur la bordure sud de la boutonnière paléozoïque de Tamlalt (Haut-Atlas oriental), jouxtant la limite entre la chaîne intra-cratonique atlasique du Haut- Atlas et la chaîne panafricaine de l'Anti-Atlas. Les minéralisations sont encaissées dans des formations volcano-sédimentaires de l'Ediacarien (âge U/Pb : 569 ± 8 Ma) probablement mise en place dans un contexte d'arrière-arc. Les roches felsiques néoprotérozoïques ont révélé le caractère fertile de la croûte néoprotérozoïque supérieure avec la présence d'une minéralisation barytique et d'une minéralisation ferrifère de type "Banded Iron Formations". Le secteur aurifère de Tamlalt-Menhouhou est recoupé par de nombreux décrochevauchements compatibles avec une tectonique cisaillante dextre. Deux minéralisations aurifères ont pu être identifiées : (i) une minéralisation aurifère primaire de type "Iron Oxide Copper Gold deposit" (IOCG) associée à un altération sodique (± calcique) caractérisée par un enrichissement en Au, Cu, Fe, Co, Ni, Mo, As, Sb, ± Bi, et (ii) une minéralisation aurifère secondaire de type "Shear zone related gold deposit" associée aux altérations argilleuses et phylliteuses localisées le long des décro-chevauchements. L'étude détaillée à la microsonde ionique effectuée sur les zircons hydrothermaux génétiquement associés au phénomène d'albitisation permet d'obtenir un âge Ordovicien supérieur de 449 ± 8 Ma pour la minéralisation aurifère primaire, ce qui constitue une première au Maroc. Cet âge est confirmé par la datation 40Ar/39Ar sur deux mono-grains de muscovites soulignant le potentiel des zircons à enregistrer des évènements hydrothermaux, et leur intérêt en métallogénie. La minéralisation aurifère secondaire est datée à 293 ± 7 Ma (Stéphano-autunien) par géochronologie 40Ar/39Ar sur des phengites associées à l'altération argilleuse et phylliteuse et aux veines de quartz aurifères. Cet âge est en accord avec celui proposé pour la phase cisaillante dextre tardi-varisque, et souligne l'importance de cette orogenèse pour la remobilisation de pré-concentrations métallifères.

Le complexe plutonique (5 16 Ma ± 26) alcalin de Lueshe (NE Zaïre) est composé d'un corps syénitique bordé de carbonatites (sovite et béforsites). Des inclusions de composition minéralogique proche des syénitiques (nodules centimétriques à métrique) sont sporadiquement distribuées dans la sovite. Les nodules correspondraient à des fragments de composition syénitique incorporés et partiellement assimilées par le magma carbonatitique lors de sa mise en place. Leur composition chimique est intermédiaire entre celle des syénites et celle des carbonatites, alors que leur rapport TaINb est proche de celui des carbonatites. Les études pétrographiques, minéralogiques et géochimiques montrent que le magma syénitique et le magma carbonatitique ne sont pas cogénétiques. La composition géochimique des carbonatites est pluri-modale. Trois grands types ont été distingués. A Lueshe, le système magmatique aurait fonctionné en mode polyphasé véhiculant des magmas formés à des profondeurs différentes. Le magma carbonatitique riche en Mg serait généré à des profondeurs plus élevées (>20Kb) que celles nécessaires à la formation du magma riche en Ca. D'un point de vue minéralogique, la présente étude a mis en relief la grande vulnérabilité du pyrochlores vis-à-vis des conditions physico-chimiques du milieu, vulnérabilité qui se manifeste d'abord lors de l'altération hydrothermale par des franges réactionnelles (riches en Sr et TR), ensuite lors de l'altération supergène par des variations significatives de compositions chimiques. Le pyrochlore s'accumule de manière relative tout le long de la différenciation latéritique. Toutefois, il est affecté par des changements géochimiques successifs qui J'amène à des états à site A déficitaire mais sans changement d'état minéralogique. Les différentes compositions chimiques du pyrochlore dans les roches hydrothermalisées et dans les faciès latéritiques (kalipyrochlore, strontiopyrochlore, bariopyrochlore, calciopyrochlore) représentent des mémoires géochimiques des compositions des fluides, y compris les anomalies en Ce (ceriopyrochlore). A ces variations géochimiques supergènes qui sont détectés par analyse à la microsonde, il faut ajouter les phénomènes d'hydratation bien visualisés en spectroscopie infrarouge. L'étude de l'évolution thermique par couplage IRTF-analyse thermique des pyrochlores montre deux comportements contrastés entre le pyrochlore altéré et le pyrochlore frais. Ce dernier affiche une grande stabilité structurale tout le long du programme thermique, alors que le pyrochlore altéré s'avère moins stable et subie un changement d'état minéralogique qui se traduit dans la courbe DTA par un pic exothermique. L'analyse simultanée par IR des émanations de gaz indique que ce changement minéralogique est étroitement corrélé à la fin de la phase de déshydratation du pyrochlore.

En France, des minéralisations stratiformes de fluorine spatialement liées à une discordance socle/couverture sont localisées à la base de la série sédimentaire mésozoïque du bassin de Paris autour du Morvan cristallin, avec des réserves estimées à environ 5.5 Mt de fluorine. Ce travail concerne principalement quatre gisements de fluorine développés au sein de grès/conglomérats à Antully, de calcaires à Courcelles-Frémoy et de dolomies à Pierre-Perthuis et Marigny-sur-Yonne. L’objectif est d’apporter des contraintes sur l’âge et l’origine de ces minéralisations à l’aide d’une approche pluri-disciplinaire combinant géochronologie, pétrographie, géochimie élémentaire et isotopique afin d’élaborer un modèle métallogénique. Une première étude géochronologique permet de déterminer l’âge de mise en place des minéralisations de la génération géodique de fluorine de Pierre-Perthuis à 130 ± 15 Ma. L’élaboration d’une paragenèse générale détaillée révèle deux séquences minérales de type « fluorine-barytine-quartz », précédées par un événement de dissolution/karstification affectant les phases carbonatées des roches encaissantes. Au cours de ces phases de dissolution, le fluide s’enrichit en calcium et joue un rôle majeur pour la minéralisation en fluorine. Une étude microthermométrique des inclusions fluides piégées dans les cristaux géodiques de fluorine montre la présence de fluides particulièrement riches en CaCl₂ avec des températures entre 80-100°C, et des températures ponctuellement plus élevées. L’ensemble de ces données a été confronté à l’histoire thermique du sud-est du bassin de Paris et permet d’évoquer une remontée de fluides hydrothermaux au Crétacé inférieur jusqu’à la discontinuité entre le socle et la base du bassin sédimentaire. L’origine météorique de l’eau a été identifiée par les isotopes stables de l’oxygène sur les générations de quartz. L’implication d’une source granitique a été démontrée par les rapports isotopiques ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb très radiogéniques dans la galène et l’étude des minéraux constituants du socle granitique, avec l’implication de la biotite en tant que source potentielle du fluor. Au cours du Crétacé inférieur, le soulèvement des bordures du bassin de Paris génère un gradient hydraulique susceptible de provoquer la mise en charge de fluides météoriques dans les massifs cristallins, percolant à travers le socle en profondeur (2 à 5 km). La dissolution des carbonates par les fluides ascendants hydrothermaux contenant du fluor va permettre la formation de la fluorine au cours de l’enrichissement du fluide en calcium dans le bassin au niveau de la discontinuité socle/couverture. / In France, unconformity-related stratabound fluorite deposits occurred at the base of Mesozoic sedimentary units from the Paris Basin around the Morvan Massif, and reserves are estimated to about 5.5 Mt. This work mainly concerns four fluorite deposits in sandstones at Antully, in limestones at Courcelles-Frémoy and in dolomite at Pierre-Perthuis and Marigny-sur-Yonne. The aim of this study is to constrain the age and origin of mineralizations inferred from a multi-disciplinary approach including geochronoly, petrography, elementary and isotopic geochemistry in order to produce a metallogenic model. Firstly, the geochronological study allows to determine the age of the geodic fluorite stage at Pierre-Perthuis at 130 ± 15 Ma. The detailed paragenetic sequence displays two major mineral successions of “fluorite-barite-quartz”, occurring after two dissolution or karstification events that affect the carbonate phases in host-rocks. During the dissolution event, the fluid is enriched in calcium and plays a key role for the fluorite mineralization. The microthermometric study of fluid inclusions in geodic fluorite crystals shows CaCl₂-rich fluids with temperature around 80-100°C, with sporadic higher temperatures. All these data has been confronted to the thermal history of southeastern part of Paris Basin and allows to evoke deep ascendant hydrothermal brine circulation during the Early Cretaceous at the basement/basin unconformity. The meteoritic origin of fluid is determined by the oxygen isotopic compositions in the quartz stages. The implication of basement source has been demonstrated by the radiogenic lead isotopic compositions added to the study of major minerals in basement with the involvement of biotite as a potential source of fluor. During the Early Cretaceous, it is proposed that flows of meteoric waters percolated downwards to depths of 2-5 km, driven by a hydraulic gradient due to the flexural deformation of the Paris Basin. The carbonate dissolution by the fluor-bearing ascendant hydrothermal fluids will allows the deposition of fluorite mineralization during the Ca enrichment of fluids in the basin at the basement/cover unconformity.

Cette thèse de doctorat propose une méthodologie d’identification et de quantification du gisement éolien dans un contexte insulaire caractérisé par une topographie complexe et une forte pression sur l’usage des sols, puis elle l’applique au cas de l’île de La Réunion. Notre approche est interdisciplinaire, faisant appel tour à tour au droit, à la géographie, à la statistique et à la physique pour quantifier le gisement éolien à l’île de La Réunion, puis à l’économie pour évaluer le coût d’exploitation de ce gisement et définir des politiques publiques de soutien à la production d’électricité éolienne. La première partie de la thèse évalue l’impact du cadre réglementaire foncier sur le potentiel éolien en termes de puissance éolienne crête installable à La Réunion. Ce cadre réglementaire est défini en termes de scenarios décrivant les enjeux sociaux et environnementaux propres à l’installation de capacités éoliennes à l’île de La Réunion. Une approche basée sur les Systèmes d’Information Géographique est développée pour identifier la répartition spatiale des sites éoliens accessibles en fonction de l’évolution du cadre juridique foncier à La Réunion. La deuxième partie de la thèse vise à quantifier le gisement éolien sur les sites accessibles du point de vue règlementaire. La thèse expose la méthodologie d’étude de la distribution jointe de la distribution de la vitesse et de la direction horizontales du vent basée sur une analyse des variations saisonnières et journalières, et identifie les différents régimes de vent en vigueur à La Réunion. Elle justifie le recours au modèle paramétrique de Weibull dans un cadre probabiliste et montre l’intérêt d’utiliser un mélange de distributions de Weibull conditionnelles à la direction du vent, pour quantifier le potentiel éolien d’un site, par rapport au modèle conventionnel de Weibull à deux paramètres. La thèse présente également une méthodologie de construction de l’information géographique concernant les obstacles au sol, nécessaire pour profiler le cisaillement vertical du vent à La Réunion. Elle propose ensuite deux méthodes de prévision spatiale de la ressource éolienne permettant de l’évaluer à partir des observations réalisées aux stations météorologiques disponibles et utilise ces méthodes pour modéliser l’évolution spatiale de la moyenne et du coefficient de variation empiriques de la vitesse du vent. La dernière partie de notre thèse présente une méthode d’évaluation croisée de la politique réglementaire et de la politique de subvention de l’électricité éolienne par le biais de systèmes de tarifs de rachat garantis. Pour chaque scénario de politique réglementaire, on identifie les éoliennes qui sont économiquement profitables dans le cadre de la politique publique de subvention de l’éolien pratiquée à La Réunion. Pour chaque scénario réglementaire, on évalue également le niveau du tarif de rachat garanti de l’électricité éolienne permettant d’atteindre les objectifs publics de développement de l’éolien à La Réunion, ce qui permet de chiffrer le montant du subventionnement public nécessaire pour atteindre ces objectifs. / This doctoral thesis proposes a methodology to identify and quantify the wind power resource in a context characterized by a complex topography and a strong competition for land use, and then it applies it to the case of Reunion island. Our approach is interdisciplinary by using in turn law, geography, statistics and physics to quantify the wind power resource in Reunion Island, then economics to cost the mining of this deposit and to formulate public policies to support wind power generation. The first part of the thesis assesses the impact of land regulatory framework on the wind power resource defined in terms of installable peak power. This regulatory framework is defined in terms of scenarios depicting the social and environmental challenges associated with wind power generation in Reunion Island. A methodology based on Geographic Information Systems is developed to identify the spatial distribution of installable wind farms and to assess the impact of an evolution of land legal framework in Reunion. The second part of the thesis aims at quantifying the wind power on sites accessible from a regulatory point of view. The thesis presents a methodology to study the joint distribution of horizontal wind speed and direction based on the analysis of its seasonal and daily variations, and identifies the different wind regimes in force in Reunion. The thesis supports the use of Weibull distribution model on ground of probability theory, and provides evidence of superiority of using a mixture of Weibull distributions conditional on wind direction to quantify the wind power resource of an accessible site with respect to the use of the conventional marginal two parameters Weibull model. The thesis also provides a methodology to construct the geographical information regarding ground obstacles necessary for profiling the vertical wind shear profile in Reunion. Then, the thesis proposes two spatial prediction methods to assess the spatial distribution of wind resource allowing its estimation from the observations recorded at the available weather stations, and uses these methods to model the spatial evolution of the wind speed mean and variation coefficient. The last part of the thesis provides a method to cross assess the regulatory public policy and the public subsidy policy for wind power generation through feed-in-tariff schemes. For each regulatory scenario, we identify the wind power plants which are profitable under existing feed-in-tariff schemes. For each regulatory scenario, we also evaluate the level at which the feed-in-tariff must be set to reach public objectives of wind power development in Reunion, which allows to assess the amount of public subsidy needed to achieve these objectives.

Ce travail présente une démarche méthodologique visant le «traitement de profils» de «mission» et plus généralement de «variables environnementales» (mission, gisement, conditions aux limites), démarche constituant la phase amont essentielle d’un processus de conception systémique. La «classification» et la «synthèse» des profils relatifs aux variables d’environnement du système constituent en effet une première étape inévitable permettant de garantir, dans une large mesure, la qualité du dispositif conçu et ce à condition de se baser sur des «indicateurs» pertinents au sens des critères et contraintes de conception. Cette approche s’inscrit donc comme un outil d’aide à la décision dans un contexte de conception systémique. Nous mettons en particulier l’accent dans cette thèse sur l’apport de notre approche dans le contexte de la conception par optimisation qui, nécessitant un grand nombre d’itérations (évaluation de solutions de conception), exige l’utilisation de «profils compacts» au niveau informationnel (temps, fréquence,…). Nous proposons dans une première phase d’étude, une démarche de «classification» et de «segmentation» des profils basée sur des critères de partitionnement. Cette étape permet de guider le concepteur vers le choix du nombre de dispositifs à concevoir pour sectionner les produits créés dans une gamme. Dans une deuxième phase d’étude, nous proposons un processus de «synthèse de profil compact», représentatif des données relatives aux variables environnementales étudiées et dont les indicateurs de caractérisation correspondent aux caractéristiques de référence des données réelles. Ce signal de durée réduite est obtenu par la résolution d’un problème inverse à l’aide d’un algorithme évolutionnaire en agrégeant des motifs élémentaires paramétrés (sinusoïde, segments, sinus cardinaux). Ce processus de «synthèse compacte» est appliqué ensuite sur des exemples de profils de missions ferroviaires puis sur des gisements éoliens (vitesse du vent) associés à la conception de chaînes éoliennes. Nous prouvons enfin que la démarche de synthèse de profil représentatif et compact accroît notablement l’efficacité de l’optimisation en minimisant le coût de calcul facilitant dès lors une approche de conception par optimisation. / This work presents a methodological approach aiming at analyzing and processing mission profiles and more generally environmental variables (e.g. solar or wind energy potential, temperature, boundary conditions) in the context of system design. This process constitutes a key issue in order to ensure system effectiveness with regards to design constraints and objectives. In this thesis, we pay a particular attention on the use of compact profiles for environmental variables in the frame of system level integrated optimal design, which requires a wide number of system simulations. In a first part, we propose a clustering approach based on partition criteria with the aim of analyzing mission profiles. This phase can help designers to identify different system configurations in compliance with the corresponding clusters: it may guide suppliers towards “market segmentation” not only fulfilling economic constraints but also technical design objectives. The second stage of the study proposes a synthesis process of a compact profile which represents the corresponding data of the studied environmental variable. This compact profile is generated by combining parameters and number of elementary patterns (segment, sine or cardinal sine) with regards to design indicators. These latter are established with respect to the main objectives and constraints associated to the designed system. All pattern parameters are obtained by solving the corresponding inverse problem with evolutionary algorithms. Finally, this synthesis process is applied to two different case studies. The first consists in the simplification of wind data issued from measurements in two geographic sites of Guadeloupe and Tunisia. The second case deals with the reduction of a set of railway mission profiles relative to a hybrid locomotive devoted to shunting and switching missions. It is shown from those examples that our approach leads to a wide reduction of the profiles associated with environmental variables which allows a significant decrease of the computational time in the context of an integrated optimal design process.

La sismicité induite par le gisement de gaz de Lacq a débuté en 1969, dans une région tectoniquement considérée comme asismique auparavant (M<3). L'exploitation est située au Sud du bassin Aquitain, à 30 km ad Nord de la chaîne pyrénéenne. Un réseau local a été installé en 1974 afin de suivre l'évolution spatio-temporelle des séismes *Plus de 1000 événements (1.0 <=MS <=4.2) ont été enregistrés entre 1974 et 1992. La très bonne connaissance de la structure géomécanique qui piège le réservoir (forages, profils sismiques, carottages ... ) a permis de construire un modèle de vitesse 3D permettant de relocaliser de manière fine la sismicité sur la période 1976- 1989. La position des hypocentres est étroitement corrélée avec la structure en dôme du réservoir ainsi qu'avec les discontinuités préexistantes. La construction des mécanismes au foyer (133 événements sélectionnés sur la période 1976-1989) montre une grande diversité dans les mécanismes de rupture. Cependant, la méthode des dièdres droits a permis de voir une évolution temporelle globale à l'échelle du gisement. Dans un premier temps (1976-1986) nous avons eu un régime en compression maximale verticale, suivi dans la seconde période (1987-1989) par un régime en compression maximale horizontale. L'inversion du tenseur des contraintes a confirmé ces résultats. La sismicité induite de Lacq étant très localisée (du fait de l'extension limitée du gisement), cela nous a permis de considérer le gisement comme un objet géologique isolé, à une échelle intermédiaire entre les processus tectoniques et les expériences de laboratoire. Nous n'avons pas retrouvé les résultats expérimentaux obtenus sur le coefficient b (relation fréquence-magnitude des séismes) car la présence d'événements asismiques (non décelables) sur Lacq semble jouer un rôle majeur dans la libération des contraintes. La géométrie fractale nous a permis de distinguer deux classes de séismes: (1) des séismes diffus répartis sur tout le gisement et (2) des nids de sismicité corrélés avec la structure en dôme du réservoir. Bien qu'il n'y ait pas de corrélation temporelle entre D et b, nous proposons cependant qu'il existe un lien géomécanique entre ces deux paramètres.

Shea Creek est un gisement d'uranium liée à la discordance entre un socle métamorphique et des roches sédimentaires d'origine fluviatile, d'âge Paléo-protérozoïque et situé dans la partie ouest du bassin d'Athabasca. Ce gisement majeur est le plus profond connu actuellement dans le bassin (entre 680 m et 1000 m de profondeur). Il rassemble en un même lieu tous les types de minéralisation associés à une discordance connus de par le monde. Cette étude s'appuie sur l'analyse de plus de 1200 échantillons du halo d'altération qui entoure le gisement et sur l'utilisation des données d'exploration minière. L'objectif est double. Il s'agit d'une part de déterminer des guides sédimentologiques, pétrographiques, minéralogiques et géochimiques pour la prospection des corps minéralisés en zone profonde et d'autre part d'utiliser ces critères pour construire une représentation tridimensionnelle simplifiée (minéralisation et halo d'altération) permettant de préciser le modèle génétique de ce gisement profond. La localisation des différentes zones minéralisées dépend non seulement des phénomènes d'altération liés aux circulations hydrothermales contrôlées par la tectonique, mais aussi de la nature du remplissage sédimentaire et de son évolution diagénétique. L'architecture de la zone minéralisée de Shea Creek montre que les corps minéralisés sont localisés dans des structures en grabben remplies par des alternances de grès propres et de grès argileux souvent préservés de la compaction et de l'altération. La signature minéralogique et géochimique de ces grès suggère un apport provenant de l'érosion de paléo-altérites continentales (régolithe). La très forte concentration en défauts d'ir / Shea Creek is an unconformity-type uranium deposit located in the west part of Atabaska basin. It is related to an unconformity between a metamorphic basement and sedimentary rocks of fluvial origin, of paleoproterozoic age. Shea Creek's particularity is to be the deepest ore deposit ever known in the basin (between 680 m and 1000 m deep). It gathers all types of unconformity hosted mineralization known. More than 1200 samples, taken from halo alteration around the deposit, were analyzed and mining exploration data were used for this study. First, the aim was to determine the markers for prospection of mineral elements in deep area: sedimentological, petrographical, geochemical and mineralogical types. Then, it was to build a simple three-dimensional model (mineralization and alteration halo) using these criteria in order to precise the genetic pattern of this deep deposit. The location of mineralized areas depends on tectonic deformation, on sedimentary filling and diagenetic development. The morphology of Shea Creek’s ore deposit shows clearly that mineralization is located in the grabbens composed by clean sandstones and clay sandstones, often preserved from compaction and alteration phenomena. The mineralogical and geochemical signature of these clay sandstones suggests a contribution from the erosion of continental paleo-alterite (regolith). Beside, the great concentration of radiation induced defects suggests the presence in abundance of uranium in the grabbens from sedimentary state.

Les gisements à Sn-W de type veine et greisen sont des systèmes magmatiques-hydrothermaux dont l’exploitation fournit une part importante de la production mondiale de tungstène et qui représentent également une source importante d’étain. La formation de ces gisements résulte d’un continuum de processus magmatiques et hydrothermaux et implique un transport efficace et la focalisation des fluides minéralisateurs. Cette étude vise àaméliorer la compréhension des processus hydrodynamiques et géologiques impliqués lors du transport et du dépôt de métaux conduisant à la formation de ces gisements. Nous avons réalisé une étude pluridisciplinaire combinant (i) travail de terrain (étude géologique et structurale), (ii) reconstruction des paléo-circulations hydrothermales via l’analyse texturale des bandes de croissance des tourmalines, (iii) détermination expérimentale des changements de perméabilité induits par la greisenisation et (iv) modélisation numérique des écoulements péri-granitiques prenant en compte l’évolution de la perméabilité dynamique lors des interactions fluide-roche. Cette méthodologie a été appliquée au cas du gisement W-Sn-(Cu) de Panasqueira, qui constitue un site de référence pour étudier les processus magmatiques e thydrothermaux conduisant à la formation de gisements à Sn-W de classe mondiale. Les résultats obtenus démontrent que l’expulsion des fluides magmatiques minéralisés a déclenché la greisenisation des parties apicales (coupoles etapex) de l’intrusion granitique, entraînant la création de porosité (~ 8,5%) qui améliore significativement la perméabilité(de 10-20 à 10-17 m²) au sein du greisen massif composant le toit de l’intrusion. Le développement de ce niveau perméable constitue un drain important favorisant l'expulsion et la focalisation des fluides magmatiques minéralisateurs exsolvés lors de la cristallisation du granite sous-jacent. Cette focalisation des décharges hydrothermales (i) améliore significativement le transport des métaux, et (ii) favorise l'établissement de conditions de pression de fluide élevées qui couplées aux contraintes régionales compressives causent l'ouverture des veines minéralisées au toit de l’intrusion.Cette étude souligne l’importance des rétrocontrôles entre perméabilité dynamique et altération hydrothermale. Ces derniers constituent des mécanismes majeurs permettant d’améliorer significativement la circulation des fluides minéralisateurs et donc la formation de gisements hydrothermaux de grandes tailles / The vein and greisen Sn-W deposits are magmatic-hydrothermal systems that provide an important part of theworld W production and represent an important source of Sn. The formation of these deposits involves continuum ofmagmatic-hydrothermal processes and implies the transfer and the focusing of a large amount of mineralizing fluids. Thisstudy aims to improve understanding of hydrodynamic and geological processes involved during the transport and thedeposition of metals leading to the formation of these deposits. We have performed a complete study combining (i) fieldworks (geological and structural studies), (ii) fluid flow reconstruction via the textural analysis of tourmaline growth bands,(iii) experimental determination of permeability changes during greisenization, and (iv) numerical modeling of peri-graniticfluid flow accounting for magmatic fluid production and dynamic permeability related to fluid-rock interactions. Thismethodology was applied in the case of the world-class W-Sn-(Cu) Panasqueira deposit, which represents a referencesite to study magmatic-hydrothermal processes leading to the formation of large vein and greisen deposit. Our resultsdemonstrate that the releasing and the expulsion of ore-bearing magmatic fluids triggered greisenization of the apicalpart of granite intrusion, which caused generation of porosity (~8.5%) and therefore a significant increase of permeability(from 10-20 to 10-17 m²) in massive greisen composing the granite’s roof. The development of this permeable pathwayconstitutes an important drain promoting the expulsion and the focusing of magmatic fluids produced during thecrystallization of the underlying granite. This enhancement of magmatic fluids expulsion (i) promotes significantly fluidflux and transfer of metals, and (ii) the establishment of high fluid pressure conditions, which coupled with the regionalcompressive crustal regime, triggered the opening of mineralized veins above the granite roof. Finally, this studyemphasizes that reactive hydrothermal fluids are able to generate their own pathways in initially impermeable rocks. Thisprocess represents an important mechanism to enhance fluid flow and promote the formation of large hydrothermaldeposits.