Ce travail de thèse porte sur l'étude de la structure et du fonctionnement des systèmes hydrothermaux volcaniques. Nous nous sommes attachés à l'étude géophysique multi-méthodes de deux systèmes hydrothermaux : Waimangu, en Nouvelle-Zélande, et la Solfatara, en Italie. Le premier en raison de sa dynamique, et parce qu'il apparait comme une zone laboratoire purement hydrothermale, sans influence magmatique; le second pour l'observation et la caractérisation géophysique d'un panache hydrothermal accessible à la surface. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la reconnaissance de la structure de Waimangu à grande échelle, et à la caractérisation des principales composantes du système (lacs de cratères, zones fumeroliennes et geysers). Cette étude a permis d'associer les méthodes de potentiel spontané et de résistivité électrique avec des mesures ponctuelles de température et de flux de CO2. Nous avons ensuite ciblé notre étude sur des laboratoires à petite-échelle présents sur Waimangu : Iodine vent, Inferno Crater Lake et le site du Old Geyser. Ces systèmes différent les uns des autres par leur taille, mais aussi par leurs caractéristiques physico-chimiques, qui jouent un rôle determinant dans la sensibilité des méthodes géo-électriques. Sur le site de Iodine Pool, l'application de techniques récentes d'imagerie acoustique sous-marine a permis la localisation précise des sources de bruit hydrothermal. Le suivi par polarisation spontanée d'un évent intermittent a montré une cyclicité dans les signaux, qui peut être expliquée par une variation de hauteur piézométrique. L'application conjointe de l'imagerie acoustique et de l'imagerie électrique sur le site du Old Geyser a mis en évidence la complémentarité des deux techniques dans la localisation d'une structure hydrothermale qui correspond à la fois à une source acoustique et électrique. Dans un troisième temps, nous avons étudié la signature géo-électrique des mouvements de fluides qui accompagnent l'activité cyclique du Lac Inferno. Le suivi temporel de résistivité électrique montre que les variations du lac et les mouvements de fluide observés sont caractérisés par des variations importantes de résistivité dans le sous-sol qui pourraient correspondre à des changements de phase du fluide en profondeur, en accord avec des modélisations analogiques. La campagne réalisée à la Solfatare a permis d'imager le panache hydrothermal par les méthodes électriques (tomographie de résistivité en trois dimensions), acoustiques et thermiques. Nous présentons les résultats obtenus avec la tomographie de résistivité électrique et les mesures de température, qui ont permis de déterminer avec précision les limites spatiales du panache hydrothermal.

Dans cette thèse, nous développons le modèle phénoménologique optimisé de lessivage chimique in situ (ISL) de l'uranium par l'injection d'acide sulfurique, en prenant en compte la précipitation des espèces non-solubles telles que le gypse, qui réduisent la récupération de l'uranium. Le modèle proposé décrit le transport de masse avec des réactions chimiques hétérogènes entre le liquide et les roches solides, qui mènent à la dissolution des oxydes d'uranium et à la récupération de l'uranium sous forme liquide. Ce modèle comprend à la fois des réactions utiles, qui décrivent la dissolution de divers types d'oxydes d'uranium, et les réactions néfastes qui conduisent à la précipitation des sédiments solides (gypse), dont les flocons couvrent la surface de canaux poreux et réduisent l'efficacité des réactions utiles. Parmi les résultats qualitatifs, nous avons révélé l'existence d'un taux critique de sédimentation de gypse, en dessous duquel la récupération ultime de l'uranium est complète. En revanche, elle tend à une valeur limite inférieure à 100% lorsque le taux de sédimentation est supérieur à la valeur critique. Ce taux de récupération limite dépend de divers paramètres du processus. La théorie et la méthodologie développées dans ce travail peuvent être facilement étendues et appliquées aux autres types de minerais qui sont récupérés par la méthode de lessivage in situ, et autres types de solvant / In the present thesis we develop the optimized phenomenological model of in-situ chemical leaching (ISL) of uranium by the injection of sulfuric acid, with special account for the precipitation of non-soluble species as gypsum, which reduces the uranium recovery. The suggested model describes the mass transport with heterogeneous chemical reactions between liquid and solid rocks, leading to dissolve uranium oxides and recover uranium in liquid form. It includes both useful reactions, describing the dissolution of various kinds of uranium oxides, and detrimental reactions, leading to the precipitation of solid sediments (gypsum), whose flakes cover the surface of porous channels and reduce the efficiency of useful reactions. Among the qualitative results we revealed the existence of a critical rate of gypsum sedimentation, below which the ultimate uranium recovery is complete. In contrast, it tends to a limit value lower than 100% when the sedimentation rate is higher than the critical value. This limit recovery depends on various parameters of the process. The theory and the methodology developed in this work can be easily extended and applied on other type of ores that are recovered by in-situ leaching method and other types of solvents

Les gisements d’U de type discordance sont associés à des circulations de saumures chlorurées acides et caractérisés par des tonnages et concentrations exceptionnels ce qui amènent à s’interroger sur les processus de transport et de dépôt de l’U contribuant à leur genèse. Cette thèse est donc dédiée à des études expérimentales de la spéciation de l’U6+ et sa précipitation en UO2 par réduction en U4+ en condition hydrothermale. Concernant le transport de l’U, l’étude de la spéciation de l’U6+ dans ces fluides chlorurés (T ≤ 350°C) est réalisée par spectroscopie Raman et XAS. Les résultats montrant la coexistence de plusieurs complexes d’uranyle chlorurés UO2Cln2-n (n=0-5) dont certaines constantes de complexation sont proposées. Ainsi, la complexation de l’uranyle par les chlorures explique la forte capacité de transport en U6+ par les saumures chlorurées acides, condition nécessaire à la formation de gisements de fort tonnage. Pour le dépôt de l’U, les cinétiques de réduction de l’U6+ en U4+ par H2, CH4, Fe2+ et C-graphite sont mesurées et paramétrées en fonction de la température, de la chlorinité, du pH et de la concentration en réducteur. H2, CH4 et le C-graphite sont être très efficaces, contrairement au Fe2+. Le caractère mobile des gaz réducteurs explique en partie les minéralisations massives et focalisées observées dans ces gisements. Enfin des coefficients de partage UO2/fluide d’éléments en traces, dont certaines ETR, sont mesurés, ouvrant de nouvelles perspectives quant à (i) la compréhension de la signature des ETR caractéristiques de chaque type de gisement d’U, et (ii) la composition des fluides à l’origine des minéralisations uranifères / Circulations of acidic chloride brines are associated with unconformity-related uranium (URU) deposits. The spectacular high grade combined with the large tonnage of these deposits is at the origin of the key questions concerning the geological processes responsible for U transport and precipitation. The aim of this work is to performed experimental studies of U6+ speciation and its reduction to U4+ subsequently precipitation to UO2 under hydrothermal condition. About U transport, the study of U6+ speciation in acidic brines at high temperature is performed by Raman spectroscopy and XAS, showing the coexistence of several uranyl chloride complexes UO2Cln2-n (n=0-5). From this study, complexation constants are proposed. The strong capability of chloride to complex uranyl is at the origin of the transport of U6+ at high concentration in acidic chloride brines. Concerning U precipitation, the reactivity of four potential reductants under conditions relevant for URU deposits genesis is investigated: H2, CH4, Fe2+ and the C-graphite. The kinetics of reduction reaction is measured as a function of temperature, salinity, pH and concentration of reductant. H2, CH4, and the C-graphite are very efficient while Fe2+ is not able to reduce U6+ in same conditions. These mobile and efficient gaseous reductant could be at the origin of the extremely focus and massive character of ore in URU deposits. Finally, first partition coefficients UO2/fluid of trace elements are obtained. This last part opens-up new perspectives on (i) REE signatures interpretation for a given type of U deposit (ii) and reconstruction of mineralizing fluids composition

Notre planète recèle dans sous-sol des gisements d’hydrocarbure, à l’origine depuis près d’un siècle, de la puissance de l’homme moderne. La présente étude porte sur les modalités juridiques d’extraction et d’appropriation de ces énergies fossiles. A l’état naturel, ces ressources n’ont pas d’existence juridique propre et leurs régimes suivent celui des territoires dans lesquels elles gisent. Aussi, pour que l’extraction des gisements puise avoir lieu, il convient d’abord d’identifier les titulaires des droits sur les territoires pétrolifères et prendre en compte non seulement la diversité de ces territoires mais également la diversité des acteurs et intérêts en présence. Les détenteurs primaires des droits d’accès aux ressources identifiés, pourront alors se déployer des contrats de prospection et d’exploitation des gisements, adaptées à l’ensemble des spécificités du secteur et des particularismes locaux, aux fins notamment d’une optimalisation de l’accès aux ressources fossiles / Our planet contains underground fossil deposits powering the Modern man, since nearly a century. The present study deals with the legal issue regarding the extraction and appropriation of fossil fuels. In their natural state, these resources have no legal existence and their regimes follow the one of the territories in which they lie. Therefore, in order to extract the deposits, it is first necessary to identify the rights owners of the oil regions and to take into account not only the diversity of these territories but also the diversity of the actors and interests at stake. Once the primary access rights owners identified, deposits may be discovered and developed, through specific mining contracts, adapted to all the specific features of the sector and local particularities for the optimization of the access to fossil fuels

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 décembre 2023) / À l'échelle mondiale, les zones de cisaillement sont les plus importants hôtes de minéralisation aurifère de type « or orogénique ». Ces failles fragiles-ductiles sont la conséquence de processus physiques liés aux cycles orogéniques et se forment dans des conditions métamorphiques postérieurs au pic. Les périodes de raccourcissement crustale génèrent des zones de cisaillement inverses à l'échelle régionale qui servent de conduits principaux pour les fluides hydrothermaux ascendants, formant ainsi des veines mésothermales de quartz-carbonate. L'origine des fluides hydrothermaux, les processus physico-chimiques et la chronologie qui mènent à la précipitation de l'or dans ces veines sont l'objet de recherches de longue date, en particulier à l'échelle des gisements et des corps minéralisés. Néanmoins, à l'échelle des districts aurifères orogéniques, comprenant généralement des champs filoniens régionaux de plusieurs kilomètres de large, la nature de ces paramètres demeure énigmatique. Dans cette thèse, on explore, grâce à une combinaison de techniques micro-analytiques chimiques et isotopiques, les contrôles spatiaux et temporels de plusieurs gisements aurifères appartenant au district de classe mondiale de Malartic-Val-d'Or, au sud de la sous-province néoarchéenne de l'Abitibi (Canada). Dans ce district, les gîtes d'or sont concentrés à proximité de la zone de faille Larder Lake-Cadillac orientée est-ouest et sont encaissés dans des structures d'ordres inférieurs recoupant les roches volcaniques et les intrusions de la ceinture de roches vertes. Dans ces structures, l'or est généralement associé à deux ensembles de veines qui se forment avant ou après la fabrique pénétrative d'étendue régionale (S2) développée au cours d'un raccourcissement N-S majeur au pic du métamorphisme. Il s'agit notamment (1) de veines de quartz-carbonate fortement déformées intégrées dans la fabrique S2 et (2) de veines fragiles-ductiles laminées de quartz-tourmaline-carbonate à cisaillement inverse ou à extension sub-horizontale qui sont subparallèles ou obliques à la fabrique S2. Ces dernières font partie du Champ filonien de Val-d'Or (CVO), qui contient la majeure partie de l'or orogénique du district de Malartic-Val-d'Or. Dans cette thèse, j'ai étudié neuf corps minéralisés aurifères (Kiena-S50, Canadian Malartic East, Kiena-Deep, Goldex, Triangle, Plug #4, Beaufor, Pascalis Gold Trend et Akasaba West) afin d'aborder trois sujets clés. 1) La chronologie à l'échelle régionale des événements hydrothermaux aurifères dans la région a été résolue par géochronologie U-Pb in situ. 2) L'identification des processus physico-chimiques contrôlant la saturation en or dans les fluides hydrothermaux aurifères a été effectuée à l'aide d'analyses in situ des éléments traces et de la compositions isotopique du soufre dans les sulfures. 3) La remobilisation hydrothermale de l'or contenu dans la pyrite a été étudiée à l'échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission. [...] Les données montrent que la minéralisation aurifère orogénique à l'échelle d'un district est le résultat de processus multiples qui opèrent à différentes échelles, dans l'espace et dans le temps, tout au long d'un cycle orogénique. Des événements hydrothermaux de courtes durées, discrets au niveau régional, au cours du trajet métamorphique rétrograde d'un cycle orogénique, constituent une condition préalable essentielle à la formation d'un district aurifère. Au cours d'un tel épisode de minéralisation aurifère, la majeure partie de la CVO est formée par un mécanisme principal, à savoir la sulfuration de la roche encaissante dans les roches méta-volcaniques et intrusives, conduisant à la précipitation d'inclusions d'Au-Ag-Te-Bi dans la pyrite. Les événements hydrothermaux ultérieurs peuvent façonner et modifier la minéralisation aurifère orogénique à l'échelle du district, comme le montrent les assemblages Au-Ag-Te-Bi remobilisés dans les fractures de pyrites. Malgré un cadre structural bien compris et des processus physiques communs conduisant à la formation de minéralisations aurifères orogéniques, les techniques de micro-analyse in situ offrent l'opportunité unique de relier les observations structurales aux données géochimiques détaillées à l'échelle du grain minéral. Cette approche améliorera considérablement la chronologie de la minéralisation aurifère et la reconnaissance des processus physico-chimiques clés agissant à l'échelle du disctrict, et présentera différentes perspectives sur les processus physico-chimiques associés à la précipitation de l'or à faible et moyenne teneur. / Brittle-ductile reverse shear zones are the most important host for orogenic gold mineralization globally. These reverse shear zones are known to form by common physical processes associated with orogenic cycles, at post-peak metamorphic conditions. Crustal shortening periods induce regional-scale reverse shear zones that act as main conduits for ascending hydrothermal fluids, forming mesothermal quartz-carbonate veins. Fluid source reservoir(s), physico-chemical processe(s) and the timing that lead to gold precipitation within these veins have been the subject of long-standing research activities, particularly focusing at the deposit and ore body-scale. Nevertheless, the nature of these parameters remains elusive at the orogenic gold district-scale, commonly encompassing regional, km wide vein fields. In this thesis, I explore through a combination of micro-analytical chemical and isotopic techniques, spatial and temporal controls on several gold ore bodies contained in the world-class Malartic-Val-d'Or district of the southern Neoarchean Abitibi subprovince (Canada). Structurally-controlled gold deposit clusters in this district are distributed along the E-W striking Larder Lake-Cadillac-fault zone and hosted in lower-order structures that cut volcanic rocks and intrusions of the greenstone belt. In these structures, gold is commonly associated with two vein sets that form pre- or syn- the regional-penetrative fabric (S2) developed during major N-S shortening and peak-metamorphism. This include: (1) highly-deformed quartz-carbonate veins entrained in the S2-fabric and (2) laminated brittle-ductile quartz-tourmaline-carbonate reverse shear and sub-horizontal extension-veins that are sub-parallel to oblique to the S2-fabric, the latter form part of the Val-d'Or Vein Field (VVF), which contains the bulk of orogenic gold in the Malartic-Val-d'Or district. In this thesis, I studied nine gold ore bodies (Kiena-S50, Canadian Malartic East, Kiena-Deep, Goldex, Triangle, Plug #4, Beaufor, Pascalis Gold Trend and Akasaba West) to tackle three key topics. 1) The regional scale timing of auriferous hydrothermal events in the area was resolved by in-situ U-Pb geochronology. 2) Physico-chemical processes controlling gold saturation in auriferous hydrothermal fluids by in-situ sulfide multiple sulfur isotope and trace element compositions. 3) Hydrothermal remobilization of gold hosted in pyrite were studied at the nano-scale by transmission electron microscopy. [...] Acquired data show that district-scale orogenic gold mineralization is the result of multiple processes that operate at various scales in space and time throughout an orogenic cycle. Regionally discrete, short-lived hydrothermal fluid events during the retrograde path of an orogenic cycle are a main pre-condition to form district scale gold mineralization. During such an auriferous fluid event, bulk of the VVF is formed through a main fluid mechanism, wallrock sulfidation in meta-volcanic and intrusive rocks, which controls precipitation of Au-Ag-Te-Bi inclusions in pyrite. Subsequent hydrothermal events have the potential to shape and modify district-scaleorogenic gold mineralization, as recognized in remobilized Au-Ag-Te-Bi assemblages within pyrite fractures. Despite a well understood structural framework and common physical processes that lead to the formation of orogenic gold mineralization, in-situ micro-analytical techniques offer the unique opportunity to link structural observations with detailed geochemical data at the mineral grain scale. This approach will significantly improve the timing of gold mineralization and recognition of key physico-chemical processes acting at the disctrict-scale, as well as present different perspectives on physico-chemical processes associated with low- and medium-grade gold precipitation.

Au début des années 2000, des régions du Québec ont été l’objet d’une vague d’exploration uranifère suite à la hausse importante de son prix sur les marchés. Ces projets d’exploration ont été confrontés à de vives mobilisations citoyennes et politiques qui remettaient en question l’expertise de l’industrie et la capacité du Québec à protéger l’intérêt public ainsi que l’environnement. Prenant appui sur l’analyse des coalitions de cause, ce mémoire cherche à expliquer la prise de décision du gouvernement du Québec de suspendre les certificats d’autorisation (en d’autres mots, d’imposer un moratoire administratif) pour la filière uranifère alors même que son projet le plus avancé, le projet Matoush, avait reçu toutes les approbations administratives. En étudiant et en comparant les coalitions de cause mobilisées sur cet enjeu et leur influence sur les gouvernements québécois successifs, cette recherche vise également apporter un nouvel éclairage sur des éléments d’analyse peu développés par l’approche des coalitions de cause. / In the early 2000s, Quebec regions had a surge in uranium exploration after the substantial increase of the uranium prices in the markets. These uranium exploration projects were confronted with growing citizens and politics mobilizations who questioned the industry expertise and the government capacity to protect the public interests and the environment. Based on the advocacy coalition framework, this thesis seeks to explain the Quebec government’s decision to suspend the certificates of authorization (in other words, to impose an administrative moratorium) in the uranium industry even though the most advanced project, the Matoush Project, received all the administrative authorization. By studying and comparing the mobilized coalitions on this issue and their influence on the successive governments, this research should bring a new light on neglected elements of analysis from the advocacy coalition framework.