Dans la région du Chili-central-ouest de l'Argentine (29°S-34°S), la plaque océanique Nazca subducte<br />sous la plaque continentale sud-Américaine. Cette région est une zone de transition entre une<br />subduction plate et une subduction pentue. Au nord de 33°S, où le slab devient plat vers 100 km de<br />profondeur, la ride de Juan Fernandez subducte le long de la plaque océanique Nazca. Alors que dans<br />cette région, le volcanisme quaternaire s'arrête vers 5-7 Ma, au sud de 33°S, où la plaque océanique<br />plonge avec un angle de 30°,la majorité des édifices volcaniques sont actifs. A partir de l'enregistrement<br />de séismes locaux au travers de deux campagnes sismologiques, nous avons réalisé une tomographie des<br />écarts des temps d'arrivée et du paramètre d'atténuation t* = t/Q, afin de déterminer des modèles<br />tridimensionnels d'une part de vitesse et d'autre part d'atténuation des ondes P et S. La plaque subduite,<br />plus froide que le manteau dans lequel elle plonge, est un milieu où les ondes P et S se propagent<br />rapidement et sont faiblement atténuées. L'un des blocs tectoniques constituant la croûte continental<br />(bloc Cuyania) se caractérise par des vitesses rapides des ondes sismiques et une forte atténuation de<br />l'onde S. Sous les édifices volcaniques actifs, la vitesse de ses ondes est plus faible due probablement à la<br />présence de fusion partielle. Les modèles de vitesse des ondes P et S, combinés à un modèle thermique<br />bidimensionnel à 31.5°S déterminé dans cette étude, ont permis d'obtenir un modèle minéralogique de<br />la lithosphère continentale et de la croûte océanique de la plaque Nazca. Cette croûte est composée<br />de Blueschists jusqu'à 80 km de profondeur et d'Eclogite plus profond. De la serpentine est observée<br />dans le coin mantellique considéré comme "froid". Le manteau continental est constitué par un mélange<br />d'Harzburgites et de Lherzolites plus ou moins hydratées. Un faciès éclogite est observé à la base de<br />la croûte continentale. Les modèles d'atténuation ont une résolution spatiale trop faible pour pouvoir<br />améliorer les modèles thermiques et par conséquent les modèles minéralogiques de la zone de subduction<br />plate.

Les altérations hydrothermales et minéralisations enregistrées dans un gisement produisent des changements dans la minéralogie magnétique de la roche encaissante et, par conséquent, dans leurs propriétés magnétiques. En considérant que l'aimantation rémanente peut être utilisée comme marqueur de l'histoire géologique d'une roche, on a effectué une étude paléomagnétique dans deux méga-gisements de type porphyre cuprifère au Chili : (1) CHUQUICAMATA (Eocène-Oligocène), dont la minéralisation est hébergée dans des roches granodioritiques; et (2) EL TENIENTE (Miocène supérieur-Pliocène inférieur) avec un complexe de roches andésitiques minéralisées. L'objectif principal de cette recherche a été de déterminer les effets de l'altération hydrothermale sur la minéralogie magnétique et les enregistrements paléomagnétiques. <br>Le gisement de Chuquicamata est limité longitudinalement par une faille majeure (Falla oeste) et les minéralisations d'intérêt économique sont principalement concentrées à l'est de la faille. La susceptibilité magnétique et l'intensité de l'aimantation rémanente diminuent fortement en fonction de l'altération quartz-séricite qui augmente à l'approche de la faille. L'intensité de la déformation tectonique qui se surimpose aux effets de minéralisations ne permet pas de conserver un signal paléomagnétique cohérent dans les roches minéralisées de Chuquicamata. A l'ouest de la Falla Oeste, la situation est différente au niveau de la granodiorite Fiesta sans minéralisation d'intérêt économique. La susceptibilité magnétique (k ~0.01-0.05 SI) et l'intensité de l'aimantation rémanente naturelle (~0.1 Am-1) ne présentent pas de variation spatiale majeure. La susceptibilité magnétique est dominée par de la magnétite en gros grains qui est le porteur de la forte anisotropie de la susceptibilité magnétique (1.1< P <1.4) de la Granodiorite Fiesta. Par contre les directions caractéristiques de l'aimantation rémanente de polarité normale sont portées par une autre phase magnétique de plus haute coercivité liée à la formation de lamelles de titano-hématite lors de l'altération à biotite et chlorite. La foliation magnétique est sub-verticale et présente de larges variations d'orientation corrélées aux déviations antihoraires de la déclinaison magnétique de l'aimantation rémanente (entre 330° à 230°). Les enregistrements paléomagnétiques sont interprétés comme la conséquence de rotations antihoraires de petits blocs associés à la déformation le long de la Falla Oeste en accord avec les interprétations tectoniques antérieures suggérant un mouvement sénestre de ~35km ayant permis la juxtaposition du porphyre cuprifère de Chuquicamata avec la granodiorite Fiesta.<br>Dans le gisement d'EL Teniente, les contrastes magnétiques sont forts entre les dacites et quartz-diorite faiblement magnétique (k <0.001 SI) et le complexe d'andésites (CMET) (<0.01 < k < 0.2 SI). Le principal minéral "ferromagnétique" présent dans ces roches est la magnétite. Sur la base des associations minérales, les observations pétrographiques permettent de classer la magnétite dans 5 sous-types : [i] TYPE 1a: magnétite en grains fins dans les plagioclases; [ii] TYPE 1b: magnétite en grains fins +quartz crypto-cristalin (masse fondamentale et veines); [iii] TYPE 2: magnétite en gros grains+biotite+(>>anhydrite-quartz); [iv] TYPE 3: magnétite en gros grains+chlorite+quartz diffus +rutile; et [v] TYPE 4: magnétite en gros grains+tourmaline+ quartz diffus. Une aimantation rémanente très stable portée par la magnétite en grains fins est mise en évidence particulièrement dans les « andésites » minéralisées. Une zonation spatiale de la polarité magnétique est clairement mise en évidence au niveau de la mine. Dans le secteur N-NE une polarité INVERSE est enregistrée en probable relation avec l'intrusion du Porphyre Dacitique El Teniente aussi de polarité inverse. Dans le secteur S-SE, la polarité est normale. L'aimantation rémanente naturelle est d'origine chimique/ thermorémanente et est acquise au cours de la minéralisation. Compte tenu des fréquentes inversions de polarité du champ magnétique terrestre au cours de la période 4.5-5Ma, l'absence de superposition d'aimantation de polarité opposée au sein du même échantillon suggère une acquisition d'aimantation et de minéralisation très rapide (~0.1-0.2Ma) au cours d'épisodes successifs. Les directions caractéristiques ne montrent ni rotation tectonique ni basculement du gisement postérieur à la minéralisation.

Le district de Panagyurishte, zone de Sredna Gora (Bulgarie) comporte deux types de gisements cuprifères à métaux précieux liés génétiquement au magmatisme d'arc néocrétacé : des gisements épithermaux de remplacement et des porphyres cuprifères. Afin de contraindre l'origine des gisements épithermaux de Radka et d'Elshitsa dans la partie sud du district, et de tester l'hypothèse de la liaison génétique entre minéralisations épithermale et porphyrique, l'analyse de la composition minéralogique et l'étude des éléments-traces des deux gisements épithermaux et du porphyre cuprifère de Vlaikov Vrah, associé à l'épithermal d'Elshitsa, ont été réalisées en parallèle avec l'étude isotopique (isotopes stables – O, H, S et radiogéniques – Sr, Pb) et des inclusions fluides (en lumière visible et IR). Les résultats obtenus lors des travaux de terrain et des analyses au laboratoire nous ont permis de confirmer le caractère épigénétique des minéralisations étudiées et de les caractériser comme des parties profondes des systèmes de type épithermal acide à intermédiaire. Les gisements ont été formés à partir de fluides oxydés, relativement acides et à fugacité en soufre fluctuante, mais tout en restant relativement élevée. Quatre stades principaux de minéralisation peuvent être définis dans les gisements épithermaux : un stade précoce à pyrite massive arsénifère, un stade à cuivre de composition géochimique très caractéristique (Bi, Te, Se, As, Sn, Pb), un stade polymétallique marqué par l'association Zn-Pb-Cu et un stade sulfaté à anhydrite tardive, marquant l'oxydation progressive du système. L'étude des inclusions fluides et des isotopes stables a révélé le rôle important des fluides magmatiques pour la formation des gisements, qui se mélangent avec des fluides météoriques aux cours des stades tardifs de l'évolution du système hydrothermal. La composition des isotopes radiogéniques a mis en évidence une circulation intense des fluides à travers le socle métamorphique et a permis de définir les deux types de gisements cuprifères dans la partie sud du district de Panagyurishte comme faisant partie d'un même événement métallogénique et ayant comme source de métaux la plus probable les roches plutoniques néocrétacées.

Par objet sans atmosphère nous considérons tout objet qui gravite autour du Soleil, de dimension inférieure à 2000 km de diamètre, qui ne peut développer ni garder une atmosphère. Du fait de leur nombre, cette définition englobe essentiellement les astéroïdes (ou les petits corps), les objets trans-neptuniens, les comètes, et certains satellites des planètes. L'intérêt pour les études des petits corps réside principalement dans son apport essentiel à la cosmogonie du Système Solaire. Les deux dernières décennies nous ont permis d'accéder à une connaissance jamais encore atteinte concernant notre système solaire en général et plus particulièrement le domaine des corps de taille réduite (diamètre inférieur à 1000 km). L'image actuelle des petits corps dans le système solaire nous montre une variété de familles et de populations, aussi bien d'objets situés à l'intérieur de l'orbite de la Terre qu' au-delà du système Pluton-Charon. En fonction des orbites des objets sans atmosphère, on parle d'astéroïdes géocroiseurs, de Mars croiseurs, d'astéroïdes de la ceinture principale, d'astéroïdes situés dans des points de stabilité Lagrange, de Centaures, de trans-neptuniens, de comètes à courte ou à longue période. Plusieurs questions fondamentales ont jalonnées les acquis scientifiques concernant les petits corps. Voici celles que l'on peut citer parmi les plus importantes: • Pourquoi n'y a-t-il pas une planète massive entre les orbites de Mars et de Jupiter plutôt que des milliers de planétésimaux ? • Quel est le lien entre les différents catégories de petits corps (astéroïdes, comètes et méteors) ? • Quelle est leur masse volumique ? Que sait-on de leur composition minéralogique ? • S'agit-il de corps massifs ou de « tas de gravas » maintenus par un faible champ gravitationnel ? • Peuvent-ils nous fournir la clé permettant de déchiffrer la composition de la nébuleuse planétaire précédant le système planétaire actuel ? • Comment s'effectue et se répartit le transfert de moment cinétique entre la nébuleuse primordiale, le Soleil et les planètes ? • Comment leur influence a-t-elle marqué l'histoire du système planétaire en général et celle de la Terre en particulier ? Quels sont les moments les plus importants de notre civilisations marqués par leur présence ? Chacune de ces questions est génératrice d'un domaine scientifique distinct, en particulier en cosmogonie du système solaire. Plus concrètement, connaître la nature de la surface des astéroïdes et leur minéralogie, étudier les phénomènes de transfert radiatif dans les cas d'objets sans atmosphère, déterminer leur période de rotation propre (synodique), leur forme, le sens de rotation propre ainsi que la position de l'axe ou des axes de rotation, observer les astéroïdes « in situ » dans plusieurs longueurs d'onde grâce aux sondes spatiales, analyser les mécanismes de résonance ainsi que les processus de collisions mutuelles, font partie de ces « détails » qui permettent de mieux connaître la population astéroïdale et finalement de construire des modèles physiques plus fiables. L'intérêt pour la population de petits corps du système solaire s'est accru aussi grâce à l'important nombre de missions spatiales ayant comme objectif leur étude « in situ ». Le succès des sondes spatiales Galileo, NEAR, a marqué la fin de la dernière décennie du XXème siècle. Pour la première fois, les images et des paramètres physiques obtenus ont permis l'obtention des formes d'astéroïdes, l'analyse de leur surface et de leur « relief », la présence d'un possible champ magnétique ainsi que leur environnement proche. De par son grand nombre, la population astéroïdale représente un « champ d'expérimentation » aussi bien pour des mécanismes dynamiques (résonances, mécanismes de transfert et évolution chaotique des orbites) que pour des modèles physiques. L'analyse poussée des observations de haute qualité obtenues aussi bien « in situ » que par les grands télescopes au sol nous montre une population d'objets d'une grande variété, considérés quelques décennies auparavant simplement comme hypothèses de travail « peu probables ». Les scientifiques se sont rendus à l'évidence de la présence de systèmes doubles parmi les astéroïdes, ils ont accepté également l'astéroïde comme agglomération de petits cailloux maintenus ensemble par un faible champ gravitationnel afin d'expliquer leur faible masse volumique. Les astéroïdes survolés par des sondes spatiales nous ont montré des surfaces criblées de cratères, signe que les collisions dans le système solaire est un phénomène qui a eu une grande importance dans l'état actuel du système solaire. La séparation du noyau de la comète SL9 en plus de 20 parts sous l'effet de marée du champ gravitationnel de Jupiter nous a permis pour la première fois l'observation d'une prévision théorique (la limite Roche) et la mise en évidence de l'aspect « fragile » d'un noyau cométaire, confirmant en partie le modèle de « neige(glace) sale » de Fred Whipple. La recherche scientifique présentée s'inscrit dans l'effort quotidien des scientifiques pour l'exploitation de nouvelles données fournies par des instruments au sol, en utilisant de nouvelles techniques. Cette activité vise également l'obtention de résultats issus de nouveaux intervalles de longueur d'onde (comme celui de l'infrarouge proche dans le cas d'objets sans atmosphère du système solaire) mais également l'amélioration des techniques d'observations et d'optimisation des processus de réduction des données. Plusieurs des ces travaux ont été faits dans le cadre des recherches au sol liées aux missions spatiales en cours (ROSETTA) et futurs (DAWN et VENUS EXPRESS). J'ai employé plusieurs techniques d'observation afin de mieux comprendre les propriétés physiques et dynamiques des corps sans atmosphère de notre système solaire : observations photographiques, photoélectriques ainsi qu'imagerie et spectroscopie par l'intermédiaire des cameras CCD. Les images astronomiques m'ont permis l'étude de leur rotation propres ainsi que leur couleurs (chapitre I.2.). La spectroscopie à la longueur d'onde du visible et du proche infrarouge (chapitre I.3.) ont permis l'analyse plus détaillée de la composition de la surface des objets, la connaissance plus précise de la composition minéralogique et la mise en valeur de la diversité des spectres. La dynamique des petit corps a été abordée également sur plusieurs aspects (chapitre I.4.). L'analyse des spectres des petits corps en proche infrarouge m'a permis d'approfondir davantage les connaissances sur les différents techniques d'observations (chapitre I.1). Ainsi, j'ai pu démarré un projet de création d'un Centre d'Observation à Distance en Astronomie à Meudon, alternative aux campagnes d'observations, sans effectuer la mission au télescope (souvent nécessaires et peu pratiques). Un autre volet dans mes préoccupations scientifiques a été aussi l'exploitation des résultats issus des observations. L'analyse des couleurs et des albédos m'a permis des études statistiques sur des échantillons significatifs d'astéroïdes de la ceinture principale, mais également sur la population des objets trans-neptuniens(chapitre II.1). J'ai pu affiner les taxonomies modernes ainsi que les méthodes d'analyse statistique. Pour la première fois, notre équipe de recherche a effectué des études statistiques sur des couleurs d'objets transneptuniens avec des résultats notables, références pour la caractérisation de cette population mais également pour les scénarios de formation du système solaire.

La mine de Copper Cliff exploite des lentilles de chalcopyrite contenues dans une zone de laminage recoupant la zone anorthositique du complexe du lac Doré. Ce gisement est situé à environ quatre kilométres au N du pluton trondhjémitique de Chibougamau intrusif dans le complexe du lac Doré. L'ensemble de ces roches est archéen . Le minerai contient du ciuvre , des traces d'or et d'argent et de zinc. Seul l'or est récupéré. L'étude géologique a permis de reconnaitre l'existence de zones concentriques d'altération hydrothermale probablement congénéres de la minéralisation. En conclusion , un modéle métallogénique est proposé.

La susceptibilité des roches faiblement magnétiques a une origine complexe : aux grains ferromagnétiques se rajoutent des contributions dla-, para-, et antlferromagnétiques. Celles-ci ont été mises en évidence grâce à de nouvelles techniques de mesures magnétiques en champ fort et température variable. Les propriétés liées aux phyllosilicates et carbonates ferromagnétiques, à la pyrrhotite et à la goethite ont été particulièrement étudiées. La susceptibilité magnétique ainsi analysée permet de suivre l'évolution pétrologique des roches, en particulier en fonction du métamorphisme et de l'altération. L'anisotropie de susceptibilité magnétique doit être interprétée en fonction de la nature et de l'orientation préférentielle des grains magnétiques. En prenant en compte les mécanismes de la déformation on a accès ainsi à certaines données structurales difficilement appréhendées par les méthodes classiques du fait de la sensibilité et la rapidité des mesures magnétiques ; il s'agit en particulier des linéatlons d'étirement en zones peu déformées. Les éléments d'une modélisation quantitative de la relation entre déformation et anisotropie magnétique sont discutés. Les études de cas ont porté sur des roches sédimentaires non métamorphiques à mésozonales, principalement alpines, sur différents granites et sur des péridotites.

Ce mémoire se composera donc de deux parties PREMIERE PARTIE : Etude géologique des bassins sédimentaires protéozoïques de la région du lac Tilly et de la rivière Laforge. Elle traite principalement de la stratigraphie et de la sédimentologie de la formation sédimentaire de Sakami, en mettant l'accent sur l'incidence de la fracturation sur la sédimentation à partir de l'exemple du bassin du lac Tilly. Une étude pétrographique sommaire sera entreprise sur les sédiments : la woodhouséite fera l'objet d'un paragraphe particulier. Les minéralisations uranifères seront décrites brièvement. DEUXIEME PARTIE : Etude et interprétation de la tectonique cassante. Le premier chapitre sera consacré à l ' étude structurale de la region du lac Tilly et de la rivière Laforge : un mécanisme de mise en place des bassins sédimentaires sera proposé. Le deuxième chapitre traitera de l'agencement structural du Territoire du Nouveau Québec: un modèle de décrochement dextre sera établi. Les bassins sédimentaires protérozoïques des formations de Sakami, de Chakopinau (région des lacs Cambrian et Castignon) et des groupes de Pachi et du Golfe de Richmond (région du Golfe de Richmond), seront replacés dans ce vaste contexte structural. Les relations des différents réseaux de dykes de diabase avec les systèmes majeurs de fracturation sont mises en évidence ; le rôle de la zone gneissique de Kapuskasing sera discuté.

La minéralogie physique a permis d'élucider de nombreuses énigmes relatives aux phases minérales du manteau terrestre, leur nature, leur changement de phase. L'expérimentation à haute pression et haute température dans la seconde moitié du 20ème siècle a permis d'apporter des données essentielles sur les matériaux du globe : on a pu alors faire le lien entre ces matériaux et les données obtenues par la sismologie, la géochimie et la géodynamique notamment. Les phases silicatées riches en calcium et aluminium se révèlent avoir des caractéristiques particulièrement intéressantes, avec de grandes implications géodynamiques. L'intérêt majeur de la combinaison de ces deux éléments est que le calcium peut être substitué par des cations volumineux tandis que l'aluminium permet d'assurer les compensations de charges en se substituant au silicium. D'autre part, la minéralogie de Ca et Al est caractérisée par de nombreuses nouvelles phases aux propriétés et structures tout à fait originales. Nous présentons ici les principaux résultats obtenus sur la perovskite calcique alumineuse Al-CaSiO3 : cette phase est capable d'incorporer de très grandes quantités d'actinides uranium et thorium, qui sont les principales sources d'énergie du globe. Ainsi cette phase minérale peut être le véritable moteur thermique du manteau inférieur terrestre. Ces résultats sont énoncés dans la perspective de mieux contraindre les modèles géodynamiques récents : ainsi cette phase pourrait à elle seule contribuer au chauffage par le bas de gros dômes observés dans les coupes du manteau obtenues par tomographie sismique. La relation possible entre nos résultats de minéralogie physique et le volume de matériaux chauds dans le bas du manteau terrestre est également discutée. La deuxième phase alumino-calcique présentée ici est la nouvelle phase appelée CAS et de composition CaAl4Si2O11. Il est maintenant acquis que ce minéral est essentiel dans les basaltes en subduction, notamment lorsqu'ils sont partiellement fondus. Mais plus intéressant, nous montrons que cette phase est caractérisée par une transition isosymétrique permettant à des atomes de silicium d'adopter une coordinence 5 au sein d'une bipyramide trigonale (2 tétraèdres partageant une face). L'importance d'une telle coordinence pour Si, intermédiaire entre les coordinences 4 et 6, est discutée, notamment en termes de processus de diffusion, de déformation par fluage diffusionnel, de viscosité : il apparaît clairement que des espèces telles que les groupes SiO5 favorisent grandement la déformation des matériaux qui les contiennent, et contribuent donc à améliorer leurs propriétés de transport. Ainsi la coordinence du silicium a un effet direct sur les processus dynamiques se produisant dans le manteau profond. A travers ces deux grandes études, on s'aperçoit à quel point les résultats de minéralogie physique peuvent apporter des données essentielles permettant d'alimenter des modèles géodynamiques, des modèles de fonctionnement thermique ou des modèles sismologiques. La sismologie ausculte le globe dans sa totalité, les expériences de géodynamique en laboratoire simulent le comportement rhéologiques du manteau avec des fluides et un chauffage par le bas : il est important d'apporter à ces modèles des informations précises sur les matériaux traversés par les ondes sismiques, ou que l'on essaie de modéliser en dynamique. D'autre part, l'étude de la phase CAS montre que des propriétés macroscopiques observées dans le manteau terrestre peuvent trouver leur origine dans la structure microscopique des phases minérales du manteau.

Le nom de la carphoLite, découverte en 1817 (Werner) est devenu le terme générique d'une famille de minéraux à symétrie orthorhombique et à structure semblables à celles des pyroxènes .A La suite des conventions prises tacitement dans La littérature ces dernières années, il convient de distinguer dans Le groupe des carpholites trois termes majeurs: - La carpholite s.s . - La ferrocarpholite - La magnésiocarpholiite La répartition géologique de ces trois termes est très différente. Des observations permettent de poser Les questions suivantes : * Peut-on utiliser la série des ferro-magnésiocarpholites comme un marqueur des conditions du métamorphisme de haute pression basse température ? * Peut-on aussi utiliser la pétrographie des métasédiments alumineux comme moyen de quantification de ce type de métamorphisme? Les travaux de recherche dont Les résultats sont présentés ici ont pour but de répondre à ces questions. Ils ont été abordés sous deux aspects : * d'une part , une étude analytique des sédiments alumineux (bauxites) transformés au cours des évènements métamorphiques alpins dans Les ALpes occidentaLes (1ère Partie) * d'autre part, une étude expérimentale en condition hydrothermale du domaine de stabilité de la magnésiocarpholite (2ème Partie).

L'étude pétrographique et géochimique de l'ophiolite de Sémail (massif Salahi, Oman) qui représente le plus vaste affleurement de lithosphère océanique fossile permet de distinguer 3 phases de volcanisme, présentant des rapports Ta/Th anormaux qui sont interprétés comme les témoins d'une anomalie mantellaire régionale. Un modèle d'évolution en contexte océanique franc est proposé. L'étude des différents épisodes de circulation hydrothermale est également abordée