Le présent travail s' intéresse à une région déjà très étudiée (F. Ellenberger. P. Saliot et J. Bocquet pour les auteurs les plus récents). Il a pour but d'amener des éléments de réponse à trois problèmes : - l'âge de la série des micaschistes gris dits de l'Arpont (F. Ellenberger 1958), - les formes et les mécanismes de la tectonique alpine ayant affecté le massif, - la pétrographie et les conditions du métamorphisme alpin dans ces roches du Paléozoïque. Ceci a donc été traité en trois parties. Dans le troisième Chapitre, une étude effectuée en collaboration avec G. GOFFE-URBANO et P. SALIOT sur les roches hyperalumineuses anté-dogger de la Vanoise, a été ajoutée afin de préciser les conditions du métamorphisme dans la région. Chaque chapitre est indépendant des autres et a sa pagination, ses figures et sa bibliographie propre. Parallèlement à ce travail, H. GOFFE-URBANOa effectué une étude pétrographique fine des minéralogies de la série cal codolomitique Mésozoïque. afin de déterminer les particularités et les conditions du métamorphisme alpin dans cette série au contact du socle.

L'objectif de cette étude est d'évaluer la réactivité abiotique de l'hydrogène dans un site de stockage géologique de déchets radioactifs en formation argileuse. Nous montrons que l'hydrogène est un agent réducteur pouvant être impliqué dans des réactions d'oxydoréductions sous contrôle cinétique avec certaines espèces oxydées de la formation hôte du stockage. Le système soufre apparait tout particulièrement réactif vis-à-vis de la perturbation redox induite par la présence d'hydrogène, sa déstabilisation se traduit notamment par une importante production de sulfure. Notre étude expérimentale sur la réduction des sulfates par l'hydrogène montre que cette réaction ne peut pas être à l'origine de cette production de sulfure. En effet les temps de demi-vie pour les sulfates sont de l'ordre de 200.000 ans à 90°C et l'énergie d'activation de la réaction est très élevée (131 kJ/mol). Par contre, la pyrite est un oxydant potentiel pour l'hydrogène. Nous montrons que cette dernière réaction est possible sur de courtes périodes de temps dés 90°C. A des pH légèrement alcalins tels que ceux de l'eau porale d'une formation argileuse formation et des températures comprises entre 90 et 180°C, cette réaction conduit à la précipitation de pyrrhotite et à la production d'H2S. Nous proposons une loi de vitesse pour cette réaction pouvant être intégrée dans des simulations numériques évaluant la sûreté du stockage à long terme.

Les géologues spécialisés dans l'étude de ces roches ne trouveront donc pas ici un exposé traditionnel de la question. L'objectif que nous nous sommes fixés a été d'éliminer tout ce qui apparaît déjà comme du détail pour ne retenir au contraire que les grandes lignes et pour essayer de cerner le rôle exact que joue le volcanisme spilitique dans l'évolution générale de la Terre. Ceci nécessite le recours préalable à un certain nombre de données initiales auxquelles nous avons consacré trois chapitres. Le chapitre 1er conduit à l'établissement d'une liste de trois propositions contradictoires dont chacune contient un énoncé essentiel pour la géologie mais dont l'une seulement se présente comme nécessairement vraie. Il se termine alors par un choix entre ces trois propositions et, compte tenu de ce que le procédé utilisé contient obligatoirement une certaine part d'arbitraire, la proposition retenue est considérée non pas comme une certitude mais comme un postulat. A partir de cette notion de base, le chapitre Il ouvre une discussion sur la signification des réactions minéralogiques. Il donne l'occasion d'introduire la notion d'élasticité thermodynamique des systèmes géologiques, puis d'envisager la distribution des entropies au sein du système Terre. Enfin, il permet de faire une distinction entre les réactions minéralogiques primordiales, c'est-à-dire allant dans le sens de l'évolution générale de la Terre et les réactions minéralogiques secondaires, c'est-à-dire allant dans le sens opposé. Le chapitre III fait un emprunt à la récente théorie des plaques et un autre à la géologie alpine. Leur superposition aboutit à un modèle théorique destiné à rendre compte de l'évolution générale de la Terre et qui est représenté de façon schématique sur la figure 29. C'est avec le chapitre IV que le problème du volcanisme spilitique est lui-même abordé. Les notions antérieurement acquises et notamment le mécanisme invoqué sur la figure 29 permettent alors de l'envisager sous un éclairage nouveau ainsi que de préciser le caractère de sa contribution dans l'évolution globale de la Terre. La conclusion de l'ouvrage reprend très brièvement ce dernier thème et, prenant en compte le devenir des potentiels chimiques au sein des systèmes géologiques,, elle se termine sur une question de portée générale qui consiste à savoir si le fonctionnement d'ensemble de notre planète ne serait pas comparable, dans une certaine mesure, à celui d'un appareil à distiller

La faïence est une céramique caractérisée par son revêtement vitreux blanc opaque, grâce à l'adjonction d'oxyde d'étain ; sur ce fond on peut apposer les décors polychromes. Résultant d'une technologie abbaside (VIIIe siècle), elle connait son apogée en France au XVIIIe siècle. Les précédentes études menées sur la faïence moderne ont mis en évidence la nécessité de procéder à une approche pluridisciplinaire pour appréhender ce matériau complexe, ses techniques de fabrication, et cerner les enjeux de sa production. Ce travail de recherche s'inscrit dans la continuité pour s'élargir aux productions faïencières du Sud Ouest de la France quelques peu délaissées du point de vue archéométrique. La manufacture Babut, première faïencerie établie à Bergerac, fut sélectionnée dans ce but. La production perdure sur cinquante ans environ, jusqu'à la Révolution Française.En prenant en considération ces observations, cette thèse a permis tout d'abord d'identifier la production du point de vue des matériaux et des techniques, de mettre en place un référentiel géochimique, ainsi qu'établir un corpus stylistique de base pour cette manufacture. Ensuite l'étude a porté sur l'évaluation du potentiel de méthodes d'analyses non destructives pour l'attribution de provenance directe à partir de la surface des glaçures. Et enfin ce travail a permis d'examiner la place de la faïence bergeracoise et de sa production au sein du tissu industriel régional, et les replacer dans le contexte plus général de la production faïencière française à l'aube de la Révolution industrielle.

La faïence est une céramique caractérisée par son revêtement vitreux blanc opaque, grâce à l’adjonction d’oxyde d’étain ; sur ce fond on peut apposer les décors polychromes. Résultant d’une technologie abbaside (VIIIe siècle), elle connait son apogée en France au XVIIIe siècle. Les précédentes études menées sur la faïence moderne ont mis en évidence la nécessité de procéder à une approche pluridisciplinaire pour appréhender ce matériau complexe, ses techniques de fabrication, et cerner les enjeux de sa production. Ce travail de recherche s’inscrit dans la continuité pour s’élargir aux productions faïencières du Sud Ouest de la France quelques peu délaissées du point de vue archéométrique. La manufacture Babut, première faïencerie établie à Bergerac, fut sélectionnée dans ce but. La production perdure sur cinquante ans environ, jusqu’à la Révolution Française.En prenant en considération ces observations, cette thèse a permis tout d’abord d’identifier la production du point de vue des matériaux et des techniques, de mettre en place un référentiel géochimique, ainsi qu’établir un corpus stylistique de base pour cette manufacture. Ensuite l’étude a porté sur l’évaluation du potentiel de méthodes d’analyses non destructives pour l’attribution de provenance directe à partir de la surface des glaçures. Et enfin ce travail a permis d’examiner la place de la faïence bergeracoise et de sa production au sein du tissu industriel régional, et les replacer dans le contexte plus général de la production faïencière française à l’aube de la Révolution industrielle. / Faiences are ceramics defined by a white and opaque glaze, due to the addition of tin oxide decorated or not. This technology appeared during the Abbasid period (VIIIth) and was imported in France around the XIIIth century; they peaked in the XVIIIth century. The previous studies realized on the modern faïences, underline the importance of proceeding to a pluridisciplinarity approach to comprehend this complex material, in the frame of a more global research program on faiences, this work focuses on the production of the South West of France, which have only received limited archaeometrics studies over the last years. The manufacture selected is the fabric of Jean Babut established in the city of Bergerac. The production lasted fifty years until the French Revolution. By analysing all the different results, this work establishes the possibility to proceed to the identification of the production site from technical and material standpoints, to establish a reference group based on the chemical analysis and to design a stylistic reference corpus. A non-destructive methodological approach was developed to evaluate the potential of non-destructive methods to reattribute faiences to a center of production. In addition, this work also reestablishes the production of faiences in the local industrial context and in the french production before the Industrial Revolution.

Les sismologues ont révélé l'existence d'une anisotropie sismique complexe dans la graine terrestre. Cette thèse, en deux parties, présente deux approches différentes pour, d'une part, expliquer l'existence de cette anisotropie avec des modèles de graine numérique et, d'autre part, étudier l'effet des transformations de phase sur cette anisotropie.Dans un premier temps, nous avons construit un outil de simulation de la propagation des rais sismiques à travers une graine numérique, afin d'étudier la possibilité de reproduire numériquement les données sismologiques et de contraindre la dynamique et la minéralogie de la graine. Nous concluons qu'aucune structure du fer cubique ne permet de développer une anisotropie sismique significative. Seule la structure hexagonale compacte permet de le faire. Parmi les modèles géodynamiques quadripolaires étudiés, la croissance équatoriale préférentielle est le processus dynamique qui présente le meilleur accord avec les observations de dépendance à la profondeur et d'anisotropie polaire. L'ajout d'une stratification chimique permet d'amplifier d'environ 40% l'anisotropie globale mais augmente la dispersion des résidus sismiques, ce qui n'est pas conforme aux observations de dépendance à la profondeur. Enfin, une croissance dendritique (texture de solidification) est peu compatible avec une anisotropie principale Nord-Sud. Il apparaît clairement qu'aucun de ces modèles géodynamiques ne permet d'obtenir une amplitude d'anisotropie suffisante en utilisant les propriétés élastiques publiées pour le fer dans la graine. A l'issue de ce travail, de nombreux autres processus dynamiques restent encore à étudier, tels que les forces de Lorentz et la translation-convection thermique, processus bipolaire qui présente un fort intérêt pour la caractérisation de la composante hémisphérique de l'anisotropie sismique.Dans un deuxième temps, nous avons procédé à des expériences de transition de phase α-ε (fer cubique centré vers fer hexagonal compact) dans le fer pur. Nous avons simulé les textures résultantes à l'aide du mécanisme de Burgers. Nous avons confronté nos simulations aux résultats expérimentaux. Nous avons pu confirmer la validité du mécanisme de transformation de Burgers. Nous avons trouvé une forte sélection de variant sous l'effet de la contrainte non-hydrostatique dans le sens direct α→ε, produisant de fortes textures. Dans le sens inverse ε→α, on observe des textures finales très faibles, voire aléatoires. Appliqués avec prudence au cas de la graine terrestre, nos résultats indiquent que la transformation de phase du fer hexagonal à cubique ne peut pas expliquer la forte anisotropie observée. Nous avons aussi noté une mémoire de texture partielle, déjà documentée pour d'autres métaux de transition. Enfin, nous avons procédé à des tests préliminaires en cellule diamant en rotation. Les résultats de ces expériences de cisaillement ont également montré un très bon accord avec les simulations fondées sur le mécanisme de Burgers. En revanche, nous avons pu constater de grands écarts entre nos résultats expérimentaux et les simulations en cisaillement présentées dans la littérature [Levitas et al., 2010], notamment en termes de gradient de contraintes. / Seismologists revealed the existence of a complex seismic anisotropy in the Earth's inner core. In this thesis we took two different approaches in order to characterize the anisotropy: in a first part, we tried to explain this anisotropy using formation models of inner core and, in a second part, we considered the impact of eventual phase transitions on anisotropy.Firstly, we simulate the propagation of seismic rays through a numerically grown inner core, in order to measure the seismic anisotropy to compare with actual observations and to constrain the dynamics and mineralogy of the inner core. We conclude that no cubic structure of iron may produce a significant global anisotropy. Only the hexagonal compact phase of iron may produce a measurable signal. Considering a panel of quadripolar geodynamical models, we observe that simple preferential equatorial growth is the most consistent with seismological observations of a polar anisotropy and depth dependence of seismic residuals. Chemical stratification amplifies the global anisotropy by about 40%, but at the same time increases the scatter of residuals in a way that is poorly compatible with the observed depth dependence. Finally the addition of dendritic growth (solidification texture) prohibits the emergence of a first order North-South anisotropy. Independently of the geodynamical model it appears clearly that none of these geodynamical models the development of an anisotropy consistent with observations when using the published elastic properties of iron at inner core conditions. Following this work, several geodynamical models remain to be studied such as magnetic forcing (Lorentz forces). Models involving translation-thermal convection are of great interest as they may account for the hemispherical component of the seismic anisotropy.Secondly, we performed experiments on the α-ε (cubic centered to hexagonal compact iron) phase transition in pure iron. We compare our experimental texture results with our simulations of the transformation considering Burgers mechanism. We confirm here the Burgers atomic path as the mechanism activated during the α-ε transformation in iron. We find direct evidence of a strong variant selection controlled by non-hydrostatic stresses in the diamond anvil cell during the forward α→ε transformation, producing strong textures. The opposite will occur with the reverse ε→α phase transition where an almost complete randomization is to be expected. Our observations can be applied with some caution to the Earth's inner core and show that the strong seismic anisotropy in the inner core may not be explained by the occurrence of a hexagonal to cubic phase transition in the inner core. A limited texture memory effect was brought into light, already documented for other transition metals. At last, we performed a preliminary study on the effect of shear on the α-ε phase transition in pure iron using a rotational cell. Again the α-ε phase transformation in iron can be modelized by the Burgers mechanism. We find that simulations in the literature [Levitas et al., 2010] fail to reproduce our experimental results, particularly in terms of stress field.

Parmi les options en cours d’investigation, le stockage souterrain de l'hydrogène dans les formations sédimentaires comme les grès pourrait offrir un potentiel unique pour stocker de grandes quantités d'énergie. L'évaluation des modalités de stockage souterrain de l'hydrogène nécessite donc à la fois une connaissance précise des transformations minéralogiques dues à la présence de l'hydrogène et l’acquisition de données sur le comportement hydrodynamique des fluides. Par conséquent, cette étude se composera de trois parties : 1- Etude des interactions géochimiques de l’hydrogène dans des formations sédimentaires gréseuses : Les produits expérimentaux portent la marque d'une réaction très limitée entre les minéraux du grès et l'hydrogène. Si les résultats expérimentaux sont combinés aux résultats numériques, l’étude démontre que l'hydrogène, une fois injecté, peut être considéré comme relativement inerte. De façon globale, nos résultats renforcent la faisabilité du confinement de l'hydrogène dans des réservoirs géologiques comme les grès. 2- Etude de la migration de l'hydrogène dans les grès : détermination de la perméabilité relative et de la pression capillaire du système hydrogène-eau : Afin de fournir des données quantitatives pour le développement du stockage souterrain de l'hydrogène, la pression capillaire et la perméabilité relative ont été mesurées pour le système hydrogène-eau en deux conditions potentielles. Les résultats indiquent que les données obtenues sont applicables à l’ensemble des conditions de stockage de l'hydrogène. 3- Modélisation numérique d’un site de stockage géologique d’hydrogène : La simulation numérique a été effectuée pour caractériser l'évolution dynamique d’un site de stockage d'hydrogène pur. Une fluctuation saisonnière du fonctionnement du réservoir et l'effet des fuites d'hydrogène dus aux réactions ont été pris en compte. / Underground hydrogen storage has been introduced as storage solution for renewable energy systems as it offers a unique potential to store large amounts of energy, especially in sedimentary formations such as sandstones. However, evaluating the underground hydrogen storage requires a precise knowledge of the hydrodynamic behavior of the fluids and of mineralogical transformations due to the presence of hydrogen that may affect the storage properties. Therefore, this study is consists in three parts: 1- Study of geochemical reactivity of hydrogen in sandstone sedimentary formations: The experimental products bear the mark of only very limited reaction between sandstone minerals and hydrogen. Taken together with the numerical results, this study demonstrates that hydrogen, once injected, can be considered as relatively inert. Overall, our results support the feasibility of hydrogen confinement in geological reservoirs such as sandstones. 2- Study of the migration of hydrogen in sandstone: determination of relative permeability and capillary pressure of hydrogen-water system: To provide quantitative data for the development of underground hydrogen storage, capillary pressures and relative permeabilities of hydrogen-water system have been measured at two potential conditions. The interpretation of the results would suggest that the obtained data are applicable for the entire range of hydrogen storage conditions. Interfacial tensions and contact angles for the hydrogen-water system have been also derived. 3- Numerical simulation of a geological hydrogen storage site: The numerical simulation was performed to characterize the evolution of pure hydrogen storage, by considering the seasonal fluctuation of renewable energy and the effect of hydrogen loses due to the biotic reactions.

Les effondrements miniers en Lorraine (France) ont pour origine la rupture des piliers de soutien constitués de minerai de fer. Leur rupture n'est pas seulement due aux seules contraintes mécaniques qu’exerce le recouvrement mais également aux différentes transformations minéralogiques du minerai de fer, compromettant sa cohésion et sa résistance et par conséquent, la stabilité des piliers. On parle alors d’altération/vieillissement minéralogique du minerai de fer. Les mécanismes chimiques qui entrainent ces transformations minéralogiques sont désormais bien connus mais l’influence de l’activité bactérienne n’est pas encore bien comprise. Des travaux préliminaires ayant soulevé le rôle possible des activités microbiennes, ce travail de thèse s'est alors appliqué à identifier les métabolismes bactériens susceptibles de réagir avec le minerai de fer en conditions aérobie et anaérobie, et à en caractériser les effets physico-chimiques, minéralogiques et mécaniques. Les groupes métaboliques bactériens suspectés d’être impliqués dans ces réactions (activités ferri-réductrices, ferro-oxydantes et sulfato-réductrices) ont été identifiés dans les eaux de mine et incubés en présence du minerai de fer, en souche pure ou avec un consortium issu de l’eau de mine. Les bactéries ferri-réductrices (IRB), sulfato-réductrices (BSR) et acidophiles ferro-oxydantes ont été les seules qui, dans les conditions de laboratoire, ont impacté significativement le minerai en modifiant le ratio Fe(II)/Fe(III). Une phase ferro-carbonatée et de la pyrite se sont formées respectivement au cours des incubations avec les IRB et BSR, et ont été caractérisées par analyse du solide (spectroscopies infrarouge en réflexion diffuse (DRIFTS) et Mössbauer et par diffraction aux rayons X). Des bactéries nitrate-réductrices ont aussi été testées et aucune modification significative du ratio Fe(II)/Fe(III) du minerai de fer n’a été observée. Enfin, les propriétés mécaniques du minerai de fer ont été mesurées après les réactions d’oxydo-réduction biologiques et purement chimiques. Des modifications sensibles de ces propriétés mécaniques par rapport à l’état initial ont ainsi pu être mises en évidence. Sur la base de ces résultats, l’hypothèse de l’altération mécanique du minerai de fer par des activités microbiennes est donc tout à fait réaliste. / Mine collapses occurred in Lorraine (France) because of the failure of safety pillars made of iron ore. Their failure is not only due to the mechanic stresses applied by the overburden, but also due to the various mineralogical transformations in iron ore which decrease material cohesion and resistance and thus stability of pillars. This is called mineralogical alteration/ageing of iron ore. Chemical mechanisms inducing these mineralogical transformations are now well known but the influence of microbial activity is not well understood yet. Preliminary works have raised the possible role of microbial activity, then the focus of this work was to identify the various bacterial metabolisms capable of reacting with iron ore and to characterize the physico-chemical, mineralogical and mechanical effects. The bacterial metabolism groups possibly implied in these reactions (iron-reducing (IRB), iron-oxidizing and sulfate-reducing bacteria (SRB)) were identified from the mine water. As pure strain or as consortium, these bacteria were incubated with iron ore. Under laboratory conditions, only iron-reducing, sulfate-reducing and acidophilic iron-oxidizing bacteria impacted iron ore samples by modifying the Fe(II)/Fe(III) ratio. A ferrous-carbonate phase and pyrite were formed during incubations with IRB and SRB, respectively. These minerals were characterized from analysis of the solid phase (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS), Mössbauer spectroscopy and X-ray diffraction). The impact nitrate-reducing bacteria was also tested but the Fe(II)/Fe(III) ratio of iron ore was not modified significantly. Finally, mechanical properties of iron ore were measured after microbial and purely chemical redox reactions. Discernible modifications of these mechanical properties were observed. From these results, the alteration of iron ore mechanical properties by bacterial activities is a realistic assumption.