Au cours du Paléozoïque inférieur, un changement climatique majeur a permis le développement d’une calotte glaciaire sur paléocontinent Gondwana. Cette calotte a plusieurs fois recouvert la plateforme nord-gondwanienne au cours des différents épisodes d’avancée et de recul des fronts glaciaires. Cette dynamique a permis le développement d’un modèle glaciaire, qui inclut des surfaces d’érosion majeures d’extension régionale et des vallées glaciaires. Parmi ces vallées, les vallées tunnel font référence aux vallées glaciaires mises en évidence en Europe, et qui sont associées aux grandes glaciations quaternaires. Par définition, ces vallées regroupent des dépressions linéaires de plusieurs kilomètres de large et de plusieurs dizaines de kilomètres de long. Elles sont en générale profondes de quelques centaines de mètres et leur fond présentent des zones de surcreusement. Des vallées tunnel ordoviciennes sont localisées en Afrique du Nord et au Moyen-Orient. Les sédiments glaciaires ordoviciens représentent un important objectif pour l’exploration des hydrocarbures et les vallées tunnel, qui constituent des hétérogénéités lithologiques dans l’enregistrement sédimentaire, sont d’excellentes roches-réservoirs. En Europe, les anciennes vallées tunnel quaternaires constituent des aquifères dont la mise en évidence et la préservation constituent un véritable enjeu. Un intérêt majeur réside donc dans une meilleure connaissance de l’architecture du remplissage de ces vallées, mais également une compréhension des paramètres qui contrôlent leur distribution et des mécanismes qui participent à leur formation sous les calottes de glace. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire est principalement basé sur une étude de terrain, dont les résultats recouvrent trois grands axes : (1) l’environnement sous-glaciaire, (2) la dynamique de remplissage des vallées tunnel et (3) les facteurs contrôlant leur distribution. / The icehouse period during the lower Palaeozoic led to the development of large continental ice-sheet over the Gondwana. This ice-sheet fluctuated in size and repeatedly recovered the north-Gondwana platform. The resulting glacial record includes major erosional surfaces of regional extent, with subglacial landforms and morphologies, as well as glacial valleys and specific glaciogenic sedimentary record. Among these valleys, tunnel valleys refer to Quaternary analogues, associated with the development of ice-sheets over Europe and North-America. Tunnel valley defines elongated, linear to slightly sinuous depressions, measuring few kilometers in width and several kilometres in length. They start and terminate abruptly, are generally a few hundred of meters deep, and display frequent overdeepening along the floor. Ordovician tunnel valleys are described from North Africa to the Middle East. Ordovician glacial deposits are considered as a major target for hydrocarbon exploration in these regions, with tunnel valleys forming lithological heterogeneities with excellent reservoir properties. In Europe, Quaternary tunnel valleys are targeted for groundwater resources as they form reliable aquifers. A major interest therefore exists for these valleys, as well as a need for better understanding of the nature and the stratigraphy of the infill, their origin and the parameters controlling their distribution. The recherché project presented in this thesis is based on an extensive fieldwork that focused on three main issues, regarding tunnel valleys: (1) the subglacial environment, (2) the sedimentary processes and depositional environments associated with their infill and (3) the parameters controlling their distribution

Au cours du Paléozoïque inférieur, un changement climatique majeur a permis le développement d'une calotte glaciaire sur paléocontinent Gondwana. Cette calotte a plusieurs fois recouvert la plateforme nord-gondwanienne au cours des différents épisodes d'avancée et de recul des fronts glaciaires. Cette dynamique a permis le développement d'un modèle glaciaire, qui inclut des surfaces d'érosion majeures d'extension régionale et des vallées glaciaires. Parmi ces vallées, les vallées tunnel font référence aux vallées glaciaires mises en évidence en Europe, et qui sont associées aux grandes glaciations quaternaires. Par définition, ces vallées regroupent des dépressions linéaires de plusieurs kilomètres de large et de plusieurs dizaines de kilomètres de long. Elles sont en générale profondes de quelques centaines de mètres et leur fond présentent des zones de surcreusement. Des vallées tunnel ordoviciennes sont localisées en Afrique du Nord et au Moyen-Orient. Les sédiments glaciaires ordoviciens représentent un important objectif pour l'exploration des hydrocarbures et les vallées tunnel, qui constituent des hétérogénéités lithologiques dans l'enregistrement sédimentaire, sont d'excellentes roches-réservoirs. En Europe, les anciennes vallées tunnel quaternaires constituent des aquifères dont la mise en évidence et la préservation constituent un véritable enjeu. Un intérêt majeur réside donc dans une meilleure connaissance de l'architecture du remplissage de ces vallées, mais également une compréhension des paramètres qui contrôlent leur distribution et des mécanismes qui participent à leur formation sous les calottes de glace. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire est principalement basé sur une étude de terrain, dont les résultats recouvrent trois grands axes : (1) l'environnement sous-glaciaire, (2) la dynamique de remplissage des vallées tunnel et (3) les facteurs contrôlant leur distribution.

Dans tous les types de matériaux (roches cristallines, sédimentaires, bétons, céramiques, ...), la présence de fractures (à toutes échelles) implique une perméabilité généralement élevée et des écoulements fluides orientés. Ces circulations de fluides dans les fractures impliquent des interactions fluide - roche (dissolution cristallisation) plus ou moins intenses en fonction de la nature, des conditions physico-chimiques, et des taux de renouvellement des fluides donc des perméabilités. Ces phénomènes d'altération, qui se traduisent principalement par le colmatage des fractures (altération filonienne) et fissures (plans d'inclusions fluides et veinules, altération pervasive) sont des indices très précieux quant à la description des modalités et intensités des migrations fluides dans les systèmes fossiles.<br />Une étude géométrique des réseaux de fractures aux échelles micro et macroscopique, basée sur la répartition spatiale des minéraux de remplissage des fractures, a été réalisée et appliquée à deux granites différents: le granite de Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin, France) et le granite du Brézouard (Vosges, France). A l'échelle macroscopique, une nouvelle méthodologie d'étude des données de forage (graphes binaires cumulés) est présentée dans le cas du granite de Soultz. Elle permet d'identifier la présence de trois associations minérales (quartz-illite, calcite-chlorite et hématite) dans des réseaux de fractures ayant une géométrie 3D et des caractéristiques hydrauliques spécifiques. Ces altérations impliquent des systèmes de fractures différents, des modes d'altération distincts et non synchrones. A l'échelle microscopique, la reconstitution des séquences d'ouverture - percolation - colmatage des fissures est délicate. Cependant, l'étude de leurs caractéristiques géométriques (orientations, rayons, densités volumiques) et de ce fait de leurs porosités, surfaces d'échanges et perméabilités, permet de visualiser leurs rôles distincts dans la propagation des fluides. Ces microstructures sont très nombreuses dans les granites et peuvent impliquer des perméabilités élevées mais variables dans le temps. Ceci a été confirmé par le biais d'une modélisation de l'évolution spatio-temporelle d'une perméabilité de fissures suite à des interactions fluide-roche.<br />Les modèles de perméabilité utilisés (géométriques ou statistiques) dans les deux précédentes approches restent très dépendants de la définition de l'ouverture caractéristique des drains. Une fracture réelle dans une masse rocheuse est caractérisée par des épontes qui ne sont ni parallèles ni forcément imbriquées. L'étude de ces fractures naturelles, à échelle macro et microscopique, complétée par une modélisation plus théorique de leur comportement hydro-mécanique, a permis de mettre en évidence l'influence des rugosités de surface sur la propagation des écoulements fluides et donc des altérations.<br />Ces fractures sont formées et percolées sous l'influence de régimes tectoniques qui contrôlent leur orientation. A Soultz-sous-Forêts, un important système de veines de quartz témoigne d'une phase d'extension majeure à l'Oligocène. Ces fractures ont été successivement percolées et colmatées par des fluides. La pression fluide caractéristique de ces séquences d'ouverture-colmatage des fractures peut être contrainte par une étude microthermométrique des inclusions fluides présentes dans les quartz secondaires qui colmatent les veines. La prise en compte de i) la répartition géométrique des pôles des filons, ii) de considérations empiriques des critères de rupture, et iii) des pressions fluides, a permis finalement de mettre au point une méthodologie de quantification des tenseurs de paléocontraintes à l'origine du développement des systèmes filoniens à Soultz.