Lors de ce travail de thèse, la combinaison des méthodes de la géochimie analytique et isotopique avec les approches modélisatrices a permis d’apporter de nouvelles connaissances à la compréhension de la zone critique et du régolithe. Pour l’étude du régolithe, ce travail présente une méthodologie permettant de réaliser sur un même profil d’altération les analyses de la géochimie élémentaire, de la minéralogie, ainsi que des isotopes de la série de l’uranium (U-Th-Ra) et de l’isotope cosmogénique du 10Be in situ. Les résultats obtenus montrent l’importance de la bonne résolution spatiale de l’échantillonnage pour pouvoir pleinement exploiter les outils de la série U-Th-Ra et du 10Be in situ, notamment pour déterminer d’une manière indépendante les paramètres clés que sont les taux de production et de dénudation du régolithe à long terme. Les deux profils d’altération réalisés dans cette étude montrent de plus que (1) la structure du régolithe est relativement simple sur les positions sommitales et permet une interprétation continue des données géochimiques et minéralogiques et (2) les processus de pente tendent à augmenter l’hétérogénéité spatiale du régolithe et des processus d’altération. D’une façon complémentaire, le suivi et la modélisation hydrogéochimique des eaux de surface permettent d’étudier les processus d’altération actuels, et de comprendre les mécanismes impliqués dans leurs variabilités récentes. Ce travail a notamment montré le lien pouvant exister entre les modifications enregistrées en surface dans les solutions de sol et l’évolution temporelle des certaines propriétés chimiques des eaux de source (pH, concentration en calcium). Les simulations réalisées ont également permis de comprendre la faible variabilité des flux d’altération globaux exportés par les sources, en relation avec la relative stabilité des concentrations de sodium et de silice dissoute sur la période récente allant de 1990 à 2010. Cette étude a finalement montré l’importance du couplage des méthodes apportant des informations sur les processus d’altération et d’érosion à différentes échelles de temps et d’espace, en particulier pour évaluer correctement la dynamique du régolithe et pour replacer le fonctionnement actuel d’un bassin versant vis-à-vis de son évolution à long terme. / In this PhD work, the combination of the geochemical analytic and isotopic approaches with the modeling approaches has allowed to bring new insights to the understanding of the critical zone and the regolith. Concerning the regolith, this work presents a methodology to perform the analyses of the elemental geochemistry, of the mineralogy, as well as of the U-Th-Ra isotopes and of the in situ 10Be cosmogenic isotope along a single weathering profile. The obtained results highlight the importance of the sampling spatial resolution for an exhaustive interpretation of the U-Th-Ra and of the in situ 10Be data, especially to independently determine the key parameters of the long term regolith production and denudation rates. The two weathering profiles realized in this study furthermore show that (1) the regolith structure is relatively simple on ridge-tops and allows a continuous interpretation of the geochemical and of the mineralogical data and (2) the slope processes tend to increase the spatial heterogeneity of the regolith and of the weathering processes. In addition, the monitoring and the modeling of the surface waters allow to investigate the current weathering processes, and to understand the mechanisms involved in their recent variability. This work shows the relationship that can exist between the modifications recorded at the surface in the soil solutions and the temporal evolution of some chemical properties of the spring waters (pH, calcium concentration). The simulations also allow to understand the weak variability of the global weathering fluxes exported by the springs, in relation with the relative stability of the sodium and of the dissolved silica concentrations over the period 1990-2010. This study also demonstrates the interest of the coupling of methods providing information on the weathering and the erosion processes at different time and space scales, in particular to correctly evaluate the regolith dynamic and to position the present-day functioning of a watershed with respect to its long term evolution.

Les parties les plus anciennes des continents, les cratons, sont au centre des recherches mondiales non seulement parce qu'ils représentent des contraintes primaires pour notre compréhension de l'évolution primitive de la Terre, mais aussi en raison de leur potentiel minier important. Ce travail contribue à la compréhension de l'évolution géologique et géomorphologique du craton ouest africain, par une analyse intégrée de géophysique aéroportée, des données de télédétection, et des observations acquises autour des ceintures de Houndé, Boromo et Banfora et des domaines des granitoïdes associés dans l'ouest du Burkina Faso. Les résultats de cette intégration suggèrent que les domaines de granitoïdes sont formés par de nombreux plutons, d'une taille petite et moyenne. Ainsi, les données magnétiques ont fourni une meilleure définition des formes réelles de ces plutons. Trois événements de déformation (D1-D3) peuvent être distingués dans l'ouest du Burkina Faso. L'unité de basalte tholéiitique à mégacristaux de plagioclase nous a permis d'établir des corrélations stratigraphiques entre les deux ceintures. Les structures D1 pénétratives, résultant d'une compression orientée EO à ONO-ESE sont généralement recoupées par les zones de cisaillement D2. Ces zones de cisaillement D2 représentent des zones de prospective pour l'exploration aurifère. La géométrie régionale du système est gouvernée par un raccourcissement coaxial des unités volcaniques rigides et par un rajout progressif des magmas granitiques. La dernière compression (D3), est tardi-éburnéene ou peut-être même panafricaine. La composition minéralogique des roches et de leurs surfaces d'altération peut être étudiée à l'aide de spectroscopie visible et infrarouge. Une nouvelle bibliothèque spectrale a été acquise, composée des mesures in-situ et en laboratoire (0,35-2,5 µm) des roches et des matériaux régolithiques. Les spectres de réflectance des roches montrent l'influence d'altérations typiques des zones semi-arides. Les absorptions caractéristiques de Fe-OH et Mg-OH sont observables dans les roches mafiques et volcaniques intermédiaires ainsi que dans les granodiorites et tonalites. Les absorptions Al-OH sont typiques pour les roches volcano-sédimentaires et sédimentaires, et les matériaux de régolithe. Les absorptions de fer ferrique et ferreux ont été observées dans la plupart des matériaux échantillonnés. Les spectres des sols reflètent partiellement la composition minérale de la surface des roches altérées. Les données de spectrométrie gamma aérienne, ASTER, Landsat et de radar polarimétrique, ainsi que les paramètres morphométriques dérivés du modèle numérique de terrain SRTM, ont été utilisés pour caractériser les unités de régolithe dans la zone de Gaoua. Une méthode de classification par réseaux de neurones a été appliquée à l'ensemble des données, et ensuite comparée à un classificateur par maximum de vraisemblance. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une combinaison de spectrométrie gamma et des dérivés du modèle numérique de terrain. L'approche démontre le potentiel des réseaux de neurones pour l'analyse combinée de géophysique aéroportée et de données de télédétection dans la cartographie de régolithe.

Cette thèse a pour sujet l'étude du régolithe développé sur les massifs ultrabasiques de Nouvelle-Calédonie. Dès l'Oligocène, la Nappe des Péridotites est soumise à l'altération supergène sous climat tropical humide. Le manteau d'altération (régolithe) qui se développe est le siège de phénomènes géologiques dont l'un des plus remarquables estl'enrichissement des teneurs en Ni et Co. Ce régolithe très particulier, que constituent les profils latéritiques sur rochesultrabasiques, a été largement étudié par le passé, surtout pour son intérêt économique. Une synthèse des connaissances a été réalisée. De nombreuses données acquises durant cette thèse permettent de mieux cerner l'évolution minéralogique, géochimique et géologique des profils d'altération. Un apport important sur la connaissance des saprolites fines (oulatérites), peu étudiées, a été réalisé. La cartographie des formations ultrabasiques et de leur manteau d'altération (1/ 50000) s'appuie sur des observations de terrain classiques, et fait appel à la géomorphologie, l'analyse structurale, l'altérologie, l'hydrogéologie, etc. Afin d'améliorer la couverture cartographique sur des zones difficiles d'accès, de nouveaux outils ont été évalués. Le premier outil, la télédetection hyperspectrale, a permis avec succès de cartographier des zones de sols nus, mais aussi de réaliser des cartes minéralogiques ayant un intérêt pour la prospection minière (carte de répartition des oxy-hydroxydes de fer, carte du taux de serpentinisation). La deuxième méthode utilise quant à elle la spectrométrie gamma au sol, pour cartographier le cortège d'intrusif de l'ophiolite. L'âge de formation des manteaux d'altération reste difficile à établir. Le recours à une méthode de datation par paléomagnétisme a permis pour la première fois d' attribuer un âge aux cuirasses sommitales des profil s. Les âges les plus anciens obtenus (25 Ma) montrent que l'altération a débuté dès l'Oligocène supérieur à Thiébaghi et Goro, aux deux extrémités de la Grande Terre, mais qu'elle s'est interrompue à Thiébagi et qu'elle s'est pours uivie jusqu'à la période actuelle dans le Sud du Massif du Sud (Goro). L'étude pétrographique et paléomagnétique des cuirasses des klippes de la côte ouest montrent la difficulté de retrouver des témoins de la surface oligocène sur ces massifs. Les observations géomorphologiques témoignent d'un démantèlement avancé de ces massifs sous l'effet de mouvements verticaux importants. Une vision globale des évènements« post-abduction » peut-être proposée par l'étude complémentaire des (i) sédiments post-abd uction [Népoui principalement) et des (ii) granitoïdes oligocènes. En effet, la découverte récente d'un calcaire d'âge Miocène inférieur sous le conglomérat de Pindaï (Groupe de Népoui) permet de réévaluer précisément l'âge de dépôt de ce conglomérat torrentiel, constitué principalement d'éléments des profils d'altération oligocènes. L'âge obtenu est très proche de de celui du granite de Koum ayant subi une exhumation rapide (données traces de fissions sur apatite). L'ensemble des donnéesconvergent vers une cause tectonique plutôt qu'eustatique pour expliquer les mouvements verticaux importants responsables de la géomorphologie actuelle de la Ride de Norfolk. La rupture de la plaque plongeante, responsable de l'abduction, a permis la mise en place du granitoïde de Koum et le soulèvement de la Ride, à la faveur de l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique permettant la remontée de manteau.Le taux de surrection différent entre le Nord et le Sud de la Grande Terre est responsable de la configuration actuelle des massifs de péridotite. Dans le Nord du Massif duSud, la côte ouest et le Nord, les massifs sont montagneux et les gisements de nickel sont de type silicaté saprolitique (quelques plateaux présentent des latérites). Dans l'extrémité méridionale du Massif du Sud, les paysages sont des bassins et les gisements de nickel sont du type oxydé latéritique. / This work deals with regolith development on ultramafic rocks in New Caledonia. From the Oligocene on, the peridotite Nappe is subject to supergene weathering under wet tropical climate. The weathering mantle (regolith) that develops, led to geological phenomena of which the most remarkable are economie concentrations of Ni and Co. This particular regolith developed on ultramafic rocks, has been extensively studied in the past, especially for its economie interest. A lmowledge synthesis is presented. Data acquired during this work helps identifying the mineralogical, geochemical and geologicalevolution of weathering profiles. An important contribution to the knowledge of the Jess known fine saprolite (or laterite), has been done. Mapping ultramafic units and their weathering mantle (1/50, 000) is based on usual field observations, geomorphology, structural analysis, alterology, hydrogeology, etc. To improve mapping in remote areas, new tools were assessed. The first tool, hyperspectral remote sensing, has been successful used on areas of bare sail, but also to performmineralogical mapping having an interest in mineral exploration (mapping of distribution of iron oxy-hydroxides and of serpentinisation grade). The second method used is the gamma spectrometry to map the late-intrusive dyke network of the ophiolite. The age of formation of the regolith remains difficult to establish. The use of an indirect method by paleomagnetic dating allows for the first time to assign an age to the top-most ferricrete of the weathering profiles. The oldest age obtained (25 Ma) shows that weathering began during Late Oligocene at Thiébaghi and Goro, at both ends of the Grande Terre, butceased at Thiébagi while continuing up to the present period in the south of Massif du Sud (Goro). The paleomagnetic and petrographie study of ferricretes from the West Coast klippen, show the difficulty of finding remnants of the Oligocene surface on these units. Geomorphological observations show evidences of an early dismantling of the regolith onthese units due to large vertical movements. An overview of "post-abduction" events may be proposed by the further study of (i) post-abduction Oligocene sediments (Népoui series) and (ii) Late Oligocene granitoids. The recent discovery of an Early Miocene limestone unit of younger age below the Pindaï conglomerate (Népoui Group) allows to reassess precisely the time of deposition of this torrential conglomerate, consisting mainly of Oligocene regolith elements. Age obtained is very close to that of the Koum granite that has undergone a rapid exhumation (new apatite fission tracks data). A tectonic rather than eustatic cause explains better the large vertical movements responsible for the present geomorphology of the Norfolk Ridge. Slab break off of the overridden plate, responsible for the abduction, allowed the intrusion of Koum granitoid and the uplift of the ridge, du ring the opening of an asthenospheric window. The different rate of uplift between the North and the South of Grande Terre is responsible for the present configuration of peridotite massifs. In the northern part of Massif du Sud, the West Coast and the North of Grande Terre, the ultramafic units are in a mountainous context and nickel deposits are of the saproiite silicate type (a few plateaus have also laterite deposits). In the southern part of Massif du Sud, in a context of basins, nickel deposits are of the oxide lateritic type.

La Formation Fluvio-lacustre localisée dans le sud de la Grande Terre, se situe dans de petits bassins intramontagneux à la géométrie complexe. Cette formation d'une épaisseur maximale de 70 mètres a pour particularité de remanier les produits d'altération de péridotites et de gabbros (latérites ferrugineuses et argiles kaolinitiques). Contrairement à ce que suggère son nom, l'essentiel du remplissage des bassins est fluviatile, et débute le plus souvent par un conglomérat très grossier. Les seuls dépôts véritablement lacustres sont restreints aux lacs et dolines actuels. En raison de la forme lobée du contour de certains d'entre eux et de la présence de nombreuses dolines, ces bassins étaient interprétés comme des poljés résultant de la coalescence de dolines (Trescases, 1975). Cependant, la topographie ante fluvio-lacustre révélée par les sondages, montre d'anciennes vallées constituant un réseau hydrographique très semblable au réseau actuel, largement contrôlé par des fractures rectilignes. Dans la plupart des bassins (Pernod, Netcha, Plaine des Lacs, K04), les sédiments de la Formation Fluvio-lacustre reposent sur des formations d'altération en place, ce qui signifie qu'elles n'ont été que très peu érodées, contrairement à ce qui est observé plus au nord-ouest. En l'absence d'exutoires bien définis, ces bassins ont probablement connu une évolution partiellement endoréique. Dans le cas des bassins de la Rivière des Pirogues et de la Yaté, les dépôts sont limités au nord-est par le bloc surélevé d'Unia-Goro qui a joué un rôle de barrage permettant l'accumulation des sédiments. Les dépôts Fluvio-lacustres, limités par les accidents de Koum-Yaté-Goro et Koum-Col de Plum sont localisés à l'aplomb de l'anomalie gravimétrique du Grand Sud. Cette anomalie positive généralement interprétée comme un épaississement de la Nappe des Péridotites, pourrait tout aussi bien résulter d'un amincissement de la croûte continentale provoquant une remontée du manteau sous-jacent. La dépression topographique ainsi créée aurait favorisé l'accumulation et la préservation ultérieure des sédiments. / The Fluvio-lacustrine Formation located in the southern part of the 'Grande-Terre' is confined to small intramontaneous basins which possess a complex geometry. This formation with a maximal thickness of 70m has a distinctive feature which is that it reworks weathering products formed upon peridotites and gabbros (iron-rich laterites, kaolinitic clays).Unlike its name suggests, most of the sedimentary infill occurs in fluvial conditions and often starts with a very coarse torrential conglomerate. The only known occurrences of lacustrine sediments are restricted to actual lakes and dolines. Due to the lobbed shape of some basins and the numerous dolines developed upon the infill, these basins were previously interpreted as 'poljes' resulting from the coalescence of dolines (Trescases, 1975). However, the ante fluvio-lacustrine sediments topography revealed by drillings highlight old valley established by a hydrographic network similar to the actual network, controlled by straight faults. ln most basins (Pernod, Netcha, Plaine des Lacs, K04), sediments from the Fluvio-lacustrine Formation lay directly on in situ weathering formation, which means they have not been much eroded, unlike the north-western part of the island. The lack of well-defined outlets imply a partially endoreic evolution of these basins. Concerning the Rivière des Pirogues basin and the Yaté basin, sediments are limited to the north east by the uplifted block of Unia-Goro which played the role of a dam allowing the accumulation of sediments. Sediments from the Fluvio-lacustrine Formation are constrained by Koum-Yaté-Goro and Koum-Col de Plum fault zone and located at the vertical of a positive gravimetric anomaly. The later, interpreted as a thickening of the Peridotite Nappe could aIso result from a crustal thinning which caused an ascent of the mantle below. Topographic depression created by this process could have favour the accumulation and later preservation of sediments.