L'objectif scientifique de ce travail est de mieux comprendre les transferts de carbone par les fleuves vers les océans et d'identifier les différents processus biogéochimiques susceptibles de contrôler ces transferts, à l'aide des signatures isotopiques (δ13C) du carbone. Pour ce faire, 25 bassins versants ont été étudiés à travers le monde, en allant de petits bassins versants élémentaires jusqu'aux grands bassins fluviaux. Les résultats obtenus mettent en évidence un contrôle majeur du δ13CCID par le dégazage de CO2 vers l'atmosphère et par l'oxydation du carbone organique (allochtone et autochtone). La signature isotopique moyenne δ13C du flux de carbone inorganique vers les océans est estimée dans cette étude à -11,8‰. Enfin, les premiers éléments d'un modèle numérique (δ-Carb) sont fournis dans cette étude pour simuler l'évolution du δ13CCID dans les rivières et les fleuves.

Ce rapport rassemble des travaux portant sur l'endommagement et la rupture de roches à des échelles allant de celle de l'échantillon de laboratoire à la celle de la croûte terrestre en passant par celle des massifs rocheux (falaises et mines souterraines). On y associe l'analyse de données acquises au laboratoire et in situ , leur modélisation statistique et conceptuelle et la simulation numérique. Cette approche permet d'appréhender la complexité du comportement des roches selon différents aspects. L'accent est d'abord mis sur les propriétés statistiques et les invariances d'échelles des structures d'endommagement et des événements sismiques observés pendant le processus de déformation et de rupture. Un modèle numérique, basé sur une approche mésoscopique de l'endommagement, est présenté pour la simulation des processus de rupture à court et long terme. Il permet de reproduire de nombreuses observations expérimentales en leur donnant un cadre mécanique et en permettant ainsi de préciser leurs conditions d'apparition. Cette approche permet de considérer le processus de déformation et de rupture des roches comme un système complexe dont les propriétés macroscopiques émergent de l'interaction entre éléments de plus petite échelle ayant des propriétés simples. Le rôle des fluides dans ce processus est abordé par l'observation de la sismicité induite dans un massif rocheux fracturé et la simulation numérique du couplage roche fluides. Enfin un projet de recherche est développé sur le thème de l'endommagement à long terme et du couplage hydromécanique.

Les structures de combustion constituent un témoin de la fréquentation humaine et leur étude permet d'appréhender un aspect du mode d'occupation d'un lieu donné. Ainsi, pour compléter les approches classiques qui s'intéressent à la typologie des foyers, à la fréquence des feux, à la nature des combustibles, etc., une caractérisation thermique de ces structures a été proposée. Elle s'appuie sur les impacts thermiques enregistrés par les sédiments soumis aux feux et plus précisément sur les modifications des propriétés de thermoluminescence (TL) et de magnétisme avec la chauffe.Le site-laboratoire est celui de la grotte de Fraux (Dordogne), occupée à l'Âge du bronze, dont le statut et le mode d'occupation pose question puisqu'elle présente tant des vestiges domestiques (sols de circulation, foyers, mobiliers) que des vestiges symboliques (manifestations pariétales, dépôts de mobilier). La place importante des foyers parmi ces vestiges a induit une étude spécifique de ces structures. En effet, ce site recèle plus d'une soixantaine de structures de combustion et, aspect important pour notre approche archéométrique, présente un état de conservation exceptionnel puisque la grotte est restée fermée depuis l'occupation de l'Âge du bronze.L'étude de certains foyers de la grotte des Fraux a permis de tester le potentiel de paléothermomètres fondés sur ces deux propriétés indépendantes à savoir la TL des grains de quartz et le magnétisme des oxydes de fer contenus dans les sédiments. Le paléothermomètre TL a été élaboré en comparant les signaux TL d'échantillons provenant de foyers archéologiques à ceux de références thermiques chauffées en laboratoire. Pour le magnétisme deux pistes ont été exploitées : les températures de déblocage de l'aimantation rémanente et l'évolution de la signature magnétique -minéralogie et taille de grain) avec la chauffe. La détermination des paléotempératures atteintes par les sédiments substrats des structures de combustion apporte une première indication sur leur intensité de chauffe. Afin d'étalonner ces informations paléothermométriques en termes d'énergie mise en jeu, des feux expérimentaux ont été réalisés. Ils ont permis de comparer les impacts thermiques entre feux archéologiques et feux expérimentaux, de construire un échantillonnage d'histoire thermique connue, mais aussi d'estimer les températures atteintes, les épaisseurs de sédiments affectés, les quantités de combustibles consommés pendant un temps donné, la quantité d'énergie dégagée par la combustion... Ces expérimentations ont aussi servi de base à une modélisation de la propagation de la chaleur dans les sédiments. Les simulations effectuées dans ce modèle numérique permettent alors d'estimer un temps minimal de fonctionnement des structures de combustion.Nous disposons ainsi d'un nouvel outil pour la caractérisation thermique de foyers archéologiques.

Sous le Chili central et l'ouest de l'Argentine (29°-35°S), la plaque océanique Nazca, en subduction sous la plaque continentale Amérique du Sud, change radicalement de géométrie : inclinée à 30°, puis horizontale, engendrée par la subduction de la chaine de volcans de Juan Fernandez. Le but de mon étude est d'évaluer, la variation de nature et de propriétés physiques de la lithosphère chevauchante entre ces deux régions afin de mieux comprendre (1) sa structure profonde et (2) les liens entre les déformations observées en surface et en profondeur. Pour répondre à cette thématique, j'utilise une approche originale couplant la sismologie, la thermométrie, et la pétrologie. Je montre ainsi des images 3-D de tomographie sismique les plus complètes de cette région par rapport aux études précédentes, qui intègrent (1) de nombreuses données sismiques provenant de plusieurs catalogues, (2) un réseau de stations sismiques plus dense permettant de mieux imager la zone de subduction. J'apporte la preuve que la plaque en subduction se déshydrate dans deux régions distinctes : (1) le coin mantellique, et (2) le long de la ride subduite avant que celle-ci ne replonge plus profondément dans le manteau. La croûte continentale au-dessus du flat slab possède des propriétés sismiques très hétérogènes en relation avec des structures de déformation profondes et des domaines géologiques spécifiques. La croûte chevauchante d'avant-arc, au-dessus du flat slab, est décrite par des propriétés sismiques inhabituelles, liées à la géométrie particulière du slab en profondeur, et/ou liées aux effets du séisme de 1997 de Punitaqui (Mw 7.1). Mes résultats, confirmant les études antérieures, montrent que : - le bloc Cuyania situé plus à l'est, dans la zone d'arrière-arc est plus mafique et contient une croûte inférieure éclogitisée ; quant à, la croûte continentale inférieure sous l'arc Andin, est épaisse et non-éclogitisée, décrivant surement le bloc felsique de Chilenia.

Le complexe plutonique (5 16 Ma ± 26) alcalin de Lueshe (NE Zaïre) est composé d'un corps syénitique bordé de carbonatites (sovite et béforsites). Des inclusions de composition minéralogique proche des syénitiques (nodules centimétriques à métrique) sont sporadiquement distribuées dans la sovite. Les nodules correspondraient à des fragments de composition syénitique incorporés et partiellement assimilées par le magma carbonatitique lors de sa mise en place. Leur composition chimique est intermédiaire entre celle des syénites et celle des carbonatites, alors que leur rapport TaINb est proche de celui des carbonatites. Les études pétrographiques, minéralogiques et géochimiques montrent que le magma syénitique et le magma carbonatitique ne sont pas cogénétiques. La composition géochimique des carbonatites est pluri-modale. Trois grands types ont été distingués. A Lueshe, le système magmatique aurait fonctionné en mode polyphasé véhiculant des magmas formés à des profondeurs différentes. Le magma carbonatitique riche en Mg serait généré à des profondeurs plus élevées (>20Kb) que celles nécessaires à la formation du magma riche en Ca. D'un point de vue minéralogique, la présente étude a mis en relief la grande vulnérabilité du pyrochlores vis-à-vis des conditions physico-chimiques du milieu, vulnérabilité qui se manifeste d'abord lors de l'altération hydrothermale par des franges réactionnelles (riches en Sr et TR), ensuite lors de l'altération supergène par des variations significatives de compositions chimiques. Le pyrochlore s'accumule de manière relative tout le long de la différenciation latéritique. Toutefois, il est affecté par des changements géochimiques successifs qui J'amène à des états à site A déficitaire mais sans changement d'état minéralogique. Les différentes compositions chimiques du pyrochlore dans les roches hydrothermalisées et dans les faciès latéritiques (kalipyrochlore, strontiopyrochlore, bariopyrochlore, calciopyrochlore) représentent des mémoires géochimiques des compositions des fluides, y compris les anomalies en Ce (ceriopyrochlore). A ces variations géochimiques supergènes qui sont détectés par analyse à la microsonde, il faut ajouter les phénomènes d'hydratation bien visualisés en spectroscopie infrarouge. L'étude de l'évolution thermique par couplage IRTF-analyse thermique des pyrochlores montre deux comportements contrastés entre le pyrochlore altéré et le pyrochlore frais. Ce dernier affiche une grande stabilité structurale tout le long du programme thermique, alors que le pyrochlore altéré s'avère moins stable et subie un changement d'état minéralogique qui se traduit dans la courbe DTA par un pic exothermique. L'analyse simultanée par IR des émanations de gaz indique que ce changement minéralogique est étroitement corrélé à la fin de la phase de déshydratation du pyrochlore.

La minéralisation aurifère primaire du secteur de Bogoin se présente sous forme d'un stockwerk quartzeux de direction N-S encaissé dans des roches vertes. Ces dernières appartiennent à une série métamorphique (limite faciès schistes verts-amphibolite) plissée en un synclinorium de direction N-S qui dessine un "doigt de gant" dans un vaste massif granito-gneissique. La foliation principale (SP) est plan axial de cette structure. L'ensemble est réputé archéen. Le synclinal s'ennoie vers le Sud sous une couverture gréso-quartzitique protérozoïque supérieur. Les granitoïdes sont en partie intrusifs dans la série métamorphique, comme le montrent des transformations endomorphiques au contact des roches vertes et des itabirites. Leur mise en place est anté-à syn-SP. Ils sont de type S et de caractère calco-alcalin. Des filonnets aplo-pegmatitiques marquent deux "migmatisations", l'une anté-à syn-SP, l'autre post-SP. La série métamorphique comprend, de bas en haut : Des roches vertes (amphibolites), des gneiss fins, des itabirites, une série rubanée volcano-sédimentaire couronnée par des métarhyolitoïdes de type calco-alcalin. Ces deux derniers termes n'avaient pas auparavant été décrits. Le magmatisme basique est de type tholéiitique et les faciès ultra basiques peuvent correspondre à des cumulats résultant du processus de cristallisation fractionnée. La découverte de tourmalinite dans le stockwerk aurifère montre l'intervention de fluides liés aux granitoïdes. Une première génération de de quartz gris renferme des sulfures (pyrrhotite destabilisée en melnicovite-marcasite, pyrite, mispickel, chalcopyrite) et l'essentiel de l'or libre. Une deuxième génération de quartz blanc est dépourvue de sulfures et renferme de faibles teneurs en or. Dans le secteur minéralisé, les roches vertes ont subi des altérations (chlorite, muscovite, trémolite-actinote, talc). Des anomalies en or existent dans les roches vertes altérées. La minéralisation de Bogoin présente un certain nombre de caractères correspondant au type "zone de cisaillement aurifère". Son cadre géologique correspond bien aux ceintures de roches vertes. Dans ce contexte, des concentrations aurifères peuvent être recherchées dans tous les termes lithologiques, notamment les itabirites et la série volcano-sédimentaire. (Centrafrique ; Or ; Précambrien ; Ceinture de roches vertes ; Zone de cisaillement ; Métallogénie ; Géochimie ; Magmatisme).

Le massif du Menderes, essentiellement gneissique en son coeur, est entouré d'une ceinture de micaschistes. Au Sud, une bande de près de 50 km de large, formant la couverture du massif, succéde aux micaschistes. Elle comporte des terrains calcaires métamorphiques (marbres de Mugla) d 'âge paléozolque et mésozolque dont la structure est grosso modo Sud Ouest, Nord Est. Des lambeaux de calcaires non transformés, datés du Crétacé , supérieur, en place sur les marbres au Nord Est de Mugla, donnent un âge anté-crétacé au métamorphisme. Plus au Sud, un grand contact anormal incliné vers le Sud Est sépare l'enveloppe calcaire du massif du Menderes d'un ensemble comprenant, en discordance sous les péridotites, des formations sédimentaires et volcaniques écaillées. Les ultramafites, constituées de harzburgites monotones traversées par des dykes diabasiques, affleurent sur de vastes espaces couvrant plus de 3 000 km2, leur puissance dépasse fréquemment 1500 m, elles n'ont pour cou* verture qu'un Miocène supérieur - Pliocène lacustre. L'âge de leur mise en place est discuté: il est Tertiaire inférieur pour V. KOVENKO (1949), anté-Crétacé moyen pour G. VAN der KAADEN (1960). Les terrains sédimentaires et volcaniques sous-jacents aux péridotites sont visibles en bordure du contact anormal sur la couverture du massif du Menderes, notamment dans les écailles au Nord de Karabortlen G. VAN der KAADEN (1954), P. de GRACIANSKY (1964). Ils réapparaissent largement au Sud Est, entre Köycegiz et Fethiye grlâce à une tectonique cassante qui a récemment affecté les péridotites. - Les écailles de Karabörtlen comportent des faciès métamorphiques issus de roches sédimentaires (marbres, séricitoschistes, calcschistes, quartzites, amphibolites) ou de roches effusives (faciès épidote ) amphibolite, spilites glaucophanisés) . - Entre Köycegiz et Fethiye, les formations écaillées, en contact anormal dans cette région sur un Flysch éocène ne sont plus métamorphiques, on y observe des calcaires datés du Permien au Paléocène, des calcaires argileux, des grès, des radiolarites et des laves (spilites, diabases) qui se sont mises en place au Crétacé moyen (G. VAN der KAADEN 1960). C'est précisément dans cette partie, au Nord Ouest de Fethiye, que se trouve notre terrain d'étude.

Mémoire (M.Sc.A.)-- Université du Québec à Chicoutimi ; 1986. / "Mémoire présenté pour l'obtention du grade de maîtrise es sciences appliquées" CaQCU Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (D.R.Min.) -- Université du Québec à Chicoutimi, programme en association avec l'Université du Québec à Montréal, 2005. / Bibliogr.: f. 156-160. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La fracturation hydraulique est au cœur d'un certain nombre de phénomènes naturels et induits et est cruciale pour un développement durable de la production de ressources énergétiques. Compte tenu de son rôle crucial, ce phénomène a été pris en compte au cours des trois dernières décennies par le monde académique. Néanmoins, un certain nombre d'aspects très importants de ce processus ont été systématiquement négligés par la communauté. Deux des plus remarquables sont l'incapacité de la grande majorité des modèles existants à aborder la propagation des fractures hydrauliques dans les massifs rocheux fracturés où l'injection de fluide peut à la fois conduire à la fracturation de la roche intacte et à la réactivation de fractures préexistantes. Un autre aspect essentiel de ce processus est qu'il est intrinsèquement tridimensionnel, ce qui est souvent négligé par les modèles actuellement disponibles. Pour aborder ce problème essentiel, un modèle hydro-mécanique couplé basé sur la méthode des éléments discrets a été développé. La masse rocheuse est ici représentée par un ensemble d'éléments discrets interagissant à travers des lois de contact cohésifs qui peuvent se casser pour former des fissures à l'intérieur du milieu simulé. Ces fissures peuvent se coalescer pour former des fractures. Une méthode de volume fini est utilisée pour simuler l'écoulement de fluide entre les éléments discrets. L'écoulement est calculé en fonction de la déformation de l'espace poreux dans le milieu intact et de l'ouverture des fissures dans les fractures. De plus, les fractures naturelles sont modélisées explicitement de sorte qu'elles peuvent présentées des comportements mécanique et hydraulique différents de ceux de la matrice rocheuse intacte. La simulation des processus de fracturation hydraulique dans un milieu initialement intact en considérant plusieurs points d'injection plus ou moins espacés a permis de mettre en évidence l'évolution spatio-temporelle des fractures hydrauliques et de quantifier l'impact des différentes stratégies d'injection sur des indices représentatifs du volume fracturé, de l'intensité et de la densité des fractures ou encore sur la pression de fluide au niveau du puits. De plus, l'injection dans une fente de perforation non alignée sur le plan de contrainte minimum a génère des fractures hydrauliques non planaires percolantes si la connectivité est faible, ce qui peut être gênant pour la mise en place du proppant. En outre, des interactions fortes prennent place entre des fractures hydrauliques étroitement espacées ont été mises en évidence grâce au le suivi de la orientation de contrainte principale locale et ont révélé l'importance des effets d'ombre de contrainte. Des solutions sont proposées pour optimiser les traitements multiples à partir d'un puits de forage non parfaitement aligné. Enfin, l'interaction entre une seule fracture hydraulique et une seule fracture naturelle de propriétés et d'orientations variables a été étudiée à l'aide du modèle proposé. L'évolution de la fracture hydraulique et la réponse globale de l'échantillon ont été enregistrées d'une manière comparable aux données expérimentales existantes pour établir un pont entre les résultats expérimentaux et numériques. Les fractures naturelles persistantes semblent être des barrières pour la fracture hydraulique si leur conductance est élevée par apport a celle de la matrice ou si leur raideur est faible par rapport a la rigidité du milieu environnant. D'autre part, une faible rigidité dans les discontinuités non persistantes pourrait provoquer une bifurcation de la fracture hydraulique principale. De plus, des angles d'approche élevés et des contraintes différentielles fortes semblent favoriser le croisement de la fracture naturelle alors que des angles faibles engendrent plutôt un glissement ou une dilatation par cisaillement de la partie du plan qui n'est pas affectée par la perturbation de la contrainte. / Hydraulic fracturing is at the core of a number of naturally occurring and induced phenomena and crucial for a sustainable development of energy resource production. Given its crucial role this process has been given increasing attention in the last three decades from the academic world. Nonetheless a number of very significant aspects of this process have been systematically overlooked by the community. Two of the most notable ones are the inability of the vast majority of existing models to tackle at once the propagation of hydraulic fractures in realistic, fractured rocks-masses where hydraulic fracturing is a competing dipole mechanism between fracturing of the intact rock and re-activation of exiting fracture networks. Another essential aspect of this process is that it is intrinsically three-dimensional which is neglected by most models. To tackle this vital problem taking into account these pivotal aspects, a fully coupled hydro-mechanical model based on the discrete element method has been developed. The rock mass is here represented by a set of discrete elements interacting through elastic-brittle bonds that can break to form cracks inside the simulated medium. Theses cracks can coalesce to form fractures. A finite volume scheme is used to simulate the fluid flow in between these discrete elements. The flow is computed as a function of the pore space deformation in the intact medium and of the cracks' aperture in the fractures. Furthermore, the natural fractures are modelled explicitly and present mechanical and hydraulic properties different from the rock matrix. Employing this model in an intact numerical specimen, single fluid injection and multiple closely spaced sequential injections, enabled the description the full spatio-temporal evolution of HF propagation and its impact on quantitative indexes used in description of hydraulic fracturing treatments, such as fractured volume, fracture intensity and down-the-hole pressure for different control parameters and in-situ stress-fields. Moreover, injections from perforation slots which are not well aligned to the minimum stress plane showed possible creation of percolating non-planar hydraulic fractures of low connectivity, which can be troublesome for proppant placement. Also, strong interactions between closely spaced HF were highlighted by tracking the local principal stress rotation around the injection zones, emphasizing the importance of stress shadow effects. Optimization solutions are proposed for multiple treatments from a non-perfectly aligned wellbore. Finally, interaction between a single hydraulic fracture and a single natural fracture of varying properties and orientations was studied using the proposed model. The evolution of the hydraulic fracture and the global response of the specimen were recorded in a way comparable to existing experimental data to bridge the experimental and numerical findings. Persistent natural fractures appeared to be barriers for the hydraulic fracture if their conductance is high compared to the matrix conductivity or if their stiffness is significantly low compared to the rock matrix rigidity. Low stiffness in non-persistent defects might also cause a bifurcation of the main hydraulic fracture due to the local stress field perturbation around the defect and ahead of the hydraulic fracture tip. Furthermore, high approach angles and differential stresses seemed to favour crossing of the natural fracture while low angles enable shear slippage or dilation on the part of the plane which is not affected by the local stress perturbation.