Surface manifestations of hydrothermal fluids such as fumaroles and hot springs provide valuable information about the level of activity of a volcano during quiescent period. Geochemical study of gas and spring waters is useful to elaborate geochemical model for magmatic-hydrothermal system. Furthermore, temporal geochemical monitoring of these fluids with time provides a better understanding in processes occurring inside the volcano and can be useful to detect any changes in the activity of the magmatic-hydrothermal system. This thesis investigates two hydrothermal systems at Kelud and Papandayan volcanoes that are located at Java Island in Indonesia. Kelud is considered as one of the most dangerous volcanoes of Java because of its frequent eruptions. After the last eruption that occurred in 1990, a new lake rapidly filled the crater of Kelud volcano. Water samples collected since 1993 are near neutral Na-K chloride fluids and are typical of aged hydrothermal system where the acidity has been completely neutralized by fluid-rock interaction and where the emission of acid magmatic gases has stopped. Two sudden increases in lake temperature in 1996 and 2001 were accompanied by rapid changes in lake water compositions and suggest the existence of two hydrothermal systems feeding the lake: a shallow hydrothermal system dominated by Ca-Mg sulfate waters and a deepest aquifer with neutral alkali chloride waters. From 2001 to 2005, measurements of CO2 emitted by the surface of the lake were performed by using the accumulation chamber method modified in order to work at the surface of a crater lake. Two statistical methods were used to process data: the graphical statistical and stochastic simulation methods. The results of graphical statistical approach showed that two different degassing processes are acting at the lake surface: one corresponding to CO2 fluxes resulting from rising bubbles and the other corresponding to equilibrium diffusion of dissolved CO2 at the water-air surface. Total CO2 emission rate estimated by stochastic simulation ranges from 105 t/day for 2001 to 32 t/day for 2005. Thermal energy released by the lake was also estimated by using an energy balance model with a new constraint using the CO2 flux. The thermal flux decreased from 200 MW (2001) to 100 MW (2002) and then remained stable. Correlation between the chemical data of waters, the fluxes of CO2 and energy show that a constant decrease in the level of activity of the volcano since 1993 occurred although the lake temperature has been stable since 2003. Since the last magmatic eruption that occurred in 1772, phreatic eruptions occur on Papandayan volcano with the last one in 2002. The volcanic material ejected during this eruption is essentially made of altered rocks from within the hydrothermal system. The interaction of acid waters with the host rocks corresponds to an advanced argilic alteration. The chemical compositions of waters from Papandayan volcano and Kelud lake waters are contrasting. Indeed, the spring waters sampled since 1994 are acid sulfate-chloride waters and acid sulfate waters. The chemical and isotopic analyses of gases and waters suggest a significant magmatic contribution in SO2, HCl and HF to the hydrothermal system. The chemical composition of waters sampled after the 2002 eruption have provided information about origin of this eruption. Decrease in chloride concentration and in delta 34S of dissolved sulfates showed that the magmatic contribution in these fluids are less important and that the waters are likely to be formed by the condensation of steam (H2O, H2S) rising from a boiling aquifer.<p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation géologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La perméabilité est une propriété essentielle notamment pour déterminer la nature explosive des volcans, ainsi que pour de nombreuses autres applications scientifiques et industrielles dans les environnements où l'écoulement du fluide est une préoccupation majeure. Combinant des méthodes expérimentales de déformation des roches en laboratoire, des approches de terrain, de la modélisation numérique, et des analyses systématiques de microstructure, ce travail a mis en évidence le caractère complexe de la formation et la destruction des réseaux poreux dans le magma et des roches volcaniques. La compétition entre les processus dilatants (qui augmentent la porosité) et compactants (qui la diminuent) exerce une influence sur les propriétés de transport des fluides à la fois dans le magma et dans la roche volcanique solidifiée. Ces processus incluent la vésiculation et la croissance des bulles dans le conduit, la rupture et la compression du magma, la fracturation issue du refroidissement et fracturation induite par le transport, ainsi que la déformation pendant ou après la mise en place des matériaux, et la densification par frittage. / The permeability of various volcanic materials is an essential parameter governing the explosive behaviour of volcanic systems, as well as being important in many other scientific and industrial applications in environments where fluid flow is a major concern. Combining experimental rock deformation methods with field measurements, numerical modelling, and systematic analyses of rock microstructure, this work explores the complexities involved in the formation and destruction of porous networks in magma and volcanic rocks, addressing how permeability can evolve in volcanic systems. Competition between dilatant processes (which increase porosity) and compactant processes (which decrease porosity) influences the fluid transport properties both in the conduit-dwelling magma and in solidified edifice rock. These processes include (but are not limited to) vesiculation and bubble growth in the conduit, fracture and compaction of magma, post-emplacement thermal or mechanical fracturing, strain-induced deformation, and viscous sintering.

La caractérisation granulaire de dépôts hétérométriques organisés en paquets glissés implique une démarche systématique afin d'optimiser l'extraction de données et de les rendre comparables. La quantification des rapports structures-fractions granulaires a permis de mettre en évidence des cinématiques localisées, inscrites dans des cinématiques d'ordre I. Les rides de Tutupaca, le lobe distal du Pichu-Pichu, l'effondrement du Misti au Pérou; la levée latérale du Cheix et le charriage distal de Perrier aux Mt Dore ; les transformations de Meager au Canada, de la Qda San Lazaro au Pérou, de Pardines en France ont été quantifiés. Héritage volcanique, ségrégations granulaires, cataclases syn-tectoniques sont des précurseurs aux modifications matricielles, à l'origine des transformations distales en lahars. Les données ainsi comparées permettent de proposer des classifications sédimentologiques distinguant les effondrements proximaux des transformations par les fluides ( hydrothermaux, eau). Seules quelques équations regroupent l'ensemble de ces dépôts. / The sedimentology of heterogeneous granular deposits, such as debris avalanches deposits require a systematic method to describe and compare data. The relationships between the localized structures and granular distributions show that the localized granular kinematics follow with the larger kinematic structural order. Structures and sedimentology are studied and quantified at the following debris avalanche deposits: the ridged avalanche units at Tutupaca (s. Peru), the distal lobe of the Pichu-Pichu debris avalanche (Arequipa, Peru), a lateral levee of a deposit at Cheix (Sancy volcano, France), a thrusted distal lobe at Perrier (Mt Dore, France). Debris avalanche - lahar transformations are studied at Mt Meager (Canada), Qda San Lazaro (Misti, Peru), Pardines (Mt Dore, France). The inherited granular distribution, the granular segregation, the syn-tectonic cataclasis are precursor stages to the distal matrix transformations. Sedimentological classifications are produced that differentiate the proximal collapse from later transformations caused by fluids (gas, water). Some equations are common for these heterogeneous deposits.

Le dioxyde de soufre (SO2) est un des principaux gaz émis lors des éruptions volcaniques. Au Piton de la Fournaise (La Réunion) environ 230 kT de SO2 ont été libérés pour la seule éruption d'avril 2007. Ces émissions ont provoqué d'importants problèmes sanitaires associés à des dégradations des infrastructures et des écosystèmes. Les mesures de SO2 réalisées par l'ORA ont relevé des concentrations supérieures aux seuils critiques pour la santé mais pas aux périodes où l'éruption était la plus intense. SO2 étude consiste à utiliser le modèle meso-échelle atmosphérique Meso-NH pour simuler le transport de SO2 entre le 2 et le 7 avril, avec une attention portée sur l'influence des flux de chaleur provenant des coulées de lave. Trois domaines sont imbriqués de 2 km à 100m de résolution horizontale. Cette étude de modélisation couple simultanément (i) la dynamique atmosphérique de méso-échelle Meso-NH, (ii) un module de chimie en phase gazeuse et phase aqueuse, et (iii) un modèle de surface simulant une propagation de coulée de lave. Tous les flux (chaleur, vapeur, SO2, CO2 et HCl) sont déclenchés en ligne et sont fonction de la dynamique du front de propagation. Nos simulations reproduisent les observations des concentrations en surface de SO2 pour cette période et diverses analyses de sensibilité montrent que la distribution de soufre a été principalement contrôlée par le flux de chaleur de lave. Les dernières simulations incluent la modélisation du panache de vapeur d'eau lors de l'entrée de la lave en mer. Enfin, deux tests de sensibilités ont été réalisés sur la journée du 5 avril afin d'analyser les interactions dynamiques entre les différentes convections : au cratère et au-dessus de la lave (flux de chaleur sensible) et lors de l'entrée de la lave en mer (flux de chaleur latente). / Sulphur dioxide (SO2) is one of the main gases emitted during volcanic eruptions. The Reunion Island experienced its biggest eruption of Piton de la Fournaise Volcano during April 2007 and this event degassed more than 230 kt of SO2. Theses emissions led to important health issues, accompanied by environmental and infrastructure degradations. SO2 measurements made by the ORA noted higher concentrations than the critical threshold for health but not to periods when the eruption was the most intense. Our study is to use the atmospheric mesoscale model Meso-NH to simulate the transport of SO2 between 2 and 7April, with a focus on the influence of heat flow from lava flows. Three domains are nested from 2km to 100m of horizontal resolution. This modeling study torque simultaneously (i) atmospheric dynamics of mesoscale Meso-NH, (ii) a chemistry module in the gas phase and aqueous phase, and (iii) a surface model simulating a lava flow spread. All flow (heat,vapor, SO2, CO2 and HCl) are triggered online and are function of the dynamics of thepropagation front. Our simulations reproduce the observations of surface concentrations of SO2 for that period and various sensitivity analyzes show that the sulfur distribution was mainly controlled by the lava heat flow. The latest simulations include the modeling of the Laze plume when the lava meet the sea. Finally, two sensitivity tests were performed on the day of April 5 to analyze the dynamic interactions between convections: the crater andover the lava (sensible heat flux) and at the entry of lava into the sea (latent heat flux).

Surface manifestations of hydrothermal fluids such as fumaroles and hot springs provide valuable information about the level of activity of a volcano during quiescent period. Geochemical study of gas and spring waters is useful to elaborate geochemical model for magmatic-hydrothermal system. Furthermore, temporal geochemical monitoring of these fluids with time provides a better understanding in processes occurring inside the volcano and can be useful to detect any changes in the activity of the magmatic-hydrothermal system. This thesis investigates two hydrothermal systems at Kelud and Papandayan volcanoes that are located at Java Island in Indonesia. Kelud is considered as one of the most dangerous volcanoes of Java because of its frequent eruptions. After the last eruption that occurred in 1990, a new lake rapidly filled the crater of Kelud volcano. Water samples collected since 1993 are near neutral Na-K chloride fluids and are typical of aged hydrothermal system where the acidity has been completely neutralized by fluid-rock interaction and where the emission of acid magmatic gases has stopped. Two sudden increases in lake temperature in 1996 and 2001 were accompanied by rapid changes in lake water compositions and suggest the existence of two hydrothermal systems feeding the lake: a shallow hydrothermal system dominated by Ca-Mg sulfate waters and a deepest aquifer with neutral alkali chloride waters. From 2001 to 2005, measurements of CO2 emitted by the surface of the lake were performed by using the accumulation chamber method modified in order to work at the surface of a crater lake. Two statistical methods were used to process data: the graphical statistical and stochastic simulation methods. The results of graphical statistical approach showed that two different degassing processes are acting at the lake surface: one corresponding to CO2 fluxes resulting from rising bubbles and the other corresponding to equilibrium diffusion of dissolved CO2 at the water-air surface. Total CO2 emission rate estimated by stochastic simulation ranges from 105 t/day for 2001 to 32 t/day for 2005. Thermal energy released by the lake was also estimated by using an energy balance model with a new constraint using the CO2 flux. The thermal flux decreased from 200 MW (2001) to 100 MW (2002) and then remained stable. Correlation between the chemical data of waters, the fluxes of CO2 and energy show that a constant decrease in the level of activity of the volcano since 1993 occurred although the lake temperature has been stable since 2003. Since the last magmatic eruption that occurred in 1772, phreatic eruptions occur on Papandayan volcano with the last one in 2002. The volcanic material ejected during this eruption is essentially made of altered rocks from within the hydrothermal system. The interaction of acid waters with the host rocks corresponds to an advanced argilic alteration. The chemical compositions of waters from Papandayan volcano and Kelud lake waters are contrasting. Indeed, the spring waters sampled since 1994 are acid sulfate-chloride waters and acid sulfate waters. The chemical and isotopic analyses of gases and waters suggest a significant magmatic contribution in SO2, HCl and HF to the hydrothermal system. The chemical composition of waters sampled after the 2002 eruption have provided information about origin of this eruption. Decrease in chloride concentration and in delta 34S of dissolved sulfates showed that the magmatic contribution in these fluids are less important and that the waters are likely to be formed by the condensation of steam (H2O, H2S) rising from a boiling aquifer.

Les caractéristiques hydrogéologiques de la Chaîne des Puys sont liées à ses particularités climatiques, géologiques, morphologiques et environnementales qui vont contraindre l'eau souterraine en terme d'origine, quantité, qualité et parcours dans les aquifères volcaniques. La composition chimique et isotopique de l'eau reflétant l'ensemble des processus intervenant lors du cycle de l'eau, ses variations au sein et entre les différents compartiments permettent donc de préciser le rôle de ces différents facteurs. C'est l'objet de cette thèse qui porte sur la caractérisation chimique (ions majeurs) et isotopique (δ18O, δ2H, δ13C) des différentes étapes du cycle de l'eau afin de définir le fonctionnement des aquifères sous-volcaniques de la Chaîne des Puys. Dans cette perspective, notre travail s'est articulé autour de deux thèmes : 1) la définition du signal d'entrée des aquifères régionaux, préalable indispensable à toute étude hydrogéologique, 2) l'étude du fonctionnement du bassin versant d'Argnat localisé au Nord de la Chaîne des Puys. L'étude des mécanismes d'acquisition de la chimie de la pluie (Na+, K+, Mg2+, NH4+, Ca2+, Cl-, NO3-, SO42- , PO43-, HCO3-) en fonction de son trajet longue distance (rainout), et de l'influence des paramètres météorologiques, environnementaux locaux sur le lessivage pendant la pluie (washout), montre que la majorité des pluies proviennent de l'Atlantique et du Bassin Méditerranéen et est essentiellement influencée par les éléments terrigènes (Ca2+, HCO3-) et anthropiques (NO3-,NH4+,SO42-), souvent associés (processus de neutralisation). L'influence locale sur la chimie est surtout liée aux éléments terrigènes provenant du bassin sédimentaire de la Limagne, mais l'humidité du sol, la direction et la vitesse du vent peuvent favoriser une recharge du nuage en éléments anthropiques originaires de l'agglomération de Clermont-Ferrand. L'évolution des paramètres chimiques (ions majeurs) et isotopiques (δ18O, δ2H, δ13C) entre les différents compartiments du bassin d'Argnat met en évidence le rôle de la zone non saturée dans l'alimentation de la zone saturée des aquifères volcaniques. Il apparaît ainsi que le schéma d'une alimentation verticale n'est pas simple et que le comportement de la zone non saturée se rapproche de celui d'un aquifère perché. Dans ce cas, l'existence d'un aquifère perché ne peut s'expliquer que par des circulations superposées à l'intérieur même de la coulée basaltique qui s'avère ainsi hétérogène du point de vue des caractéristiques physiques et donc de l'hydrodynamique. L'étude du transfert en zone saturée depuis l'amont vers l'aval, à partir de 10 points de prélèvements permet d'estimer, compte tenu du contexte géologique et de la topographie, la contribution relative des alimentations de haute et basse altitude. Ces venues de basse altitude modifient significativement la chimie de l'eau, notamment via des apports en éléments anthropiques tels que les chlorures et les nitrates. L'interprétation des mesures de δ13C associées aux calculs de pCO2 confirme la présence de CO2 d'origine profonde et précise sa répartition géographique dans le bassin d'Argnat.

Dans le cadre de cette thèse, nous avons cherché à mieux comprendre le comportement des éléments traces – et notamment des éléments légers Li et B – lors des processus de dégazage magmatique par une approche géochimique, basée sur l'analyse de produits volcaniques naturels (laves, gaz, aérosols volcaniques) de deux volcans aux styles éruptifs très contrastés, le Piton de la Fournaise (Réunion) et le Lascar (Chili). Dans un premier temps, cette étude s'est intéressée au rôle des transferts de gaz dans le déclenchement des éruptions majeures et aux échelles de temps impliquées. L'étude des compositions en éléments traces des laves récentes (1998-2008) du Piton de la Fournaise nous a notamment permis d'identifier des anomalies transitoires en éléments volatils (p.e., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) en début de l'éruption majeure d'avril 2007. La cinétique de fractionnement par diffusion des éléments explique les anomalies observées. Les courts laps de temps nécessaires pour fractionner par diffusion Li par rapport à Cd (minutes à quelques heures) et Bi par rapport à Cd (quelques heures à deux jours) soutiennent l'idée que les magmas ont subi des variations rapides de pression quelques jours avant l'effondrement du cratère du Dolomieu. Dans un second temps, ce travail de thèse a porté sur le dégazage passif du volcan Lascar. Le panache volcanique dilué a été échantillonné au cours de 3 missions d'échantillonnage, menées entre 2009 et 2012, et caractérisé en termes de gaz acides (SO2, HCl, HF) et d’éléments traces. Au cours de ces missions, des mesures de flux de SO2 par DOAS ont également été réalisées. Les données mettent en évidence deux sources principales qui contribuent à l'activité de dégazage observée en surface: un réservoir magmatique profond et un système hydrothermal superficiel. Les contributions des deux sources varient dans le temps en réponse aux changements de l'activité volcanique. Cette évolution temporelle a été démontrée non seulement avec des traceurs répandus comme le SO2 et HCl, mais aussi avec des éléments traces à la fois volatils et très mobiles tel que le B. Pour la détermination des teneurs en B de nos échantillons, nous avons développé une méthode de dosage très précise par dilution isotopique. Appliquées aux laves du Piton de la Fournaise, cette technique nous a permis d'estimer les quantités de B perdues lors des processus de dégazage magmatique (ϵB compris entre 10 et 30%) ainsi que leur dépendance aux conditions de dégazage (continu en système ouvert, processus pré-, syn- et post-éruptifs). Appliquées aux aérosols du Lascar, elle nous a permis de montrer que la volatilité du B est favorisée lors des processus hydrothermaux (interactions gaz-eau, gaz-roche). Enfin, appliquées à des enclaves de péridotites, cette technique nous a permis d'apporter des contraintes nouvelles sur le comportement du B dans le manteau terrestre et d'estimer la teneur en B du manteau primitif (0,26 ± 0,04 ppm). / This study is aimed at better understanding the behavior of trace elements – and notably those of light elements such as Li and B – during magma degassing processes. For this purpose, we used a geochemical approach based on the analysis of fresh lavas and volcanic aerosols from Piton de la Fournaise (Réunion) and Lascar (Chile) volcanoes, respectively. Firstly, this thesis work focused on the role of gas transfers in triggering major eruptions and the time scales involved. Trace element analyses of recent lavas (1998-2008) of Piton de la Fournaise reveal anomalous abundances of volatile elements (e.g., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) a few days prior to the April 2007 summit collapse. The kinetic (diffusive) fractionation of elements accounts for the observed anomalies. The short time-scales required to fractionate Li from Cd diffusively (minutes to hours) and Cd from Bi (few hours to two days) support the idea that the magmas underwent rapid pressure variations a few days before the summit collapse.Secondly, this study concentrated on the quiescent degassing activity of Lascar volcano. Both major gaseous species and trace element enrichment in gas and aerosols collected in the sustained plume over the period 2009 to 2012 suggest the involvement of two main degassing sources with contrasted geochemical signatures: a deep magmatic reservoir and a shallow hydrothermal system. Contributions from these two dominant sources vary with time in response to changes in volcanic activity. This temporal evolution has been shown not only by well-known tracers such as SO2 and HCl, but also by a trace element both volatile and highly fluid-mobile such as B. To determine the bulk boron concentration of our samples, we have developed a robust low-blank method based on isotope dilution ICP-MS. Applied to lavas of Piton de la Fournaise, this technique allowed us to quantify the amount of B lost during magma degassing (10-30%) and its dependency on degassing conditions. Applied to aerosols of Lascar, it enabled us to show that B volatility is enhanced during hydrothermal processes (gas-water, gas-rock interactions). Finally, applied to fertile peridotite xenoliths, it led us to establish new constraints on the behavior of B during mantle processes and estimate a primitive mantle B content of 0.26 ± 0.04 ppm.

L'activité volcanique peut représenter une source naturelle de pollution atmosphérique. Cette pollution peut engendrer une dégradation de la qualité de l'air, affecter la santé humaine et perturber la sécurité aérienne. Le Piton de la Fournaise à La Réunion est l'un des volcans basaltique les plus actifs au monde. Ses éruptions sporadiques génèrent des panaches volcaniques essentiellement constitués de gaz et de nanoparticules qui se propagent dans l'atmosphère. En journée, la formation d'oxydants (photolyse) permet d'oxyder une partie du dioxyde de soufre en acide sulfurique. Les molécules d'H2SO4 peuvent réagir avec les molécules d'eau atmosphérique pour former des embryons via la nucléation binaire homogène. Puis, ces embryons grossissent grâce aux processus de condensation et/ou coagulation conduisant alors à la formation d'un aérosol volcanique submicronique. Cette thèse vise à observer, comprendre et modéliser les processus de Formation de Nouvelles Particules (FNP) au sein des panaches volcaniques. De ce fait, elle s'organise en deux parties. La première se base sur les données recueillies lors de la campagne multidisciplinaire STRAP menée à l’observatoire du Maïdo et au Piton de la Fournaise en 2015. Elle expose les résultats issus d’une double analyse de la fréquence et de l’intensité des événements de FNP à l’observatoire. Tandis que la première analyse s’intéresse aux processus en l’absence du panache volcanique, la seconde met en exergue les spécificités de la FNP liées à sa présence au Maïdo. La seconde partie s'axe autour de la modélisation d'abord 0D puis 3D des processus de FNP au sein des panaches volcaniques via le modèle atmosphérique Méso-NH. / Volcanic activity can be a natural source of air pollution. This pollution can lead to a deterioration in air quality, affect human health and disrupt aviation safety. The Piton de la Fournaise in Reunion Island is one of the most active basaltic volcanoes in the world. Its sporadic eruptions generate volcanic plumes consisting mainly of gases and nanoparticles that spread in the atmosphere. During the day, a part of the sulphur dioxide can be oxidized to sulphuric acid thanks to oxidants production (photolysis). H2SO4molecules tend to react with atmospheric water molecules and form clusters via homogeneous binary nucleation. Then, these clusters grow by condensation and/or coagulation processes leading to the formation of a submicronic volcanic aerosol. This thesis aims to observe, understand and model the New Particle Formation (NPF) processes within volcanic plumes. Consequently, it is organized in two parts. The first is based on the data gathered during the multidisciplinary STRAP campaign conducted at both the Maïdo Observatory and Piton de la Fournaise volcano in 2015. It presents the results from a dual analysis of the NPF events frequency and intensity at the observatory. While the first analysis focuses on processes in the absence of the volcanic plume, the second highlights the specificities of the NPF related to the presence of the plume at Maïdo. The second part focuses on 0D then 3D NPF processes modelling within volcanic plumes via the Meso-NH atmospheric model.

L’archipel des Açores dans l’océan Atlantique est édifiées sur un épais plateau océanique, à proximité de la jonction triple entre les plaques Nord-américaine (Na), Nubienne (Nu) et Eurasienne (Eu). La formation du plateau et l’origine du volcanisme ont été le plus souvent attribués à la présence d’une instabilité mantellique. Cependant, la répartition et la morphologie des édifices volcaniques semblent avoir été grandement influencés par la déformation régionale liée à la migration de la frontière de plaque (Eu/Nu). En effet, la frontière serait passée d’une faille transformante aujourd’hui inactive, la zone de fracture est des Açores (EAFZ), à un rift ultra lent actif appelé le Rift de Terceira (TR).Lors de ce travail, nous utilisons le volcanisme comme marqueur de la déformation régionale. Nous nous intéressons particulièrement aux îles de S. Miguel et Graciosa, qui sont localisées à l’intérieur du TR, et à Santa Maria, une île volcanique éteinte qui se situe entre la EAFZ et le TR. De par leur position, ces trois îles constituent donc des cibles particulièrement appropriées afin d’étudier l’architecture et l’évolution de la frontière de plaque Eu/Nu durant les dernier Millions d’années. A partir de nouvelles données géomorphologiques, stratigraphiques, géochronologiques et tectoniques, couplées aux données bathymétriques et géophysiques disponibles, nous reconstruisons les étapes successives de construction et de démantèlement de ces îles puis discutons de leur signification géodynamique. Ces données sont ensuite complétées par des expériences de mécanique des fluides afin d’investiguer les liens possibles entre un panache mantellique, la migration de la frontière de plaque sur plusieurs échelles d’espace et de temps.Les résultats montrent que les édifices localisés dans le TR se construisent via des pulses volcaniques courts (<100 kyr) et relativement synchrones, séparés par des épisodes d’effondrements catastrophiques. Nous proposons qu’une telle évolution reflète des épisodes brefs et intenses de déformation régionale le long de la frontière de plaque active. La distribution des marqueurs tectoniques ainsi que leurs orientations N110 et N150 dans la partie Est de S. Miguel, nous conduit à proposer que l’extension oblique du TR est principalement accommodée par les failles bordières majeures du rift. Nous identifions une nouvelle tendance tectonique orientée N50° qui pourrait représenter des failles transformantes accommodant les variations d’obliquité du TR. L’activité de île de Santa Maria est ici datée entre 5.7 et 2.8 Ma. S. Maria a été façonnée par plusieurs effondrements sectoriels catastrophiques, le plus probablement déclenchés par les mouvements tectoniques régionaux. Nous identifions également une nouvelle structure de type graben reliant les îles de S. Maria et S. Jorge plus loin au NW. La forme de ce graben est semblable au TR et est située entre l’ancienne et la nouvelle frontière Eu/Nu. Nous interprétons ce graben comme un ancien rift transitionnel et donc comme une ancienne frontière de plaque Eu/Nu. A partir de nos données géochronologiques, nous proposons que la partie Est de ce rift transitionnel aurait migré vers la partie Est du TR entre 2.8 et 1.7 Ma.La migration de la frontière Eu/Nu a été interprétées par Vogt and Jung (2004) comme résultant de sauts successifs vers le NE de l’axe du Rift afin de maintenir sa position au dessus d’un point chaud fixe. Nos expériences de mécanique des fluides suggèrent que l’archipel des Açores, comme celui des Canaries, du Cap Vert, de Madère ainsi que les volcans sous marins de Great Meteor sont la signature en surface d’un groupe d’instabilités mantellique prenant naissance et remontant à partir du sommet d’un dôme thermochimique situé dans le manteau inférieur. De plus, Ces panaches secondaires pourraient être suffisamment faibles pour adapter leurs mouvements aux équilibres de forces pré-existants, notamment la structure et la morphologie de la lithosphère. / The Azores archipelago in the Atlantic comprises nine volcanic islands which developed on a thick oceanic plateau close to the Triple Junction between the North American (Na), the Nubian (Nu), and the Eurasian (Eu) lithospheric plates. The formation of the plateau and the origin of the volcanism remain controversial, but have been generally attributed to a plume-like mantle instability. However, the distribution of the volcanic edifices east of the Mid-Atlantic Ridge (MAR) appears greatly influenced by regional deformation associated with the northward migration of the Eu/Nu plate boundary from an extinct old transform fault, the East Azores Fracture Zone (EAFZ), up to the presently active ultra-slow Terceira Rift (TR). In this thesis, we use the volcanism as a marker for regional deformation. We especially focus on S. Miguel and Graciosa, which are located within the TR, and on S. Maria, an old volcanically extinct island located between the EAFZ and the TR. These three islands thus constitute particularly suitable targets to track the architecture and the evolution of the Eu/Nu plate boundary during the last few Myr. From new geomorphological, stratigraphic, geochronologic, structural/tectonic data, and existing bathymetric and geophysical data, we reconstruct the successive stages of growth and destruction of the islands, and discuss their geodynamic meaning. These data are then complemented by fluid dynamic modelling using laboratory experiments to examine the possible links between mantle instability, plate boundary migration and the development of the volcanism on various spatial and temporal scales.The new results on the islands show that the edifices located within the TR grew through short (<100 kyr) and partly synchronous volcanic pulses, separated by catastrophic sector collapses. We propose that such evolution reflects brief and intense episodes of regional deformation along the still active Eu/Nu plate boundary. The distribution of tectonic markers and the recognition of N110 and N150 tectonic structures in eastern S. Miguel leads us to propose that oblique extension in the TR is mainly accommodated by the master faults of the rift, and that the TR is presently not the locus of appreciable sea-floor spreading. Furthermore, we identify a new N050 trend, which may represent transform faults accommodating the variation in obliquity of the TR. The activity of S. Maria is here dated between 5.7 and 2.8 Ma. Like the recent islands, S. Maria experienced catastrophic flank collapses, most probably triggered by regional tectonics. We identify a new graben structure linking Santa Maria to the island of S. Jorge further NW. The shape of this graben is similar to the TR and it is located between the EAFZ and the current plate boundary. We interpret this graben as a former transient rift, and therefore an old Eu/Nu plate boundary. From the new data, we propose that the eastern part of the transient rift migrated to the eastern part of the TR between 2.8 Ma and 1.7 Ma.The overall migration of the Eu/Nu plate boundary to the north and the creation of the Azores plateau has been interpreted by Vogt and Jung (2004) as resulting from successive NE jumps of the rift axis to maintain its position over a fixed ‘hotspot’. Our fluid mechanics experiments suggest that the Azores, as Canary, Cape Verde, Madeira Islands and Great Meteor seamounts might be the surface signature of a cluster of mantle instabilities rising from the top of a large thermochemical dome located in the lower mantle. However, such secondary plumes present a strong time-dependence 5-40 Myr time scale. Moreover, they could be sufficiently weak to adapt their motions to the pre-existing force balances and morphology of the lithosphere. We therefore present a scenario of the Azores area evolution combining a triple junction and decompression melting buoyant material (i.e. such in volatiles and/or temperature) under a thickening lithosphere.

Ce travail correspond à une étude technique et fonctionnelle de l’équipement lithique taillé des chasseurs cueilleurs maritimes de la région de Magellan entre 6.000-3500 et 3000 BP. Cette période se caractérise par plusieurs changements, notamment dans les industries lithiques, qui ont mené à la définition de deux unités chrono-culturelles : La «Culture d’Englefield», à la période ancienne, caractérisée par une exploitation intensive de l’obsidienne verte ; et la «Tradition culturelle Ponsonby» à la période moyenne, caractérisée par son absence et l’apparition de grandes pointes lancéolées. L’analyse technique et fonctionnelle de l’équipement lithique de trois gisements, l’un appartenant à la période ancienne, et deux à la période moyenne, a permis d’évaluer ces discontinuités techniques et de les traduire en termes de comportements humains. L’analyse fonctionnelle a nécessité d’abord l’élaboration d’un cadre analytique pour l’application de la tracéologie au contexte d’étude, car les groupes canoeros (en canot) de la région ont exploité différents types de roche: obsidiennes, rhyolites, cinérites et RGFO métamorphiques. Ces matières premières réagissent de façon différente à l’utilisation, et leur analyse pose des problèmes méthodologiques différenciés et offre des possibilités interprétatives particulières. Ceci est illustré aussi bien lors de la description des traces d’utilisation expérimentales, que de l’analyse du corpus archéologique. En particulier, l’analyse des trois gisements a donné des résultats de qualité différente et les données concernant ceux de la période moyenne sont moins éloquentes que celles du site de la période ancienne. Ceci reflète des biais dus au type de roches utilisées pour la fabrication de l’équipement et ne répondent pas nécessairement à des comportements préhistoriques. Malgré ces biais, les résultats de l’analyse fonctionnelle ont servi d’abord à mieux comprendre les activités réalisées dans chaque site (boucherie, travail de la peau, des matières végétales, osseuses et minérales…). Dans un deuxième temps, ils ont permis de contribuer à la définition de l’équipement lithique de chaque période, de discuter certains choix techniques de fabrication et des comportements de gestion de l’outillage. Finalement, une comparaison diachronique est tentée, en discutant les changements et continuités dans la composition et gestion de l’équipement lithique taillé, en rapport avec les chaines techniques de fabrication et d’utilisation. / This work corresponds to a technological and functional study of the knapped lithic tool kit of the maritime hunter gatherers from Magallanes region between 6,000-3,500/3,000 BP. This period is characterised by several discontinuities, particularly in the lithic technology, that have led to the definition of two chrono-cultural unites. First, the so called “Englefield Culture” in the old period, characterised by an intensive exploitation of green obsidian. Then, the “Ponsonby Tradition”, in the middle period, which is defined by the absence of obsidian and the onset of big lanceolate bifacial points. The technological and functional analyses of the lithic tool kit of three archaeological sites, one associated to the old period and the other two related to the middle period, contributed to the evaluation of these technical discontinuities, which were seen in terms of human behaviour. The functional analysis required, in first place, of an analytic frame for applying the Traceology to the study context. This is because the canoeist groups exploited different lithic raw materials: obsidian, rhyolites, cinerites and metamorphic FGDR (Fine grain dark rocks). These raw materials respond in a different way to the use, therefore, their analysis implies methodological requirements and special interpretative possibilities. These particularities are evidenced in the description of the experimental use wear as well as in the results of the archaeological material analysis. In relation with the last ones, the analysis of the three sites yielded different results, and the data available for the contexts of the old period is more eloquent than the data of the middle period. This difference reveals a probable bias linked to the types of rocks used for the tool kit manufacture, and does not express necessarily human behaviour. Even though the bias presented above, the results of the functional analysis helped, in first place, to achieve a better understanding of the activities developed in each site (butchering, processing of skin, vegetable, bone and mineral materials). In second place, the data improved the definition of the lithic tool kit for every period, and allowed the discussion of some technical decisions in the manufacture chaine operatoires as well as the management behaviours of the tool kit. Finally, it was attempted to develop a diachronic comparison, discussing the changes and continuities in the composition and management of the lithic tool kit and stablishing the relationships with the manufacture and use chaine operatoires. / Este trabajo corresponde a un estudio tecnológico y funcional del equipamiento lítico tallado de los cazadores recolectores marítimos de la región de Magallanes entre los 6.000-3500/3000 AP. Este periodo se caracteriza por varias discontinuidades, particularmente en la tecnología lítica, que han conducido a la definición de dos unidades crono-culturales. Primero, la llamada “Cultura Englefield” en el periodo antiguo, caracterizada por una explotación intensiva de la obsidiana verde. Luego, la “Tradición Ponsonby”, en el periodo medio, caracterizada por la ausencia de obsidiana y la aparición de grandes puntas bifaciales lanceoladas. El análisis tecnológico y funcional del equipamiento lítico de tres sitios arqueológicos, uno asociado al periodo antiguo y dos al periodo medio, permitió realizar aportes a la evaluación de estas discontinuidades técnicas, vistas en términos de comportamientos humanos. El análisis funcional requirió, en primer lugar, de un marco analítico para aplicar la traceología al contexto de estudio, ya que los grupos canoeros explotaron diferentes materias primas líticas: obsidianas, riolitas, cineritas y RGFO (Rocas de Grano Fino Oscuras) metamórficas. Estas materias primas reaccionan de forma diferente al uso, y su análisis implica requerimientos metodológicos y posibilidades interpretativas particulares. Esto se evidencia tanto en la descripción de huellas de uso experimentales como en los resultados del análisis del material arqueológico. Con respecto a estos últimos, el análisis de los tres sitios arrojó resultados de calidad diferente, y los datos disponibles para el sitio del periodo antiguo son más elocuentes que los de los sitios del periodo medio. Esto refleja probables sesgos asociados a los tipos de roca utilizados para la fabricación del equipamiento, y no necesariamente comportamientos humanos. A pesar de estos sesgos, los resultados del análisis funcional sirvieron en primer lugar para lograr una mejor comprensión de las actividades realizadas en cada sitio (carnicería, trabajo de piel, de materias vegetales, óseas y minerales…). En segundo lugar, los datos permitieron realizar una mejor definición del equipamiento lítico para cada periodo, así como discutir algunas elecciones técnicas en las cadenas operativas de fabricación y los comportamientos de gestión del instrumental lítico. Finalmente, se intentó realizar una comparación diacrónica, discutiendo los cambios y continuidades en la composición y gestión del equipamiento lítico y estableciendo relaciones con las cadenas operativas de fabricación y uso.