Academic literature on the topic 'Géologie profonde'

Cette these a pour but d'illustrer le processus a l'origine de l'alteration d'une portion plutonique de la croute oceanique presente a l'affleurement a proximite d'une faille transformante majeure. Les roches qui ont fait l'objet de cette etude ont ete recoltees par le submersible nautile sur le mur ouest de la ride medio-atlantique, durant la campagne hydrosnake en aout 1988. Cet echantillonnage est essentiellement constitue de roches gabbroiques montrant des degres variables d'alteration. La premiere partie de cette these est consacree a l'expose des donnees concernant le contexte d'echantillonnage: la zone m. A. R. K. (intersection est de la dorsale medio-atlantique avec la zone de fracture kane). Cet expose consiste d'abord en une revue bibliographique des donnees geophysiques et geologiques existantes. On y decrit egalement en detail les sites d'echantillonnage du point de vue geologique. La nature des echantillons et les structures observees au cours des plongees nous ont permis de dessiner une carte geologique schematique de la zone m. A. R. K. Les parties 2 et 3 traitent de la petrologie detaillee des echantillons. La deuxieme partie a pour but l'etude des textures et de la chimie des phases primaires. Celles-ci montrent la grande variete de l'echantillonnage a l'echelle du massif d'intersection. Ces caracteristiques sont discutees en comparaison de donnees disponibles sur d'autres roches gabbroiques de contexte similaire. La troisieme partie est consacree a l'etude des recristallisations secondaires et des processus d'interaction eau-roche. On a observe quelques echantillons a textures complexes de deformation et recristallisations precoces dans le facies amphibolite. Cependant, la majeure partie des recristallisations metamorphiques est de plus bas grade et aboutit a la cristallisation de tout un cortege de mineraux secondaires caracteristiques des facies de transition et schiste vert. Les dernieres phases developpees sont typiques du facies zeolite. La plupart des phases sont hydratees, elles indiquent un episode important et pluriphase de circulation de fluides dans les gabbros pendant leur mise en place au sein du massif d'intersection. La derniere partie regroupe les donnees de geochimie isotopique (de l'oxygene et du strontium) mesurees sur une selection d'echantillons. On y traite des interactions entre les fluides derives de l'eau de mer et les roches de la croute oceanique profonde. Ce chapitre a pour but de quantifier les rapports eau/roche, les temperatures isotopiques d'interaction, aussi de caracteriser la composition isotopiques du fluide. Les resultats sont compares a ceux deduits de l'etude paragenetique et a d'autres etudes geochimiques. En conclusion on discute des implications de ces donnees sur les processus de circulation des fluides dans la croute oceanique profonde au regard du contexte particulier de mise a l'affleurement des gabbros

Les réactions redox impliquant l’oxygène dissous (OD) sont les plus énergétiques et offrent une source majeure d'énergie pour la biosphère profonde. La capacité des milieux fracturés à transporter rapidement des eaux oxygénées de la surface vers la profondeur permet le maintien d’une hydrosphère oxique profonde (HOP) jusqu’à présent négligée. Cette thèse porte donc sur l’origine, la dynamique et les conséquences de cette HOP. Dans un premier temps, nous établissons un cadre conceptuel pour identifier les facteurs qui contrôlent le transport réactif de l’OD à l’échelle d’un bassin versant. Nous développons un modèle d’interactions eau-roche afin de prédire la profondeur de l’HOP. Ce modèle est ensuite utilisé pour expliquer l’occurrence d’une HOP dans les premiers 300 mètres de profondeur de l’Observatoire de la Zone Critique de Ploemeur. Nous étudions le δ18O de l'OD au sein de l'HOP afin d'identifier la distribution des processus biotiques et abiotiques qui contrôlent la réactivité de l'OD dans le bassin versant. Dans un deuxième temps, nous développons deux expériences in-situ pour explorer les conséquences de l’HOP sur le fonctionnement biogéochimique de la subsurface. Grâce à un test de traçage réactif à l'OD et une expérience d'incubation de minéraux, nous démontrons, respectivement, la réponse de la biomasse planktonique et de celle attachée aux minéraux aux dynamiques oxiques-anoxiques de la subsurface. Ces travaux mettent en lumière une HOP dans laquelle les processus biogéochimiques souterrains sont sensibles aux dynamiques hydrologiques de surface impliquant le transport de l'OD, remettant ainsi en question le paradigme de la biosphère profonde en tant que système inertiel et anoxique<br>Redox reactions involving dissolved oxygen (DO) are the most energetic and provide a major source of energy for the deep biosphere. The ability of fractured rocks to rapidly transport oxygenated waters from the surface to depth allows for the existence of a deep oxic hydrosphere (DOH), which has been historically neglected. This thesis focuses on the origin, dynamics, and consequences of this DOH. First, we establish a conceptual framework to identify the factors controlling the reactive transport of DO at the watershed scale. We develop a water-rock interaction model to predict the depth of the DOH. This model is used to explain the occurrence of a DOH within the first 300 meters of the aquifer in the Critical Zone Observatory of Ploemeur. We investigate the δ18O of DO within the DOH to identify the distribution of biotic and abiotic processes that control the reactivity of DO in the watershed. Second, we conduct two in-situ experiments to explore the consequences of the DOH on the biogeochemical functioning of the subsurface. A reactive DO tracer test and a mineral incubation experiment are developed to study the response of, respectively, the planktonic and mineral-attached biomass to oxic and anoxic dynamics in the subsurface. This work highlights a DOH in which subsurface biogeochemical processes are sensitive to surface hydrological dynamics involving the transport of DO, thus challenging the paradigm of the deep biosphere as an inert and anoxic system<br>Las reacciones redox que involucran oxígeno disuelto (OD) son las más energéticas y proporcionan una fuente importante de energía para la biosfera subterránea. La capacidad de las rocas fracturadas para transportar rápidamente aguas oxigenadas desde la superficie hasta la profundidad permite la existencia de una hidrosfera óxica profunda (HOP), que históricamente ha sido ignorada. Esta tesis se centra en el origen, la dinámica y las consecuencias de esta HOP. En primer lugar, establecemos un marco conceptual para identificar los factores que controlan el transporte reactivo del OD a escala de cuenca. Desarrollamos un modelo de interacción agua-roca para predecir la profundidad de la HOP. Este modelo se utiliza para explicar la ocurrencia de una HOP dentro de los primeros 300 metros del acuífero en el Observatorio de la Zona Crítica de Ploemeur. Investigamos el δ18O del OD dentro de la HOP para identificar la distribución de los procesos bióticos y abióticos que controlan la reactividad del OD en la cuenca. En segundo lugar, realizamos dos experimentos in-situ para explorar las consecuencias de la HOP en el funcionamiento biogeoquímico del subsuelo. Se desarrolla una prueba de trazador reactivo con OD y un experimento de incubación mineral para estudiar la respuesta de la biomasa planctónica y adherida a los minerales, respectivamente, a las dinámicas óxicas y anóxicas en el subsuelo. Este trabajo destaca una HOP en la que los procesos biogeoquímicos subterráneos son sensibles a las dinámicas hidrológicas superficiales que implican el transporte de OD, desafiando así el paradigma de la biosfera profunda como un sistema inerte y anóxico

Ce travail, basé sur l’analyse et l’interprétation de prélèvements (carottes kullenberg et calypso) calibrées avec des données acoustiques (sismique 3,5 kHz et multifaisceaux), propose une reconstruction du fonctionnement sédimentaire récent (derniers 250 ka) du système turbiditique profond du Nil (STPN). Pour cela, une étude stratigraphique détaillée et basée sur plusieurs outils a été nécessaire pour dater des séries sédimentaires riches en événements gravitaires et s’étendant sur plusieurs cycles glaciaire/interglaciaire. C’est l’établissement d’une écostratigraphie basée sur les assemblages de foraminifères planctoniques et calibrée avec des outils isotopiques et téphrochronologiques qui a permis d’atteindre une résolution d’étude proche de 2000 ans. Les résultats obtenus montrent que contrairement à la majorité des grands STP argilo-silteux modernes, alimentés par une source ponctuelle, le domaine profond de la marge nilotique comprend plusieurs éventails dont certains ont été alimentés en même temps. L’analyse détaillée des faciès et séquences sédimentaires a permis de mettre en évidence un fonctionnement sédimentaire lié aux conditions environnementales affectant le bassin versant du fleuve Nil et son delta. Ainsi, dans le STPN, le forçage climatique nuance le forçage glacio-eustatique classique et à l’origine des modèles stratigraphiques actuels. Les contrastes climatiques de l’Afrique nord orientale permettent notamment l’alimentation d’éventails turbiditiques pendant des périodes de haut niveau marin. Les crues majeures du Nil sont également à l’origine de processus de transport et de dépôt jusque-là peu documentés.

Le stockage en couche géologique profonde est considéré aujourd’hui comme une référence à l’international pour la gestion des déchets radioactifs. Dans le cadre de l’étude de faisabilité d’un tel stockage en France, un laboratoire de recherche souterrain a été construit par l’agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra) en Meuse/Haute-Marne. Dans ce contexte, tous les échanges gazeux et l’évolution de la chimie de l’air dans les ouvrages souterrains, galeries, micro-tunnels (alvéoles) et forages, doivent être compris. Le défi technologique est de suivre en continu une large gamme de molécules gazeuses à de faibles concentrations dans ces espaces confinés. Les travaux de cette thèse portent sur le comportement des gaz dans des ouvrages souterrains fermés et s’inscrivent dans cette problématique. Une station de surveillance de gaz nommée "Flair soil™" autonome a été conçue dans le but de réaliser un suivi in situ, en continu et en temps réel de l’évolution de la composition du gaz dans différents ouvrages, galeries et micro-tunnels du laboratoire souterrain de Bure. Ce dispositif est composé de deux analyseurs de concentrations de gaz. i) un spectromètre de masse quadripolaire dont le principe consiste à séparer les espèces gazeuses dans un mélange de gaz en fonction de leur rapport masse (m) sur charge (z). Il permet de suivre l'évolution de plusieurs espèces de gaz telles que les hydrocarbures légers, les gaz nobles, les gaz à effet de serre, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le monoxyde de carbone et le sulfure d’hydrogène. ii) un spectroscope laser infrarouge (Picarro) dont le principe consiste à introduire un échantillon de gaz dans une cavité optique et à déterminer l’absorbance optique de l’échantillon, fournissant ainsi des mesures simultanées des concentrations en CO2, CO et CH4. Après plusieurs mois de tests et calibrations dans le laboratoire souterrain, cette station a été utilisée pour des suivis de l’air d’une galerie et de plusieurs micro-tunnels fermés. Les résultats du suivi de l’évolution des gaz dans une galerie souterraine sur 4 mois ont conduit à mettre en évidence des évolutions différentes des gaz selon deux périodes : i) une période où les galeries sont ventilées et où l’activité humaine est importante (jours ouvrés) et ii) une période où les galeries ne sont pas ventilées et où il n’y a aucune activité humaine (weekends, jours fériés et/ou vacances). Ces observations permettent de mettre en exergue les sources et puits de trois gaz (CO2, CO et CH4) dans ces ouvrages. En effet, les gaz peuvent être consommés ou produits par plusieurs processus se produisant dans le Laboratoire de Recherche Souterrain, comme le dégazage du CO, du CO2 et du CH4 à partir de l'eau interstitielle de la roche, l'apport par la ventilation et la production par l’activité humaine, la production de CO ou de CO2 dans les gaz d'échappement des moteurs d’engins thermiques, la consommation de CO2 par la carbonatation du béton. Les suivis des gaz dans les micro-tunnels complètent les informations sur les échanges de gaz entre la roche, l’atmosphère de ces ouvrages et leur chemisage en acier. Ici, des teneurs de quelques ppm de dihydrogène produit par la corrosion anoxique de l’acier ont été détectées. Le suivi de la composition du gaz dans les ouvrages du laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne révèle des processus complexes affectant les espèces de gaz dans les galeries et les micro-tunnels. Nos résultats montrent que les échanges de gaz avec le Callovo-Oxfordien et les matériaux présents jouent un rôle important dans la compréhension du bilan gazeux global. Les matériaux cimentaires agissent comme un puits de CO2, tandis que la roche argileuse est une source de CO2, CO et CH4. Grâce à ces suivis, la présence de CO dans ces ouvrages souterrains a été quantifiée pour la première fois. Il reste cependant à affiner la compréhension des processus de production et de consommation de ce gaz dans ce contexte<br>The deep geological repository is today considered the international reference for radioactive waste management. As part of the feasibility study for such a repository in France, an Underground Research Laboratory has been built by the French national radioactive waste management agency (Andra) in Meuse/Haute-Marne. In this context, gas exchanges and the evolution of air chemistry in underground structures - galleries, micro-tunnels (alveoli) and boreholes - need to be understood. The technological challenge is to continuously monitor a wide range of gaseous molecules at low concentrations in confined spaces. The work in this thesis concerns the behavior of gases in closed underground structures, and is part of this problematic. A gas monitoring station called "Flair soil™" has been developed for continuous, real-time, in situ monitoring of gas composition evolution in several structures, galleries and micro-tunnels in the Bure underground laboratory. The station includes two complementary gas concentration analyzers. i) a quadrupole mass spectrometer, which separates gaseous species in a gas mixture according to their mass (m) to charge (z) ratio. It can be used to monitor the evolution of several gas species, such as light hydrocarbons, noble gases, greenhouse gases, oxygen, hydrogen, nitrogen, carbon monoxide and hydrogen sulfide. ii) an infrared laser spectroscope (Picarro) based on the principle of introducing a gas sample into an optical cavity and determining the optical absorbance of the sample, allowing simultaneous measurement of CO2, CO and CH4 concentrations. After several months of testing and calibration in the underground laboratory, this station was used to monitor the air in a gallery and several closed micro-tunnels. The results of monitoring gas evolution in an underground gallery over a period of 4 months have highlighted different gas evolutions according to two periods: i) a period when the galleries are ventilated and there is significant human activity (working days) and ii) a period when the galleries are not ventilated and there is no human activity (weekends, holidays and/or vacations). These observations highlight the sources and sinks of three gases (CO2, CO and CH4) in these structures. In fact, the gases can be consumed or produced by several processes occurring in the Underground Research Laboratory, such as the degassing of CO, CO2 and CH4 from the pore water in the rock, the supply by ventilation and production by human activity, the production of CO or CO2 in the exhaust gases of internal combustion engines, and the consumption of CO2 by the carbonation of concrete. Gas monitoring in micro-tunnels supplements information on gas exchange between rock, atmosphere and steel casing. Here, levels of a few ppm of dihydrogen produced by anoxic corrosion of the steel were detected. Monitoring gas composition in the Meuse/Haute-Marne underground laboratory reveals complex processes affecting gas species in galleries and micro-tunnels. Our results show that gas exchanges with the Callovo-Oxfordian and the materials present play an important role in understanding the overall gas balance. The cementitious materials act as a CO2 sink, while the clay rock is a source of CO2, CO and CH4. Thanks to this monitoring, the presence of CO in these underground structures has been quantified for the first time. However, we still need to refine our understanding of how this gas is produced and consumed in this context

Un modèle de mise en place d'un complexe leucogranitique à niveau structural élevé est proposé avec l'étude de pétrologie structurale du Massif Tardihercynien d'Echassières qui comporte trois corps : le pluton plurikilométrique des colettes à protolithionite-muscovité, tungstifère, avec en contact Sud, l'apex plurihectométrique hyperdifférencié de Beauvoir à lépidolite-topaze, SN et métaux rares, et le réseau filonien quartzo-aplitique A W de la Bosse. L'architecture des granites est abordée en confrontant données structurologiques (sur les foliations magmatiques plano-linéaires) et pétrologiques (notamment sur la cristallochimie des micas et permettant de définir facies, discontinuités et litages magmatiques). La vision tridimensionnelle du granite de Beauvoir est due à des études complémentaires de surface et d'un sondage GPF. Il est montré que les trois corps sont contemporains, avec des structurations acquises dans le contexte d'une contrainte régionale N2OE. Un duplex constitué par des cisaillements sénestrés N6OE facilite la montée du magma des Colettes. Celui-ci induit alors à sa bordure la déflation d'un panneau de schistes, avec ouverture d'un caisson incliné vers le sud ou se met en place la granite de Beauvoir. Ce dernier est pétrologiquement hétérogéne ; de fait, ses fluidalités traduisent un phénomène d'empilement progressif de stocks provenant du sud. La génèse de litages de contact (liés à des transferts chimiques au niveau de discontinuités magmatiques) diastrophiques (par nucléation accrue des minéraux au niveau de zones de cisaillement), est en rapport avec la constitution de ce corps granitique composite

La subsurface est considérée comme le plus vaste habitat sur Terre, abritant la majorité de la biomasse et des espèces microbiennes. La croûte océanique constitue le plus grand aquifère de notre planète où les réactions eau-roche pourraient fournir des sources de carbone abiotique et d’énergie à la base de la structuration des écosystèmes profonds. Cette thèse s’intéresse à deux réactions majeures associées à l’hydrothermalisme en subsurface, que sont la serpentinisation des péridotites mantelliques et l’altération des basaltes cristallins, pour comprendre comment l’altération des roches peut soutenir les écosystèmes microbiens profonds. Dans cet objectif, la diversité des communautés microbiennes et leur potentiel métabolique ont été caractérisés (i) sur un site hydrothermal serpentinisé, à savoir le site hydrothermal de Old City (OCHF), récemment découvert dans la région orientale de la dorsale ultralente sud-ouest indienne (SWIR), (ii) ainsi que dans un aquifère basaltique influencé par des injections de gaz acides, situé à Hellisheiði (Islande). Les approches métagénomiques ont révélé que la diversité microbienne et les métabolismes à OCHF dépendent de l’influence relative des fluides dérivés de la serpentinisation et de l'eau de mer. De plus, nos résultats suggèrent une forte hétérogénéité au sein et entre les évents hydrothermaux, probablement due aux fluides hydrothermaux très diffus dans ces évents. Les niches microbiennes sont potentiellement discriminées à la micro-échelle selon l’interaction entre les fluides hydrothermaux et l'eau de mer, fournissant ainsi différents nutriments. Un résultat majeur de cette thèse est la mise en évidence de phylotypes microbiens, potentiellement influencés par la serpentinisation, à OCHF proches de microorganismes d’écosystèmes serpentinisés terrestres plutôt qu'à son unique analogue océanique, à savoir le site hydrothermal de Lost City (LCHF). Or, OCHF est situé dans la région la plus amagmatique de la SWIR, alors que les gabbros sont répandus sous LCHF. Nous avons donc postulé que les intrusions magmatiques, impactant à la fois la minéralogie et la température et composition des fluides hydrothermaux, pourraient être le principal facteur expliquant les différences entre les communautés microbiennes d’OCHF et LCHF. Les comparaisons génomiques des populations microbiennes vivant dans des systèmes serpentinisés distincts ont mis en évidence plusieurs stratégies d'adaptation pour faire face aux conditions extrêmes liées à la serpentinisation. En outre, cette thèse présente les fonctions métaboliques des groupes taxonomiques dans l'aquifère basaltique de Hellisheiði, où l'altération des roches et les précipitations de minéraux suite aux injections de gaz soutiennent fortement les communautés microbiennes. Cette thèse vient étayer les preuves antérieures selon lesquelles l'écologie des écosystèmes microbiens profonds est fortement liée aux processus abiotiques de subsurface qui dépendent des régimes hydrogéologiques<br>The subsurface is considered as the largest habitat on Earth hosting the majority of microbial biomass and species diversity. The oceanic crust constitutes the largest aquifer of our planet where water-rocks reactions provide sources of aiotic carbon and energy from which deep microbial communities may flourish in the absence of light. In the framework of this thesis, we focused on two major subsurface hydrothermal processes, namely the aqueous alteration of crystalline basalts and the serpentinisation of peridotites, with the aim to study the influence of rock alteration on the associated microbial communities’ ecology. To this aim, microbial communities diversity and their metabolic potential were characterized for (i) the recently discovered serpentinite-hosted hydrothermal field, namely the Old City hydrothermal field (OCHF), located on the eastern region of the ultraslow southwest Indian ridge (SWIR) and (ii) a basaltic aquifer influenced by anthropogenic gas injections at Hellisheiði, Iceland. Metagenomic approaches revealed that microbial diversity and metabolisms at OCHF depend on the relative influences of serpentinization-derived fluids and seawater. Moreover, our results suggested strong heterogeneities within and between hydrothermal vents, likely due to diffuse hydrothermal fluid venting. In these vents, the microbial niches are potentially partitioned at the microscale according to the relative contribution of serpentinization derived hydrothermal fluids and seawater, hence providing different pools of nutrients. A major outcome of this thesis is that putatively serpentinization influenced microbial phylotypes at OCHF are closely related to microorganisms from ophiolitic serpentinite-hosted ecosystems rather than to its unique oceanic analog, namely the Lost City hydrothermal field (LCHF). Considering that the OCHF is located in the most amagmatic region of the SWIR whereas gabbros are widespread below the LCHF, we postulated that magmatic intrusions impacting both the protolith mineralogy and hydrothermal fluid composition and temperature could be the main factor explaining differences in microbial ecology between OCHF and LCHF. Genomic comparisons of microbial populations inhabiting distinct serpentinized systems highlighted several adaptation and evolution strategies to face extreme conditions related to serpentinization. Furthermore, genome-resolved metagenomics underline the metabolic functions of taxonomic groups in Hellisheiði’s basaltic aquifer, where rock alteration following gas injections substantially sustain microbial communities. This thesis supports previous evidences that deep microbial ecosystems ecology is highly related to subsurface abiotic processes that depend on hydro-geological regimes and extended our knowledge on metabolic and adaptation strategies allowing such ecosystems to thrive under extreme conditions

Ces travaux donnent une vision multi-échelle de la réactivité de roches de couvertures argileuses, formations de confinement et de scellement du CO2 dans le réservoir géologique profond. La stratégie mise en œuvre depuis l'échelle expérimentale sur phases argileuses purifiées jusqu'à la modélisation intégrative à grandes échelles de temps et d'espace nous a permis d'identifier les processus géochimiques prépondérants, de vérifier la cohérence entre expérience et modélisation et de souligner les impacts opérationnels sur l'intégrité des couvertures à long terme. L'altération des ciments carbonatés est susceptible d'ouvrir la porosité de la roche et de créer d'éventuels chemins préférentiels pour l'écoulement du fluide réactif. L'altération des phases argileuses, notamment au travers du processus d'illitisation, réduit le volume d'occupation de la fraction argileuse mais limite considérablement l'ouverture de porosité dans les premiers centimètres de la roche. Le processus d'illitisation en milieu acide, déterminé expérimentalement et modélisé à petite et grande échelle, s'accompagne de précipitation de silice. Plus fondamentalement, ces travaux apportent de nouveaux paramètres cinétiques sur les minéraux argileux et mettent en évidence de nouvelles transformations structurales. Plus largement, cette étude contribue à l'acquisition de données qualitatives (chemins réactionnels d'évolution de roches de couverture à long terme, réactivité couplée carbonates/argiles) et quantitatives (distance de pénétration du CO2 dans la couverture) répondant ainsi à une partie de l'évaluation générale de performance et de sûreté du stockage géologique de CO2<br>This study offers a multi-scale vision of complex clayey caprocks reactivity and evolution. These formations are identified for the CO2 containment and sealing into the deep underground reservoir. From the experimental scale on purified clay minerals to integrative modeling at large space and time scales, the strategy developped allowed to identify the main geochemical processes, to check the good agreement between experiment and modeling, and to stress the operational impacts on long-term caprocks integrity. Carbonated cement alteration is likely to open caprock porosity and to create preferential reactive pathway for reactive fluid flow. Clay minerals alteration, including the illitization process, reduces the clay fraction volume but considerably limits the porosity increase. The illitization process in acidic conditions determined experimentally and by modeling at small and large scale, is coupled with silica precipitation. On the fundamental side, new kinetic parameters were determined for clay minerals and highlights new structural transformations. On the operational side, this study contributes to the acquisition of qualitative data (long-term reactive pathways of clayey caprocks, coupled carbonates/clays reactivity) and quantitative data (CO2 penetration distance into the caprock) to improve the performance and safety assessment of CO2 capture and geological storage