Tesis sobre el tema "Altération de carbonates"

Le travail presente ici porte sur l'alteration et la formation des encroutements carbonates sur les basaltes triasiques du moyen atlas (elhajeb et tazouta) marocain. Dans la region d'elhajeb, l'alteration supergene du basalte developpe une saprolite argileuse de 40 m d'epaisseur. Les produits argileux sont de type smectitique, principalement trioctaedriques magnesiens dans la zone saturee et dioctaedriques alumino-ferriferes dans la zone non saturee du profil. Des goethites apparaissent egalement dans la zone non saturee. Ces transformations se traduisent par un lessivage des alcalins et des alcalino-terreux. Ces tendances chimiques sont concordantes avec l'abondance des elements chimiques dans les eaux de nappe. Dans le profil de tazouta, l'alteration smectitique des mineraux du basalte est accompagnee d'une accumulation croissante de carbonates sous forme d'encroutement. Cette accumulation se fait aux depens des mineraux silicates primaires et secondaires par remplacement epigenique. Les signatures isotopiques de l'oxygene (-5,24& pdb) et de carbone (-9,24& pdb) des carbonates montrent d'une part, que la precipitation des carbonates se fait par evaporation des eaux meteoriques locales, et d'autre part l'importance des processus de dissolutions-reprecipitations en presence de co#2 d'origine organique (c3). Le tracage des sources de calcium a l'aide des isotopes de strontium (#8#7sr/#8#6sr) montre que l'essentiel du calcium de l'encroutement proviendrait des carbonates du lias situes en amont par transfert lateral en solution, l'apport du basalte etant reduit. Les datations des carbonates au #1#4c donnent des ages couvrant la fin du pleistocene superieur-debut holocene (15000 a 8500 ans) correspondant a une periode paleoclimatique semi-aride. Au cours de cette intervalle de temps, l'accumulation de carbonates s'est faite a raison de 205 mm/1000 ans

Dans le domaine andin du bassin amazonien, les zones karstiques jouent un rôle prépondérant sur la géochimie du fleuve Amazone et sur la consommation de CO2 liée aux processus d’altération, malgré la faible surface qu’elles couvrent (<1% du bassin de l’Amazone). Le Pérou concentre près de 90% de ces zones karstiques andines, qui s’étagent des sommets de la cordillère (à plus de 5000 m d’altitude) jusqu’au piedmont amazonien (400 m), dans une grande variété d’écosystèmes tropicaux. Bien que ces zones représentent une source majeure de matières dissoutes exportées par l’Amazone, elles n’ont jamais été étudiées dans le but de caractériser le fonctionnement hydrogéologique de ces systèmes karstiques, et d’estimer leurs contributions en termes de flux dissous. Afin d’identifier les facteurs de contrôle des dynamiques de production et de transfert de matières dissoutes depuis le domaine carbonaté jusqu’à l’Amazone, le fonctionnement hydrogéologique des aquifères du massif karstique de l’Alto Mayo, situé sur le versant oriental des Andes du Nord du Pérou, a été analysé. Les trois principales sources du massif ont été équipées de sondes enregistreuses à haute fréquence CTD (Conductivity, Température and Depth), et des jaugeages périodiques ont été réalisés afin d’évaluer leur débit. Un prélèvement bimensuel a été effectué pour l’analyse des paramètres hydrogéochimiques (éléments majeurs et en trace, Carbone Organique Total et isotopes stables de l’eau) entre 2016 et 2018. La variabilité temporelle des débits et des concentrations a été calculée par le rapport (en pourcentage) entre l'écart-type et la moyenne mensuelle. La principale source de ce massif (Rio Negro, débit moyen = 22 m3s-1) est à ce jour la plus importante source karstique d’Amérique du Sud. Cette résurgence majeure présente une faible variabilité du débit au cours du cycle hydrologique (variabilité temporelle des débits de 17%) et une faible réponse impulsionnelle aux précipitations, qui indiquent un fort amortissement du signal par le système karstique. Une faible réactivité hydrologique aux précipitations est également observée sur la source du Rio Aguas Claras (variabilité temporelle des débits de 59%). La source du Rio Tío Yacu présente quant à elle une réponse impulsionnelle plus marquée ainsi qu’une variabilité hydrologique plus élevée (variabilité temporale des débits de 67%). La signature hydrogéochimique des eaux souterraines de l’ensemble des sources est fortement dominée par l’altération des carbonates (Ca2+ et HCO3-). La charge totale dissoute au pas de temps journalier est estimée à partir de la relation entre la conductivité électrique et les TDS des sources karstiques péruviennes étudiées dans ce travail, et de celles du réseau français du SNO Karst. Cette TDS journalière affiche une variabilité relativement faible au cours du cycle hydrologique (12%, 7% et 9% pour les résurgences de Rio Negro, d’Aguas Claras et de Tio Yacu respectivement) par rapport à celle du débit. Ces résultats indiquent que la dynamique de production du matériel dissous, pour les sources du massif karstique du l’Alto Mayo, est contrôlée principalement par la variabilité des débits malgré l’hétérogénéité des comportements hydrodynamiques. Ce comportement «chemostatique» est observé dans de nombreux contextes à l’échelle globale et à des échelles spatiales très contrastées, pouvant être attribué à l’hypothèse que les fluides s’approchent rapidement de l'équilibre chimique. Cependant, la source de Rio Negro présente une faible variabilité des flux de TDS, en raison de la faible variabilité du débit. Ceci est conditionné par son comportement hydrogéologique (plus inertiel), qui implique de faibles réponses hydrodynamiques et hydrochimiques après les précipitations. En conséquence, nos résultats caractérisent la sensibilité de l’altération des zones karstiques, aux variabilités hydroclimatiques dans les milieux andins tropicaux. L'altération des zones karstiques andines représente [...]
In the Andean area of the Amazon Basin, karst areas play a major role in the geochemistry of the Amazon River and in the CO2 consumption associated with weathering processes despite the small surface they cover (<1% of the basin of the Amazon basin). Amazon). Peru concentrates nearly 90% of these Andean karst areas, which stretch from the peaks of the Cordillera (at more than 5000 m altitude) to the Amazon piedmont (400 m) in a wide variety of tropical ecosystems. Although these areas represent a major source of dissolved materials exported by the Amazon, they have never been studied for characterizing the hydrogeologic functioning of these karstic systems and estimate their contributions in term of dissolved fluxes. To identify the control factors of the dynamics of production and transfer of dissolved matter from the carbonated domain to the Amazon, the hydrogeological functioning of aquifers of the karst massif of Alto Mayo, located on the eastern slope of the Andes Northern Peru, has been analyzed. The three main karst springs of the massif were equipped with CTD (Conductivity, Temperature and Depth) and periodic gauging was carried out to evaluate their flow. A bi-monthly sampling was carried out for the analysis of geochemical parameters (major and trace elements, Total Organic Carbon and stable isotopes of water). The temporal variability of flow rates and concentrations was calculated by the ratio of the standard deviation to the monthly mean percentage. The main spring of this massif (Río Negro, average flow = 22 m3s-1) is currently the most important karstic spring of South America. This major spring presents a low discharge variability during the hydrology cycle (the temporal variability of the discharge is 17%) and a weak impulse response to the precipitations, which indicate a strong damping signal by the karstic system. Low hydrological reactivity to rainfall is also observed at the Río Aguas Claras spring (temporal variability of flows of 59%). The Río Tío Yacu spring has a higher impulse response and a higher hydrological variability (temporal variability of flow rates of 67%). The hydrogeochemical signature of the groundwaters from all springs is highly dominated by the carbonate rocks weathering (Ca2+ et HCO3-). Daily total dissolved solid (TDS) was estimated by the relationship between electrical conductivity and TDS of the peruvian karstic springs studied in this work, and those of the French network of SNO Karst. This daily TDS has a relatively low variability during the hydrologic cycle (12%, 7% and 9% for Rio Negro, Aguas Claras and Tio Yacu springs, respectively) compared to that of the discharge. These results indicate that the dynamics of production of dissolved material, in the karstic spring of the Alto Mayo, is mainly controlled by the variability of flows despite the heterogeneity of the hydrodynamic behaviors. This “chemostatic’’ behavior has been observed in many contexts at the global scale and can be attributed to the fast kinetics of carbonate weathering. However, Rio Negro spring shows a weak variability of TDS fluxes, as a result of low discharge variability. This is conditioned by his hydrogeological behavior (more inertial), which involves weak hydrodynamic and hydrochemical responses after rainfall events. As a result, our results characterize the sensitivity of carbonate rocks weathering to hydroclimatic variability in tropical Andean environments. The weathering of Andean karstic areas represents 50% of the total of the dissolved fluxes exported by the Marañón River, the principal affluent of the Amazon river

La formation des planètes a laissé derrière elle des matériaux dont la nature primordiale a été préservée. Ces astéroïdes primitifs de la ceinture principale sont aujourd'hui échantillonnés par la diversité de météorites chondritiques dans nos collections qui nous permettent d'étudier les premiers instants du Système Solaire. Cependant, beaucoup d'entre elles présentent des traces d'altération hydrothermale qui ont modifié leur minéralogie, et ainsi occulté ces informations primordiales. Ce processus de modification de la roche via l'interaction avec un fluide a été grandement étudié au cours des dernières décennies, notamment dans les chondrites carbonées de type CM, dont la minéralogie témoigne de plusieurs épisodes d'altération dans différents degrés d'intensité. Comprendre l'évolution de l'eau ainsi que l'influence de ce processus sur la matière organique dans ces astéroïdes est essentiel du fait de leur éventuelle contribution à l'origine de la vie sur Terre. Afin de mieux contraindre les conditions géochimique et chronologique dans lesquelles est survenu ce processus, les travaux de cette thèse ont été focalisés sur les chondrites de type CM et les phases secondaires qu'ils contiennent. Des mesures in situ des isotopes de l'oxygène dans les carbonates des CM nous ont permis de développer une méthode d'estimation de leurs températures de précipitation. Nos résultats indiquent une gamme de températures bien plus étendue que celles estimées auparavant, s'étalant de -50 à environ 300 °C avec une température moyenne de 113 +/- 54°C (2σ). Afin d'approfondir notre étude des conditions géochimiques de l'altération nous avons conduit une étude détaillée de la chondrite de Boriskino. La texture atypique de cette chondrite, due à ses nombreux clastes aux frontières nettes et aux degrés d'altération variables, nous a permis d'explorer l'hypothèse d'un lien entre les processus à l'origine de la formation des brèches et l'altération hydrothermale. L'utilisation de notre nouvelle méthode sur les carbonates de cette chondrite a mis en évidence un rôle secondaire de la température dans l'intensité du processus d'altération. De plus, nos travaux suggèrent que les épisodes d'altération sont antérieurs à la formation du corps-parent final et que la quantité de glace initialement accrétée peut être le facteur dominant de l'efficacité du processus d'altération. Néanmoins cette hypothèse ne prend pas en compte l'influence que peut avoir la durée d'exposition de la roche au fluide. Afin de tester cette dernière hypothèse, notre dernier projet devait permettre d'estimer l'âge des carbonates dans des CM présentant différents degrés d'altération. La datation de ces objets repose sur la décroissance radioactive du radioisotope 53Mn en 53Cr. Cependant, l'absence de standards de carbonates adéquats pour ces mesures nous a conduit dans un premier temps à les synthétiser. Pour ce faire nous avons abordé le problème en nous éloignant des méthodes traditionnelles de précipitation de carbonates sur substrat ayant conduit à des minéraux très hétérogènes, et nous avons effectué nos synthèses à haute pression et haute température grâce à une presse piston-cylindre
Chondrites are leftover solids from the evolution of the solar protoplanetary disk that enable for its primordial conditions to be studied. However, many chondrites have seen their mineralogy modified by the circulation of fluids during hydrothermal alteration events, thereby blurring the primordial informations retained in it. CM carbonaceous chondrites have been extensively studied, mainly because of the various episodes and extent of hydrothermal alteration they exhibit. The understanding of the evolution of water and the influence of alteration on organic matter in those asteroids is essential as they might be the source of life on Earth. In order to better understand the geochemical conditions and the chronology of this process in carbonaceous asteroids, we focused this project on CM chondrites and the secondary phases they contain. We developped a methodology to estimate the precipitation temperatures of carbonates in CM chondrites relying only on in situ measurements of their O-isotopic composition. Our results yield precipitation temperatures in a larger range than what has previsouly been estimated, i.e. from -50 to approximatively 300°C with an average temperature of 113 +/- 54°C (2σ). To further our study of the geochemical conditions of hydrothermal alteration we extensively studied the CM of Boriskino. The peculiar texture of this meteorite, due to its numerous clasts with sharp boundaries and their various degrees of aqueous alteration, enable to investigate the reccurent question of a genetic link between brecciation and aqueous alteration. Using the same methodology as in our first project we concluded that temperatures in which the process took place could not account for the various extent of aqueous alteration that we observe. In addition, Our work suggest that aqueous alteration in this chondrite was discontinuous and preceeded brecciationand that instead the initial quantity of accreted ice could be the controlling parameter of aqueous alteration. However, this study neglect the contribution of the duration of exposure of the rock to the fluid to the extent of aqueous alteration. Therefore, our last project was to determine the age of carbonates in several CM chondrites of various degrees of aqueous alteration. The datation of these minerals in chondrites relies on the radiochronometer 53Mn-53Cr. However, the lack of a suitable carbonate standard for these SIMS analyses pushed us to synthetize carbonates with the adequat cristallinity and chemical composition first. To do so, we experimentated at high pressure and high temperature using a piston-cylinder apparatus

Les astéroïdes carbonés ont été affectés par des processus d’altération aqueuse qui ont largement modifié leur minéralogie primaire au profit d’une grande diversité de phases néoformées. Malgré les nombreuses études conduites sur les chondrites hydratées (chondrites CM), la compréhension des processus physico-chimiques de l’altération aqueuse et les conditions d'hydratation des astéroïdes reste aujourd’hui encore très parcellaire. À partir de l’étude minéralogique et isotopique des phases secondaires, cette thèse a pour objectifs (i) de déchiffrer l’origine et l’évolution de l’eau accrétée par les astéroïdes primitifs et (ii) de retracer les conditions physico-chimiques de l’altération aqueuse grâce à des expériences hydrothermales en laboratoire. Tout d’abord, les résultats montrent que la chondrite CM Paris contient des carbonates de calcium dont la composition isotopique en oxygène ([delta]17,18O) implique l’incorporation de 8-35 % de glace d’eau originaire du Système Solaire externe. De plus, les analyses isotopiques en carbone, menées sur ces mêmes carbonates, indiquent que les valeurs en [delta]13C sont similaires à celles de la matière organique soluble (SOM) présente dans les chondrites carbonées. Ainsi, j’ai pu proposer que la SOM représente la source la plus probable de carbone pour former les carbonates. L’étude des différents clastes de la CM Boriskino a permis de mettre en évidence que cette météorite a subi des épisodes d’impacts de forte intensité, engendrant la formation de fractures et la circulation de fluides tardifs enrichis en 16O. Enfin, des expériences de laboratoire de basse température ont permis de synthétiser les phases d’altération les plus caractéristiques des chondrites CM : la tochilinite et la cronstedtite. Par ailleurs, en comparant ces résultats avec ceux obtenus par d’autres études expérimentales, une corrélation positive a été observée entre la quantité de Mg contenue dans la couche hydroxylée de la tochilinite synthétique et la température. Cette corrélation suggère que la composition chimique de la tochilinite peut servir de traceur pour remonter aux températures des processus d'altération aqueuse des chondrites CM
Carbonaceous asteroids were affected by aqueous alteration processes that have strongly modified their primary mineralogy in favour of a wide diversity of newly formed phases. Despite the numerous studies carried out on hydrated chondrites (CM chondrites), the physicochemical conditions of aqueous alteration and the identification of the water sources accreted by asteroids are still poorly constrain. From the mineralogical and isotopic survey of secondary phases, this thesis aims (i) to decipher the origin and evolution of water accreted by primitive asteroids and (ii) to retrace the physicochemical conditions of aqueous alteration using hydrothermal laboratory experiments. First of all, our results show that the pristine CM chondrite Paris contains Ca-carbonates whose O-isotopic compositions ([delta]17,18O) requires an 8-35% contribution of water ice from the outer part of the Solar System. In addition, our C-isotopic analyses conducted on these same Ca-carbonates indicate similar [delta]13C values to those of the soluble organic matter (SOM) that constitute carbonaceous chondrites. Thus, we suggest that SOM is the most probable source of carbon to form Ca-carbonates. Then, the study of different clasts in the CM chondrite Boriskino revealed that this meteorite has experienced high intensity impact events, causing the formation of fractures and the circulation of later 16O-rich fluid flow. Finally, our low temperature laboratory experiments successfully synthetized the most characteristic phases of CM chondrites: tochilinite and cronstedtite. Moreover, by comparing our results to other experimental studies, we observed a positive correlation between the nMg content in the hydroxide layer of synthetic tochilinite and temperature. This correlation suggests that the chemical composition of tochilinite represents as powerful proxy to retrace the alteration temperature experienced by CM chondrites

L'étude des minéraux authigènes des diapirs du Nord de la Tunisie a été menée suivant trois approches : pétrographique, minéralogique et isotopique. La conjonction de ces approches a permis de mettre en évidence l'évolution chimique et thermique des silicates et des carbonates authigènes présents dans ces diapirs. Cette évolution se résume du stade le plus précoce au plus tardif comme suit :-La cristallisation des muscovites, paragonites, albites et scapolites pendant la diagenèse d'enfouissement voire métamorphisme des sédiments du Trias. - Le déclenchement des mouvements halocinétiques a induit la création de réseaux de fractures et l'ascension des fluides chauds et concentrés (Na, Cl, Mg, K). Au contact du Trias, ces fluides ont donné naissance à des températures élevées des minéraux très magnésiens (clinochlore, talc, phlogopite-Mg, magnésite et dolomite), à des températures plus basses des minéraux ferromagnésiens (ripidolite, phlogopite-Mg-Fe, dolomite-Fe et sidérite) et finalement des phases alumineuses résiduelles (dickite et kaolinite). Cette succession reflète une décroissance de la température des eaux responsables de la cristallisation de ces minéraux. Aussi bien pour les phyllites que pour les carbonates, le fer entre tardivement dans les réseaux témoignant d'un comportement résiduel. En admettant que la composition isotopique des fluides n'a pas subi de variations au cours de l'ascension, se dessine alors un très bon parallélisme entre le gradient de température obtenu par la mesure isotopique sur les silicates et les carbonates d'une part avec celui déduit des études pétrographiques et minéralogiques d'autre part. En effet, on a une décroissance de la température de formation depuis les muscovites précoces (T° de l'ordre de 400°C) jusqu'aux kaolins et calcite ferrifère associés aux minéralisations (T° de 110 à 140°C) en passant par les dolomites et les chlorites magnésiennes (T° de 300 à 350°C) puis les chlorites alumineuses et ferrifères et la sidérite (T° de 200 à 250°C). Ce gradient de températures isotopiques est corroboré par la composition en C des carbonates.

Une solution prometteuse pour diminuer les émissions anthropogéniques de gaz à effet de serre consiste à injecter une partie des rejets industriels de CO2 dans des formations souterraines. Celles-ci comportent un réservoir entouré de roches de couverture, qui constituent la première barrière à la migration des fluides. La caractérisation de leurs propriétés de confinement et de leur évolution en présence de CO2 est donc un élément clé de la sécurité d’un site de stockage. Le travail présenté propose une méthodologie, appliquée ici à des roches carbonatées du bassin parisien, permettant de mesurer les paramètres de transport de roches de couverture et les conséquences d’un vieillissement en conditions représentatives de celles d’un stockage en aquifère profond. La pression de percée, le coefficient de diffusion des produits de dissolution du CO2, et la perméabilité, paramètres contrôlant les principaux mécanismes de fuite, ont été mesurés avant et après altération des matériaux par réaction avec une saumure saturée en CO2 dans des conditions thermodynamiques typiques d’un réservoir (environ 80°C et 100 bar). Les résultats obtenus ont révélé un bon comportement global des roches, mais également une forte diminution du potentiel de confinement en présence de défauts structurels initiaux (fractures rebouchées, pores de grand diamètre...). Une simulation numérique décrivant les évolutions de la formation rocheuse non-fissurée sur une durée de 1000 ans a été réalisée en s’appuyant sur des paramètres mesurés directement ou obtenus par modélisation des essais d’altération. Elle a montré que les transformations engendrées par le stockage de CO2 sous une roche de couverture homogène restent très limitées spatialement
A promising solution to reduce anthropogenic emissions of greenhouse effect gases consists in the injection and long-term storage of a part of the industrial carbon dioxide discharges in underground formations. These formations must be composed of a reservoir surrounded by tight caprocks, which represent the first barrier preventing fluids migration. The characterization of their confining properties and of their evolution in presence of CO2 is thus a key element regarding a storage site security. This work presents a methodology allowing the measurement of caprocks transport parameters and the consequences of an alteration under representative conditions of deep aquifers storage. This methodology was applied to carbonate rocks from the Paris basin. The breakthrough pressure, the diffusion coefficient of CO2 dissolution products, and the permeability, controlling parameters of leakage mechanisms, were measured before and after alteration of the materials by reaction with a CO2-saturated brine under reservoir thermodynamic conditions (about 80°C and 100 bar). Results revealed a satisfactory global behaviour under these aggressive conditions, but also a strong diminution of the confinement potential in presence of initial structural faults (sealed fractures, large-diameter pores…) forming higher-permeability zones. A numeric simulation describing the evolution of a homogeneous rock formation during 1000 years was also realized based on parameters directly measured or obtained by modelling of the alteration experiments. It showed that the transformations brought by the CO2 storage under a rock formation with no initial faults remain very localized spatially

Depuis ces 3 derniers milliards d'années l'eau liquide est extrêmement peu présente sur Mars. Cependant les multiples données disponibles sur la planète montrent des preuves d'une présence importante d'eau liquide depuis l'accrétion de la planète jusqu'à environ 3,7 milliards d'années. L'hypothèse dominante aujourd'hui est que Mars possédait une atmosphère plus dense (possiblement riche en CO2) au début de son histoire. Une grande partie de cette atmosphère et de l'eau auraient été perdu dans l'espace. Une autre hypothèse pour la diminution de la quantité d'eau liquide disponible et pour la diminution de l'atmosphère est le stockage d'eau et de CO2 dans la croûte. La croûte martienne est étudiée via les données de spectro-imagerie CRISM pour caractériser l'altération hydrothermale primitive de la planète. Des détections de serpentine et de carbonates confirment que le stockage d'une partie de l'eau et de l'atmosphère martienne a eu lieu. Des contraintes supplémentaires sont apportées par de la modélisation géochimique de la serpentinisation et de la carbonatation de la croûte martienne via les programme EQ3/6. L'importance de la serpentinisation et de la carbonatation de la croûte martienne est ainsi réévaluée. Les résultats permettent d'ouvrir la réflexion sur le rôle de la serpentinisation et de la carbonatation sur l'évolution de la quantité d'eau liquide disponible et sur l'évolution de l'atmosphère. En outre, les conditions thermodynamiques permettent d'apporter des contraintes sur le potentiel exobiologique de la croûte martienne
Over the last 3 billion years liquid water has an extremely limited presence on Mars. However, the multiple data available on the planet show evidences of a significant presence of liquid water from the accretion of the planet until about 3.7 billion years. The prevailing hypothesis today is that Mars had a denser atmosphere (possibly rich in CO2) early in its history. Much of this atmosphere and water were lost in space. Another possibility for reducing the amount of liquid water available and the reduction of the atmosphere is the water storage of water and CO2 in the crust. The Martian crust is studied via CRISM spectro-imaging data to characterize the early hydrothermal alteration of the planet. Serpentine and carbonates of detections confirm that the storage of a portion of the water and the atmosphere of Mars occurred. Additional constraints are provided by the geochemical modeling of serpentinization and carbonation of the Martian crust through EQ3/6 programs. The importance of serpentinization and carbonation of the Martian crust is thus reassessed. The results allow to open the debate on the role of serpentinization and carbonation on the evolution of the liquid water available and the evolution of the atmosphere. In addition, the thermodynamic conditions help provide constraints on the exobiology potential of the Martian crust

L'altération chimique des surfaces continentales constitue un des puits de carbone à la surface de la Terre qui régule le climat grâce à des mécanismes de rétroactions. L'intensité de l'altération est contrôlée par le climat mais aussi par la lithologie, le couvert végétal, l'hydrologie et la présence d'argiles et d'acides dans les sols. Dans ce travail, une étude à l'échelle globale sur des sites a mis en évidence qu'une augmentation de la concentration en CO2 dans l'atmosphère entraînerait une diminution de l'évapotranspiration grâce à une fermeture partielle des stomates, et une augmentation de l'acidité dans les sols liée à l'accroissement de la productivité des végétaux. Ces changements favoriseraient l'altération chimique des silicates et par conséquent, mèneraient à une augmentation de la consommation en CO2 de 3% par 100 ppmv d'augmentation de la teneur en CO2 dans l'atmosphère. Ensuite, l'étude d'un des plus grands bassins versants situé en milieu arctique, le bassin de la Mackenzie (Canada) a permis de mettre en évidence la forte sensibilité de l'altération chimique à la production d'acide sulfurique. En effet, la prise en compte de la présence de pyrite (minéral sulfuré) sur le bassin conduit à une diminution de la consommation en CO2 moyenne de 56%. Par ailleurs, la consommation en CO2 moyenne de ce bassin pourrait augmenter de 53% entre le climat actuel et une projection climatique pour la fin du siècle.

Les fertilisants azotés sont une source majeure d'acidité pour les sols, et les carbonates, très réactifs, en sont les principaux régulateurs par le biais des processus d'altération. Cette perturbation de l'altération naturelle des carbonates est susceptible de modifier le bilan de carbone de la boucle de l'altération. Différentes approches, à l'échelle de sols et de petits bassins versants du sud ouest de la France (Gascogne) et à l'échelle globale ont ainsi permis de mieux contraindre l'impact de ces modifications sur la qualité des eaux de surface et sur le bilan global du carbone. Les processus d'altération induits par les fertilisants azotés en zones d'agriculture intensive entraîneraient une diminution de la proportion de l'alcalinité par rapport aux calcium et magnésium (mesuré en zone naturelle), correspondant à un minimum de 5,7 à 13,4% et 1,6 à 3,8% du CO2 consommé annuellement par l'altération des carbonates en France et dans le monde respectivement. Cette diminution représente 6 à 15% de la consommation annuelle globale de CO2 par l'altération des silicates. Des expérimentations menées sur colonnes de sols ont montré que la nitrification de l'ammonium accroît les flux de cations par les eaux de drainage et entraîne l'émission directe de quantités considérables de CO2 vers l'atmosphère. Des bilans d'éléments et d'altération des carbonates établis à partir du suivi intensif de deux petits bassins versants agricoles (le Montoussé et le Hay) ont mis en évidence le rôle joué par l'hydrologie, la végétation et la précipitation secondaire de calcite dans la perte relative de consommation de CO2 lors de l'altération des roches carbonatées en zones agricoles
Nitrogenous fertilizers are a major contributor of acidity to soils and carbonate bedrocks, as a result of their high reactivity, are the main buffers through mineral weathering reactions. This perturbation of natural carbonate weathering processes is susceptible to modify the carbon budget of the weathering loop. Different approaches, from soil and small catchment experiments in the south-west of France (Gascogne area) to global scale estimations allowed us to better constrain the impact of these modifications on the quality of riverine water and on the global carbon budget. Carbonate weathering processes induced by nitrogenous fertilizers would decrease the proportion of alkalinity (and thus of carbon) in relation to calcium and magnesium ions by a minimum of respectively 5,7 to 13,4% and 1,6 to 3,8% of the CO2 naturally consumed by carbonate weathering in France and on a global scale. This decrease represents 6 to 15% of the CO2 consumed by silicate weathering on a global scale. Experimentations on soil columns showed that nitrification processes of ammonium ions increase cations fluxes in drainage soil solutions and lead to direct CO2 emissions to the atmosphere. Elements and carbonate weathering budgets, measured from intensive surveys of elements fluxes in two small agricultural catchments (the Montoussé and the Hay catchments) highlighted the role of hydrology, vegetation and secondary precipitation of calcite in the relative loss of CO2 consumption by carbonate weathering in agricultural areas

L'altération chimique des surfaces continentales constitue un des puits de carbone à la surface de la Terre qui régule le climat grâce à des mécanismes de rétroactions. L'intensité de l'altération est contrôlée par le climat mais aussi par la lithologie, le couvert végétal, l'hydrologie et la présence d'argiles et d'acides dans les sols. Dans ce travail, une étude à l'échelle globale sur des sites a mis en évidence qu'une augmentation de la concentration en CO2 dans l'atmosphère entraînerait une diminution de l'évapotranspiration grâce à une fermeture partielle des stomates, et une augmentation de l'acidité dans les sols liée à l'accroissement de la productivité des végétaux. Ces changements favoriseraient l'altération chimique des silicates et par conséquent, mèneraient à une augmentation de la consommation en CO2 de 3% par 100 ppmv d'augmentation de la teneur en CO2 dans l'atmosphère. Ensuite, l'étude d'un des plus grands bassins versants situé en milieu arctique, le bassin de la Mackenzie (Canada) a permis de mettre en évidence la forte sensibilité de l'altération chimique à la production d'acide sulfurique. En effet, la prise en compte de la présence de pyrite (minéral sulfuré) sur le bassin conduit à une diminution de la consommation en CO2 moyenne de 56%. Par ailleurs, la consommation en CO2 moyenne de ce bassin pourrait augmenter de 53% entre le climat actuel et une projection climatique pour la fin du siècle
The chemical weathering of continental surfaces represents the one of carbon sinks at the Earth's surface which regulates the climate through feedback mechanism. The weathering intensity is controled by climate but also by lithology, vegetal cover, hydrology and presence of smectites and acids in soils. In this work, a study at global scale on grid cells highlighted that a CO2 concentration increase in the atmosphere would involve a decrease of evaportanspiration due to stomatal progressive closure, and a rise of soil acidity related to enhanced biospheric productivity. These changes would promote the silicates chemical weathering and as a result, would lead to CO2 consumption increase by 3% for 100 ppmv of CO2 concentration rise in the atmosphere. Then, the study on the one of the most important catchments located in arctic environment, the Mackenzie basin (Canada), showed the high sensitivity of chemical weathering to sulfuric acid production. Indeed, the Mackenzie mean CO2 consumption has decreased by 56%, taking account the pyrite presence in the catchment. In addition, the mean CO2 consumption of this basin could rise by 53% between today climate and a climatic scenario predicted for the end of century

L'objectif de cette thèse était d'utiliser les propriétés magnétiques des roches (paléomagnétisme, anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM) et différentes techniques d'analyse de la minéralogie magnétique), complété par d'autres méthodes classiques (microscopie pétrographique et électronique, goniométrie de texture, spectroscopie Raman, statistiques d'orientation préférentielle de forme et cathodoluminescence) pour aborder des thématiques récurrentes relatives à la formation des gisements métalliques. Cette approche a été appliquée à deux problèmes métallogéniques : (i) le traçage de la circulation du fluide ayant produit la métasomatose ferrifère des carbonates de La Florida (Cantabrie, Nord de l'Espagne) et la mise en place des minéralisations à Pb–Zn associées (MVT) ; et (ii) l'étude de la structuration des gossans et le décryptage de l'histoire de l'altération des amas sulfurés de la Ceinture Pyriteuse Sud Ibérique (CPSI, Andalousie, Sud de l'Espagne). Dans le premier cas, nous avons pu démontrer expérimentalement que la circulation des fluides produit une anisotropie de forme dont on peut retrouver l'empreinte dans le signal de l'ASM. Cette propriété nous a permis de définir une direction NE–SW de circulation du fluide métasomatique à La Florida. Dans le deuxième cas, le couplage entre l'ASM et le paléomagnétisme nous a permis de définir deux fabriques magnétiques dans les gossans primaires ; (i) une fabrique, d'âge ancien, de « compaction », caractéristique des parties supérieures des gossans, probablement associé au réchauffement de l'Oligocène supérieur et (ii) une fabrique de « mélange », plus récente, localisée dans les parties inférieures des gossans, formée probablement lors de l'événement messinien. La fabrique de «compaction » refléterait donc une altération plus mâture comparée à la fabrique de « mélange ». Par ailleurs, l'analyse de la minéralogie magnétique des gossans et des terrasses de la CPSI a révélé la présence « inhabituelle » de la pyrrhotite, une présence que nous avons attribué à l'activité de bactéries sulfato-réductrices dans des microdomaines réducteurs, disséminés dans un environnement globalement oxydant et très acide.

Cette thèse constitue une étude de référence sur la qualité des ressources hydriques du bassin versant du fleuve Ibrahim au Liban, notamment avant la construction d’un grand barrage (Jannah). Pour ce faire, 7 stations (NI7 à NI1) ont été sélectionnées de l’amont vers l’aval sur l’Ibrahim et ses sources karstiques. L’ensemble des sept sous bassins a été caractérisé d’un point de vue hydroclimatologie et états de surface (sols, végétation, cultures, géologie, relief). Les débits mesurés à l’amont (2 stations) et à l’aval (1 station) nous ont permis de reconstituer les débits des autres stations intermédiaires grâce à des relations débits-surfaces spécifiques. À partir de prélèvements et d’analyses chimiques de la composition des eaux tout au long d’un cycle hydrologique et avec une fréquence mensuelle, les flux de matières exportées en solution par l’Ibrahim ont été estimés à 122 372 t/an. 80% de ce tonnage est exporté durant la période des hautes eaux. À partir de ce tonnage, on a pu estimer que l’altération chimique des roches carbonatées sur l’ensemble du bassin s’effectue à la vitesse de 81 cm/10000 ans. Cette altération consomme un flux élevé de CO2 typique des régions carbonatées soumises à un drainage intense (1500 mm/an), soit 2,23 x106 moles/km2/an de CO2. L’analyse de la concentration en éléments traces dans les sédiments de fond des cours d’eau, intégrateurs des transports solides, en hautes eaux et en basses eaux, montre des concentrations élevées pour le Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga et Cu en passant de NI5 jusqu’à NI2. L’évaluation du degré de cette contamination et de sa variation spatio-temporelle a été effectuée grâce au facteur d’enrichissement en normalisant par rapport à l’aluminium et en prenant les sédiments de la station amont NI7 (source karstique) considérés comme peu ou pas contaminés en ET, comme fond géochimique naturel. Des teneurs élevées en Zn, Pb, Cu et d’autres éléments traces montrent que dans cette région où les activités industrielles, agricoles, et urbaines sont développées, il existe un apport anthropique non négligeable en éléments métalliques. Mais cette contamination reste modérée
Throughout the study framework conducted on the quality of the water resources in the Ibrahim River watershed in Lebanon (notably before the construction of a large dam, Jannah), 7 stations (NI7 to NI1) were selected, from upstream to downstream, including its karst springs. Hydroclimatological and specific catchment characteristics (such as land cover use, geology, hydrology, soil and topography) where characterized for the whole seven sub-basins respectively. Discharge data from the sources (2 stations) and the basin outlet (1 station) enhanced our study to determine and further calculate the discharge of other stations. Sampling and analyzing the chemical composition of water collected monthly during one hydrological cycle allowed us to determine the amount of dissolved material carried by the Ibrahim River. The river flux of dissolved material was estimated at 122 372 tons / year of which 80% of is exported during high flow season. Therefore this flux allowed us to estimate the rate of chemical weathering of carbonate rocks across the basin at 81 cm / 10000 years. This alteration consumes a high flux of CO2 (around 2,23x106 moles/km2/year of CO2) typical for carbonate regions subject to intense drainage (1500 mm). The analysis for the concentration of trace elements in fluvial sediments for the Ibrahim River for the low and high flow periods shows high concentrations of Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu and Ga in the from NI5 station up to NI2. The assessment of the extent of the contamination and its spatio-temporal variation was conducted using the enrichment factor by normalizing to aluminium concentration and using the element concentrations in the sediments of station NI7 (karstic sspring) considered as the natural geochemical background for this catchment. High levels of Zn, Pb, Cu and other traces of noticeable elements show that in this region where industrial, agricultural and urban activities are developed, there is a significant anthropogenic contribution for some metallic elements; thus the trace element contamination remains moderate

L'altération hydrothermale du manteau lithosphérique dans les dorsales médio-océaniques fournit un mécanisme de transfert de chaleur et de masse entre la terre profonde et l'océan recouvrant. Le manteau lithosphérique est constituée de roches ultramafiques, également appelées péridotites. Ils comprennent plus de 70% d'olivine, de pyroxènes associés et de phases minérales mineures. La percolation de l'eau de mer dans le socle ultramafique produit l'altération de l'olivine et des pyroxènes en serpentine par le processus de serpentinisation et il est associé à des réactions d'oxydation et de carbonatation (lorsque le CO2 est présent dans le fluide). Le processus de serpentinisation présente un intérêt particulier pour la production de H2, le stockage du CO2, le développement de la vie et la production de gisements de minerai économiquement intéressants concentrés dans les fumeroles hydrothermaux. La durabilité et l'efficacité des réactions nécessitent la pénétration et le renouvellement des fluides à l'interface fluide-minéral. Les failles et les fractures des détachements océaniques sont les zones hautement perméables qui permettent à l'eau de mer de pénétrer profondément dans le manteau lithosphérique. Cependant, le processus de serpentinisation conduit à la précipitation de minéraux de faible densité qui peuvent remplir le réseau poreux, colmatant les chemins d'écoulement qui peuvent modifier les propriétés hydrodynamiques et la réactivité des roches réagi.Ces travaux de thèse visent à améliorer la compréhension des effets en retour des réactions sur les propriétés hydrodynamique du milieu dans les zones hautement perméables au cours des premières étapes de l'altération du socle ultramafique. Il se concentre en particulier sur les changements de texture et les réactions chimiques des roches ultramafiques en évaluant les effets du (i) débit et (ii) des fluides salins riches en CO2. Deux séries d'expériences de percolation réactive ont été réalisées à T = 170-190°C et P = 25MPa. La première série d'expériences consistait à injecter de l'eau de mer dans des échantillonnes de poudre d'olivine compressé sur une large gamme de débits constants. La tomographie par rayons X de haute résolution a été acquise avant et après l'expérience avec des débits élevés; afin d'évaluer les changements dans la microstructure de la roche lors de la réaction de serpentinisation. La deuxième série d'expériences consistait à injecter des fluides salins riches en CO2 dans des échantillonnes de péridotite fracturés mécaniquement.Les résultats ont permis de différencier: (1) un contrôle du débit du flux à l'échelle du pore peut contrôler la composition du fluide local et le développement de différents chemins de réaction à l'échelle de l'échantillon. (2) Le développement de différentes chemins réactifs et les changements de texture dans la roche dépend de la concentration de CO2 dissous dans la solution. (3) La formation de minéraux carbonatés (MgCO3) peut stocker du CO2 sous forme stable de minéral à long terme. (4) Un contrôle de la concentration de CO2 dissous dans le fluide et du réseau de fractures peut améliorer / limiter l'efficacité du stockage de CO2 dans les réservoirs de péridotite fracturés.Ces nouvelles données suggèrent un contrôle complexe de la structure des roches ultramafiques dans le processus de serpentinisation et fournissent de nouvelles perspectives pour le stockage potentiel du CO2 dans les réservoirs fracturés à la péridotite
The hydrothermal alteration of the mantle lithosphere at mid-ocean ridges provides a mechanism for transferring heat and mass between the deep Earth and the overlaying ocean. The mantle lithosphere is constituted by ultramafic rocks, also called Peridotites. They comprise more than 70% of olivine, associated pyroxenes and minor mineral phases. The percolation of seawater into the ultramafic basement produces the alteration of olivine and pyroxenes to serpentine through the so-called serpentinization process and is associated to oxidation and carbonation reactions, the later when CO2 is present. The serpentinization process has special interest on H2 production, CO2 storage, development of life, and the production of economically valuable ore-deposits concentrated at hydrothermal vents. The sustainability and efficiency of the reactions requires penetration and renewal of fluids at the mineral-fluid interface. Oceanic detachment faults and fractures are the highly permeable zones allowing seawater derived fluids to penetrate deeply into the mantle lithosphere. However, the serpentinization process lead to the precipitation of low density minerals that can fill the porous network, clogging flow paths efficiently that may in turn modify the hydrodynamic properties and the reactivity of the reacted rocks.This PhD thesis aims at better understanding the feedback effects of chemical reactions on the hydrodynamic rock properties occurred on highly permeable zones during the earliest stages of alteration of the ultramafic basement. It focuses in particular on the changes in texture and chemical reaction paths of ultramafic rocks by assessing the effects of (i) flow rate and (ii) CO2-rich saline fluids. Two suite of reactive percolation experiments were performed at T=170-190°C and P=25MPa. The first suite of experiments consisted in injecting artificial seawater into porous compressed olivine powder cores over a wide range of constant flow rates. X-Ray µ-tomography of high resolution was acquired before and after the experiment run with high flow rates; in order to evaluate the micro-structural changes of the rock occurred during the serpentinization reaction. The second suite of experiments consisted in injecting CO2-rich saline fluids into peridotite cores mechanically fractured.The results allowed us to differentiate: (1) That, a control of flow infiltration rate at the pore-scale can control the local fluid compositions and the development of different reaction paths at the sample-scale. (2) The development of different reaction paths and textural changes in the rock depends on the concentration of CO2 dissolved in solution. (3) The formation of carbonate minerals (MgCO3) can store CO2 in a form of stable mineral at long-term. (4) A control of the concentration of dissolved CO2(g) and the fracture network can enhance/limit the efficiency of CO2-storage in peridotite fractured reservoirs.These new supporting data suggest a complex control of the structure of the ultramafic rocks in serpentinization process and provides new insights for the potential CO2-storage in peridotite fractured reservoirs

Les alterations hydrothermales qui affectent les roches du soubassement volcanique de l'atoll de mururoa se situent a 3 niveaux: les alterations a saponite mg dans les coulees sous-marines et aeriennes, les alterations localisees dans les zones d'alimentation. Ces dernieres sont classees en 4 groupes suivant la temperature et la paragenese des mineraux d'alteration

Ce travail de thèse combine des approches expérimentales et théoriques visant à caractériser l'impact des effets géomécaniques lors de l'injection de CO2 dans une formation de calcaire. La première partie est consacrée à l'étude expérimentale des évolutions des propriétés pétrophysiques et géomécaniques du calcaire étudié sous l'effet de l'altération chimique. L'évolution de la microstructure de la roche est également étudiée dans le but de comprendre les phénomènes observés à l'échelle macroscopique. La deuxième partie vise à définir, par approche micromécanique, un modèle de comportement géomécanique prenant en compte la dégradation des propriétés mécaniques de la roche carbonatée sous l'effet de l'attaque acide. L'élasticité et la résistance de la roche ont été modélisées et validées par les données expérimentales

L'altération des lithologies himalayennes a potentiellement impacté le cycle global du carbone. Pour pouvoir contraindre et comprendre les processus qui se sont produits dans l'Himalaya et qui ont affecté ces cycles, nous devons être distinguer les signatures de l'altération du silicate et du carbonate dans la charge dissoute des fleuves de l'Himalaya. Des études antérieures ont tenté de le faire en utilisant diverses méthodes mais il n’existe toujours pas de consensus clair sur l’ampleur et le flux de l’altération du silicate dans l’Himalaya. Cette thèse propose l'utilisation du 40Ca comme traceur pouvant améliorer la quantification du flux d'altération du silicate et du carbonate dans la charge dissoute des rivières himalayennes. Des travaux antérieurs ont montré que le budget de l'eau de mer 40Ca est dominé par une source de manteau, de sorte que les carbonates marins ont une signature homogène de 40Ca indiscernable par rapport à la valeur du manteau. En revanche, la croûte supérieure de silicate devrait avoir développé une composition radiogénique. La différence entre la signature en Ca radiogénique des lithologies de carbonate et de silicate peut donc être utilisée pour différencier l’altération du carbonate et du silicate dans la charge dissoute des rivières. Nous présentons ici une étude géochimique comprenant des analyses de Ca radiogénique des rivières drainant les principales unités lithologiques de l'Himalaya, ainsi que des résultats provenant de sédiments, de substrat rocheux, de sol et de gravier. Nos résultats montrent que les carbonates de l’Himalaya ne présentent pas d’excès de 40Ca radiogénique malgré des signatures très variables 87Sr/86Sr, alors que les sédiments sont radiogènes (+0.9 à +4). Ceci suggère que pour Ca, contrairement à Sr, l'échange isotopique entre les lithologies silicate et carbonate a été minime. La composition en Ca radiogène de l'eau des rivières va de +0.1 dans les captages à prédominance carbonatée à +11 dans les rivières drainant des bassins versants silicatés. Pour les grandes rivières, les estimations du budget relatives à l’altération du silicate et du carbonate sur la base des éléments principaux et la composition en Ca radiogénique tendent à concorder. Cependant, pour certaines rivières plus petites, en particulier celles drainant des bassins à dominance silicatée dans les formations cristallines de HHC et du LH, certaines divergences sont observées. Celles-ci ne peuvent pas être attribuées à une définition imprécise de la composition chimique ou radiogénique en Ca des pôles de mélange utilisés pour la modélisation budgétaire, car les valeurs requises pour résoudre le modèle ne sont pas raisonnables. Ils ne peuvent pas non plus être expliqués par la précipitation de carbonates secondaires dans les rivières car la composition non radiogénique de carbonates suggère que ce processus n'est que mineur. Au contraire, ces différences peuvent être dues à la dissolution des traces de calcite radiogénique contenues dans les lithologies de silicate HHC et LH. Le vieillissement de ce matériau, qui ne représente qu'une infime partie de la surface du captage du silicate, pourrait produire une proportion substantielle du Ca radiogénique et pourrait ainsi avoir une influence significative sur le calcul des budgets de ces bassins à partir des données isotopiques. Néanmoins, comme cet effet est observé principalement dans les bassins à faible taux d’érosion des silicates, son influence sur les estimations du flux global de vieillissement du silicate sera mineure. Plus généralement, les résultats de cette thèse impliquent que le système 40Ca permet une résolution de problématiques qui ne peuvent pas être approfondies avec succès à l'aide d'isotopes Sr dans l'Himalaya. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour définir la gamme complète des compositions de Ca radiogénique dans l’Himalaya afin de répondre clairement aux questions concernant les flux d’altération des silicates
Weathering of Himalayan lithologies has had a potential impact on the global carbon cycle. To be able to constrain and understand the processes that occurred in the Himalayas that affected these cycles, we must be able to distinguish the signatures of silicate and carbonate weathering in the dissolved load of Himalayan rivers. Previous studies have attempted to do this using a variety of methods but there is still not a clear consensus on the magnitude and flux of silicate weathering in the Himalaya. This thesis proposes the use of 40Ca as a tracer that could improve the quantification of the silicate and carbonate weathering flux in the dissolved load of Himalayan rivers. Previous work has shown that the 40Ca budget of seawater is dominated by a mantle source, such that marine carbonates have a homogeneous 40Ca signature indistinguishable from the mantle value. In contrast, the upper silicate crust is expected to have developed a radiogenic composition. The difference between the radiogenic Ca signature of carbonate and silicate lithologies can be therefore used to differentiate between carbonate and silicate weathering in the dissolved load of rivers. Here, we present a geochemical survey, including radiogenic Ca analyses, of rivers draining the main lithological units of the Himalaya, as well as results from sediments, bedrock, soil and gravel. Our results show that Himalayan carbonates exhibit no radiogenic 40Ca excesses despite highly variable 87Sr/86Sr signatures, whereas sediments are variably radiogenic (+0.9 to +4). This suggests that for Ca, unlike for Sr, isotopic exchange between the silicate and carbonate lithologies has been minimal. The radiogenic Ca composition of river water ranges from +0.1 in carbonate dominated catchments to +11 in rivers draining silicate catchments. For large rivers, silicate and carbonate weathering budget estimates based on major elements and radiogenic Ca compositions tend to agree. However, for some smaller rivers, especially those draining silicate dominated basins in the HHC and LH formations, some discrepancies are observed. These cannot be attributed to poor definition of the chemical or radiogenic Ca composition of the endmembers used for budget modeling, as the values required to bring the estimates into agreement are unreasonable. They also cannot be explained by precipitation of secondary carbonates in the rivers as the non-radiogenic composition of the carbonate fraction of sediments suggests that this process is only minor. Rather, these discrepancies may be due to the dissolution/weathering of trace amounts of radiogenic calcite contained within HHC and LH silicate lithologies. The weathering of such material, which represents only a tiny fraction of the area of the silicate catchment, could yield a substantial proportion of the radiogenic Ca and may thus have a significant influence on the isotopically based weathering budgets of these basins. Nevertheless, as this effect is observed primarily in basins with low silicate erosion rates, its influence on estimates of the overall silicate weathering flux will be minor. More generally, the results of this thesis imply that the 40K–40Ca system can resolve issues that cannot be successfully addressed using Sr isotopes in the Himalaya. Further work is needed to define the full range of radiogenic Ca compositions in the Himalaya in order to clearly answer questions regarding silicate weathering fluxes

Devant le défi grandissant de diminuer la libération dans l'atmosphère des gaz à effet de serre plusieurs solutions ont été envisagées. Une des plus étudiée est le stockage géologique du CO2 par injection dans des aquifères salins profonds. Ces structures géologiques sont présentes dans les bassins sédimentaires et se caractérisent par leur épaisseur (plusieurs centaines de mètres) et leur étendue géographique (l'ensemble du bassin parisien, par exemple, pour la couche du Dogger). Le second interêt de ces structures est que les roches carbonatées qui les composent sont généralement très poreuses (10 à 30% de porosité) et présentent une perméabilité suffisamment élevée pour faciliter l'injection de fluides. Cependant, le comportement et l'évolution à long terme de ces réservoirs, après l'injection de CO2 dans la saumure en place, est incertain. Aussi, la résistance mécanique et les propriétés d'écoulement de ces roches sont étudiées pour réaliser des modèles prédictifs d'évolution, afin de garantir l'intégrité et la pérennité des sites de stockage. Le travail de cette thèse repose sur un protocole d'acidification retardée, développé et utilisé à l'IFPEN, permettant une altération homogène d'échantillons de carbonates. Notre objectif a été de déterminer les effets de ce type d'altération sur le comportement hydromécanique de la roche calcaire de Lavoux. La caractérisation des propriétés d'écoulement de la roche a été combinée à une étude microstructurale. Les paramètres étudiés sont la porosité et la perméabilité avant et après altération. Les résultats d'évolution de la perméabilité ont été analysés en s'appuyant sur une méthode de soustraction d'images de microtomographie RX, qui permet de visualiser la mobilité de particules fines au sein du réseau poreux. Ces dernières sont aussi révélées à postériori dans les effluents par diffraction laser. L'étude microstructurale de la roche après altération a permis la mise en évidence des mécanismes de dissolution et d'altération. Le comportement mécanique de notre roche à différents stades d'altération a été étudié à l'aide d'essais triaxiaux classiques réalisés à différents états de confinement. Ces essais ont montré que l'altération induit une transition du domaine de rupture fragile vers le domaine de rupture ductile. Afin de mieux comprendre ce comportement, nous avons mené des essais mécaniques uniaxiaux avec observation et acquisition d'images numériques " in-situ " : i) sur une presse électromécanique classique équipée de caméras CCD et de microscopie optique, ii) à l'aide d'un dispositif de compression miniaturisé adapté à l'enceinte d'un microscope électronique à balayage. La technique de corrélation d'images numériques a pu être appliquée tout au long du chargement mécanique à différentes échelles, depuis celle de l'échantillon, jusqu'à celle de la microstructure. Les mesures de champs de déformation ainsi réalisées ont permis de mettre en évidence les modes d'endommagement et de rupture selon l'état d'altération. Une cellule triaxiale miniaturisée pour être montée dans l'enceinte du microtomographe a spécialement été développée à l'IFPEN pour cette étude. Cette cellule nous a permis de mener des essais à 5 et 10 MPa de confinement avec observation volumique " in-situ " par tomographie. Nous avons pu identifier pour trois états d'altération, trois types de comportements à la rupture, avec l'observation i) d'une bande de cisaillement en régime de rupture fragile, ii) d'une étroite bande de cisaillement en compaction, iii) d'une large bande de compaction en cisaillement. L'ensemble des résultats obtenus sur les propriétés mécaniques et sur les propriétés d'écoulement (notamment la variation de perméabilité et la présence de fines dans le réseau poreux) tend à montrer que l'altération affecte fortement la microporosité du calcaire, avec des conséquences quant au comportement cisaillant compactant de notre roche.

Au nord de la Tunisie, d’importantes quantités de rejets miniers fins, non consolidés, riches en éléments potentiellement toxiques (EPT) (jusqu’à 46900 mg/kg de Pb et 49501 mg/kg de Zn), ont été abandonnés à l’air libre sans aucun aménagement. Du fait des particularités du climat méditerranéen, ils sont le siège d’une altération climatique et de l’érosion hydrique et éolienne. Dans les sols agricoles avoisinant, les teneurs en Pb et Zn sont élevées atteignant respectivement 12488 mg/kg et 3485 mg/kg tandis qu’elles atteignent 47800 mg/kg en Pb et 5767 mg/kg en Zn dans les sédiments de l’oued à proximité des haldes. Dans un contexte carbonaté et sous un climat méditerranéen, le risque lié aux haldes est particulier mais la dispersion des fines particules sous l’action du vent et à l’érosion hydrique par le cours d’eau durant les périodes hivernales fortement pluvieuses engendre un fort enrichissement en EPT. L’évaluation de la mobilité potentielle et effective des EPT a révélé d’une part que de faibles proportions de ces ETP sont biodisponibles et que d’autre part, les blés cultivés à proximité des haldes montrent de faibles facteurs de bioaccumulation (sauf au niveau des racines) et de transfert de ces éléments vers les parties aériennes et les grains
In Northern Tunisia, mining exploitation left tailings as big heaps rich in Potentially Toxic Elements (PTE) with values up to 46900 mg/kg for Pb and 49501 mg/kg for Zn. These wastes are stored in uncontrolled and untreated deposits and exposed to Aeolian erosion and run-off processes due to specificities of Mediterranean climates. The PTE contents in the surrounding soils generally devoted to cereal cultivation are as high as 12488 mg/kg for Pb and 3485 mg/kg for Zn. The contents in sediments downstream are also high, in the range of 47800 mg/kg for Pb and 5767 mg/kg for Zn. In Mediterranean and carbonate rich context, the main risk of mining activities is the dispersion of tailings particles by prevalent winds and by tailing erosion by the means of streams and during heavy raining seasons. Aassessment by chemical extractions of the potential mobility in the tailings, soils and sediments shows low PTE proportions easily released. The evaluation of the biodisponibility of the PTE reveals that the wheat excluder plants have low bioaccumulation and transfer factor

Cette étude a permis de déterminer la composition isotopique d'Os des trois principales formations himalayennes (TSS, HHC et LH) à partir de roches sources, ainsi que celle de sédiments de rivières qui représentent le produit d'érosion de la chaîne. Les formations du Haut Himalaya ont un rapport ¹⁸⁷0s/¹⁸⁸0s comparable à celui de la croûte continentale moyenne. Par contre, le LH se distingue par des rapports radio géniques rencontrés dans deux lithologies distinctes: les schistes noirs et les marbres impurs du LH. Un mélange de trois pôles (silicates du Haut Himalaya + schistes noirs du LH + carbonates impurs du LH) permet d'expliquer les signatures des sédiments de rivières à la sortie de la chaîne ou dans le Gange. Les sédiments du Brahmapoutre montrent un rapport moins radio génique que ceux du Gange, expliqué d'une part par la présence d'affleurement d'ophiolites dans le bassin versant du Brahmapoutre et d'autre part par l'absence de carbonates résiduels. L'origine des carbonates radiogéniques dans le LH est à relier au métamorphisme himalayen qui a permis la mobilisation d'Os et de Re à partir des schistes noirs radio géniques du LH. L'altération à basse température étudiée à partir de sols a montré que les compositions isotopiques et les concentrations d'Os et de Re ne varient pas avec la profondeur. Cependant une perte importante d'Os et de Re a probablement lieu dans les premiers stades de l'altération, lors du passage de la roche saine au saprolite. Les sédiments récents du Cône du Bengale montrent que l'érosion de la chaîne himalayenne est la source majeure des sédiments, surtout dans le cône actif. Cependant, dans le reste de la Baie du Bengale, cette source himalayenne peut être masquée par des sources secondaires, comme l'érosion de la chaîne indo-birmane ou l'érosion du Sri Lanka. Il n'y a aucune preuve qu'une perte significative d'Os lors du transport ou après le dépôt dans le Cône se produise. Ceci implique que la contribution de l'érosion himalayenne au budget de l'Os marin est limitée à la phase dissoute, et donc insuffisante pour expliquer l'augmentation du rapport ¹⁸⁷0s/¹⁸⁸0s marin durant les 16 derniers Ma
This study allowed determination of the Os isotopic compositions of the three major Himalayan formations (TSS, HHC, LH), based on both source rocks and river sediments, which represent the erosional products of Himalayan erosion. The High Himalayan formations (TSS+HHC) have ¹⁸⁷0s/¹⁸⁸0s ratios (0. 9 to 1. 6) similar to that of average continental crust. In contras t, the LH includes very radiogenic Os isotopic ratios, found in black shales and some carbonates. River sediments are mixtures of three components: High Himalayan silicates, LH black shales and LH carbonates. Sediments from the Brahmaputra are less radiogenic than those from the Ganga, due to either the addition of an ophiolitic fraction or the absence of detrital carbonates in, the sediments. The origin of the radiogenic Os isotopic compositions in LH carbonates is related to Himalayan metamorphism which mobilized Re and radiogenic Os from black shales and redistributed it in carbonates. Alteration at low temperature was studied in soil profiles. The concentrations of Re and Os, as well as the Os isotopic ratios, do not vary with depth. Nevertheless, an important loss of Re and Os occurs during the earlier stages of alteration, during the passage from source rock to saprolith. Sediments from the Bengal Fan show that Himalayan erosion is the major source of detritic material, especially in the active fan. In the rest of the Bay of Bengal, the Himalayan source may be masked by secondary sources, such as the erosion of the Indo-Burman range or the Sri Lanka. There is no evidence for significant loss of Os during sediment transport or after deposition in the Fan. This implies that the contribution of Himalayan erosion to seawater is limited to that carried in dissolved form, which is not nearly sufficient to explain the increase of the ¹⁸⁷0s/¹⁸⁸0s seawater ratio during the past 16 Ma