Littérature scientifique sur le sujet « Altération de carbonates »

During the Wisconsinan Stage, ice of the Cuyahoga Lobe flowed southward from the Erie Basin through a lowland created by an ancestral Cuyahoga River. The paleovalley of the Cuyahoga River is filled with the pre-Woodfordian tills and lacustrine deposits. The oldest till, the Mogadore Till, overlies proglacial lacustrine deposits. After retreat of Mogadore ice into the Erie Basin, ice readvanced to deposit a previously unnamed till, Northampton Till, over deltaic and lacustrine deposits of Lake Cuyahoga. Northampton ice melted back into the Erie Basin after depositing the core of the Summit County morainic complex. Northampton ice then readvanced over deposits of proglacial Lake Independence and formed the Defiance Moraine. Aside from minor leaching of carbonates and weathering of clay minerals, little evidence of the Farmdalian Substage exists. Woodfordian, Kent, Lavery, and Hiram tills were deposited over pre-Woodfordian deposits.The multiple nature of the pre-Woodfordian tills in the Cuyahoga Lobe is similar to that of the Titusville Till in Pennsylvania and northeastern Ohio. Northampton Till is distinctive in having a significantly different matrix texture and carbonate content from either the Mogadore or the Kent Till. Organic debris suitable for dating from pre-Woodfordian deposits is rare because of glacial erosion and drainage changes. Lack of radiocarbon dates continues to complicate the interpretation of the Pre-Woodfordian stratigraphy.Durant l'épisode wisconsinien, la glace du lobe de Cuyahoga s'écoulait vers le sud à partir du bassin Érié en traversant une plaine créée par l'ancien lit de la rivière Cuyahoga. La paléovallée de la rivière Cuyahoga est comblée de tills et de dépôts lacustres. Le till le plus ancien, Mogadore, recouvre les dépôts lacustres proglaciaires. La régression du glacier de Mogadore fut suivie d'une progression qui édifia un till, jadis sans nom, mais ultérieurement appelé le till Northampton, lequel recouvre les dépôts deltaïques et lacustres du lac Cuyahoga. Le front du glacier de Northampton recula dans le bassin Érié après y avoir déposé la partie centrale du complexe morainique de Summit County. Ensuite, le glacier de Northampton réavança et recouvrit les dépôts du lac proglaciaire Independence et y déposa la moraine Defiance. À part un lessivage mineur des carbonates et une légère altération des minéraux argileux, il y a peu d'indice de l'exitence du sous-épisode farmdalien. Les tills du Woodfordien, Kent, Lavery et Hiram furent ont été mis en place par-dessus les dépôts pré-woodfordiens.

Le prospect de Woulo-Woulo est situé au sud-est de la Côte d’Ivoire, précisément dans la zone de Maféré, à environ 8 km à l’ouest du couloir de cisaillement d’Aféma. Les activités de terrain et de forage ont montré que certaines formations observées sur le prospect de Woulo-Woulo contiennent de la minéralisation aurifère. L’objectif général de cette étude est de déterminer les caractéristiques pétrographiques et structurales de ces roches et la minéralisation aurifère associée. Ainsi, l’acquisition des données a consisté au prélèvement d’échantillons de roches de terrain et de forage carotté, suivi de leur caractérisation macroscopique et microscopique. Le prospect de Woulo-Woulo est constitué de métasédiments (métagrauwackes et métaargilites), de métavolcanites (laves andésitiques et brèches), de filons acides (métarhyolite à porphyre de quartz) et d’intrusions de métagabbros, tousp affectées par une importante activité hydrothermale, filonienne, qui a induit une altération pervasive des encaissants. La minéralisation aurifère du prospect de Woulo-Woulo est de type filonien et hydrothermal épigénétique liée aux veines et veinules de quartz et carbonates, encaissée préférentiellement dans la métarhyolite porphyrique déformée et hydrothermalisée. Elle présente donc un contrôle structural. La paragenèse de cette minéralisation est constituée de pyrite (sulfure principal), sphalérite et or natif. The Woulo-Woulo prospect is located in south-eastern Côte d'Ivoire, precisely in the Maféré zone, approximately 8 km west from the Aféma shear zone. Field and drilling activities have shown that certain formations observed at the Woulo-Woulo prospect contain gold mineralization. The overall objective of this study is to determine the petrographic and structural characteristics of these rocks and the associated gold mineralization. Thus, data acquisition consisted of field and core sampling followed by macroscopic and microscopic characterization. The Woulo-Woulo prospect consists of metasediments (metagrauwackes and metaargilites), metavolcanites (andesitic lavas and breccias), felsic veins (quartz porphyry metarhyolite) and metagabbro intrusions, all affected by significant hydrothermal and vein activity, which induced pervasive alteration of host rocks. The gold mineralization at the Woulo-Woulo prospect is vein-type and epigenetic hydrothermal type related to quartz and carbonate veins and veinlets, hosted preferentially in the deformed and hydrothermalized porphyry metarhyolite. It is therefore structurally controlled. The paragenesis of this mineralization consists of pyrite (main sulfide), sphalerite and native gold.

L'évolution de la chimie des sols et des eaux dans trois petits bassins-versants subméditerranéens granitiques recevant d'importants apports atmosphériques de S04 et de poussières sahariennes a été simulée, de 1845 à 2125, en utilisant le modèle MAGIC. Ce modèle biogéochimique global comporte une série de relations d'équilibre entre les phases gazeuse, liquide et solide (adsorption de soufre, solubilité de l'aluminium, échanges cationiques, système C02/carbonates, dissociation des acides organiques) et une comptabilisation des flux d'éléments (entrées atmosphériques, sorties hydrologiques, immobilisation biologique, altération). Les bassins versants diffèrent par l'historique récente de leur utilisation par l'homme : la pelouse pâturée qui les recouvraient en 1845 n'a subsisté que dans un bassin : elle a été remplacée vers 1930 par une pessière dans l'un des bassins, et colonisée, après abandon, par une hêtraie dans l'autre. Les simulations montrent que le bassin couvert de pelouse a peu souffert de l'augmentation de l'acidité des pluies au cours du XXe siècle, et pourrait subir les apports actuels pendant plus de 100 ans sans dommage. Les deux bassins forestiers s'acidifient fortement depuis 1970 par les effets combinés de la pollution et des reboisements. Pour la pessière, seule une réduction d'au moins 60 % des apports soufrés permettrait d'inverser le processus. Le vieillissement naturel de la hêtraie produirait une amélioration même sans réduction des dépôts acides, en diminuant le taux d'assimilation de cations. Les deux facteurs acidifiants agissent donc en synergie, mais dans le cas de la pessière l'augmentation des apports acides due à l'effet filtrant des frondaisons est prépondérant, alors que dans la hêtraie, la forte immobilisation cationique dans la biomasse perenne jolie un plus grand rôle.

Le système karstique de Sprimont est riche de phénomènes karstiques variés dans un contexte géologique bien défini : un synclinal de carbonates carbonifères entourés au nord, à l’est et au sud par des formations famenniennes imperméables. À l’ouest, l’Ourthe recoupe le synclinal perpendiculairement à son axe d’allongement dans le cadre d’un relief appalachien typique et constitue le niveau de base karstique. Le relief consiste en un vallon orienté est-ouest dont l’axe coïncide avec celui du synclinal. Les ruisseaux qui descendent des hauteurs imperméables vers le vallon se perdent après leur entrée dans le domaine calcaire. Ces ruisseaux confluent sous terre pour résurger au « Trou Bleu », unique résurgence du système, non loin du talweg de l’Ourthe. Le système compte de nombreuses grottes, de dimensions souvent décamétriques. Quelques-unes sont de plus grande ampleur, dont la grotte du « Noû Bleû » récemment découverte, qui est un regard sur la rivière souterraine à quelques dizaines de mètres en amont de la résurgence. Les carrières ont dévoilé en plus de diverses grottes des phénomènes karstiques de type fantôme de roche. La karstogenèse de type fantôme de roche consiste en une altération modérée des carbonates produisant une séparation de phase. D’une part, la phase soluble comprend essentiellement le calcium, le magnésium, le bicarbonate et la silice colloïdale. Elle sort du système par la voie souterraine. D’autre part, une altérite résiduelle constitue la phase solide restante comprenant une partie des carbonates cinétiquement moins solubles comme la calcite sparitique et la dolomie pro parte, les insolubles comme les minéraux argileux, le quartz, et la matière organique. Cette phase solide évolue de façon isovolume lors d’une première étape et voit donc sa porosité augmenter, de même que sa fragilité mécanique. Cette première étape se déroule durant une période géologique où le potentiel hydrodynamique est très réduit, la fantômisation s’exerçant grâce à des circulations phréatiques très lentes mais chimiquement agressives. On obtient ainsi des volumes soit totalement circonscrits dans la masse rocheuse (pseudoendokarsts) soit sous forme de couloirs descendant du toit de la roche mère, remplis par l’altérite résiduelle. À Sprimont, la carrière du Coreux a dévoilé ces fantômes de roche. Durant une seconde phase, lorsqu’apparaît un potentiel hydrodynamique suite à une surrection et à l’incision des rivières, l’altérite peut être mécaniquement érodée par des circulations fluviatiles : les grottes « spéléologiques » se forment. Dans le site étudié, une cavité, la grotte « Nico », a été ouverte par l’avancée du front de la carrière. On y trouve une coupe sédimentaire montrant l’altérite résiduelle ravinée par des formations fluviatiles. Cet article décrit la coupe levée dans ces formations au travers de la lithostratigraphie, de la granulométrie et de la minéralogie des grains. La grotte « Nico » résulte de la coalescence de deux grottes superposées, le plancher rocheux séparant les deux cavités étant fantômisé et affaissé. Les parois et le sol sont des fantômes de roche dont l’altérite résiduelle est essentiellement formée de grains dolomitiques, tels les encrines dolomitisées. Les formations fluviatiles ravinent l’altérite suivant une surface chenalisante. Les grains sont constitués de grains remaniés d’altérite, calcite et dolomite, et d’une faible partie d’insolubles tels des grains de muscovite et de quartz en provenance des psammites famenniens. La série détritique est coiffée par un plancher stalagmitiques dont deux échantillons ont été datés de 53 851 ± 2493 et 61 542 ± 1235 ans B.P. ce qui situe l’érosion de l’altérite à une date relativement récente dans le Pléistocène supérieur. Ces phénomènes éclairent d’un jour nouveau la formation des grottes en Haute Belgique. L’évolution du karst de Sprimont trouve son origine dans un massif fantômisé partiellement érodé au cours de la surrection plio-quaternaire. L’apparition du potentiel hydrodynamique responsable de cette érosion trouve son origine dans les différences d’altitude entre pertes supérieures et résurgence à l’aval par enfoncement du niveau de base : la rivière Ourthe. Nous sommes confrontés à un holotype de spéléogenèse dans le cadre d’un relief appalachien. La grotte « Nico » et les phénomènes associés permettent de concevoir un modèle d’évolution des karsts de la Haute Belgique. Enfin, cet exemple montre aussi qu’une distinction claire peut être faite entre le terme karstogenèse qui englobe la fantômisation de celui de spéléogenèse qui ne concerne que le creusement des grottes spéléologiques par érosion mécanique de l’altérite résiduelle.

The Dougbafla gold deposit is located in the West-Central part of Côte d’Ivoire at about 240 km from Abidjan, on the Birimian greenstone belt of Fettèkro (West African craton). The lithologies of this deposit can be divided into three lithotectonic units which correspond to volcanic, sedimentary, and plutonic assemblages metamorphosed in the shale facies. Hydrothermalism, on the one hand, caused a pervasive alteration of the primary paragenesis marked by sericitic, silica, and carbonate alteration. On the other hand, it causes a vein alteration materialized by quartz veins. These hydrothermal alterations induced two types of gold mineralization in the Dougbafla deposit. These are: (i) disseminated gold and sulphide mineralization in the granophyre associated with sericite, silica and dolomite alteration in which no quartz vein has been reported; this type however is controlled by the intrusion of granophyre and (ii) a quartz vein mineralization controlled by deformation.

Le pont naturel d’Iminifri l’objet de cette étude est situé dans la commune de Tifni. Administrativement, il relève du cercle de Demnate, la Province d’Azilal-Maroc.L’étude géologique et géophysique des différentes formations pour la vérification de la stabilité du pont . la l’analyse des résultats et leur interprétation montre que l’ossature du pont naturel d’Iminifri est formée principalement de concrétions travertineuses calcaires. Ce sont des formations quaternaire sconstituées par desdépôts bio-carbonatés correspondant à d’anciennes émergences liasiques aujourd’hui disparues ou déplacées. La nature variée des formations travertineuses témoignent de leur formation dans des milieux différents : les ruptures de pente, les chenaux à écoulement pérenne, les berges concaves des méandres soumises à l’action prolongée des embruns dégagés par l’agitation de l’eau. Plusieurs types d’encroûtement travertineux ont été identifiés. Les plus abondants sont les encroûtements plans, les encroûtements de buissons, les encroûtements sur support végétal et les encroûtements sur galets. Toutes les constatations effectuées confirment que les matériaux de la dalle formant l’ossature du pont sont fragilisés et visiblement dégradés. La lente altération et le comportement différé des matériaux soumis à des contraintes agressives sont en général à l’origine de la dégradation des conditions de stabilité. Des facteurs exogènes jouent également un rôle prépondérant comme les infiltrations pluviales et les vibrations engendrées par le trafic routier. Ils peuvent brutalement accélérer un processus de dégradation qui semblait être de plus en plus accentué. Objectif de cette étude à la vérification de la stabilité du pont et à l’analyse des résultats et leur interprétation. La reconnaissance géologique a été complétés par des investigations géophysiques en utilisant des méthodes adaptées aux conditions pétrophysiques des formations géologiques D’après les études effectuées sur le pont, il est raisonnable de dire que la structure d’Iminifri évolue plus ou moins rapidement vers sa ruine. Ce qui nous pousse à trouver des solutions urgentes pour sauver ce patrimoine géologique du danger d’effondrement. The natural bridge of Iminifri, the subject of this study, is located in the commune of Tifni. Administratively, it falls under the Demnate circle, Azilal Province, Morocco. The geological and geophysical study of the various formations is aimed at verifying the stability of the bridge. The analysis of the results and their interpretation shows that the framework of the natural bridge of Iminifri is primarily composed of limestone travertine concretions. These are Quaternary formations consisting of biocarbonate deposits corresponding to ancient Liassic emergencies that have since disappeared or shifted. The diverse nature of the travertine formations reflects their formation in different environments: slope breaks, perennial flow channels, concave banks of meanders subjected to the prolonged action of spray generated by water agitation. Several types of travertine encrustations have been identified, including flat encrustations, bushy encrustations, encrustations on vegetation, and encrustations on pebbles. All observations confirm that the materials forming the bridge's framework are weakened and visibly degraded. Slow deterioration and delayed behavior of materials subjected to aggressive stresses are generally the cause of deteriorating stability conditions. Exogenous factors also play a significant role, such as rainwater infiltration and vibrations generated by road traffic. They can abruptly accelerate a degradation process that appeared to be increasingly pronounced. The objective of this study is to verify the stability of the bridge and analyze the results and their interpretation. Geological reconnaissance was complemented by geophysical investigations using methods adapted to the petrophysical conditions of the geological formations. Based on the studies conducted on the bridge, it is reasonable to conclude that the structure of Iminifri is evolving towards its ruin, more or less rapidly. This pushes us to urgently find solutions to save this geological heritage from the danger of collapse.

Le prospect de Woulo-Woulo est situé au sud-est de la Côte d’Ivoire précisément dans la zone de Maféré, à environ 8 km à l’ouest du couloir de cisaillement d’Aféma. Le prospect Woulo-Woulo est constitué de métasédiments (métagrauwackes et métaargilites), de métavolcanites (laves andésitiques et brèches) et d’intrusions de métarhyolites porphyriques et de métagabbros. Ces différentes lithologies ont été affectées par une importante activité hydrothermale matérialisée par des veines et veinules de quartz, carbonates (calcite ± dolomie), ± tourmaline, ± sulfures. La minéralisation aurifère du prospect de Woulo-Woulo est encaissée préférentiellement dans la métarhyolite porphyrique déformée et hydrothermalisée. Cependant, cette minéralisation apparait principalement liée aux veines et veinules de quartz et carbonates et présente donc un contrôle structural. C’est une minéralisation de type filonien et hydrothermale donc épigénétique. Cette activité hydrothermale a induit une altération pervasive des encaissants entrainant une carbonatation, une silicification, une chloritisation, une séricitisation et une épidotisation. La paragenèse métallifère est constituée de pyrite (sulfure principal), blende ou sphalérite et or natif.

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