Dissertations / Theses on the topic 'Interactions fluides-roches'

A l'Est du Bassin de Paris, la superposition de roches sédimentaires aux propriétés hydrauliques, thermiques et mécaniques contrastées forme un système géologique compartimenté. Les séries aquifères du Jurassique moyen et supérieur et du Trias (faciès Buntsandstein) sont séparées par des niveaux aquitards constitués d'évaporites et d'argiles, parmi lesquelles la succession callovo-oxfordienne épaisse de 150 m, sélectionnée par l'agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra). Retracer l'histoire thermique des séries sédimentaires mésozoïques et lier cette histoire aux processus d'interactions fluides-roches ayant modifié les propriétés pétrophysiques des formations perméables constitue la problématique centrale de ce travail de thèse. Ce mémoire présente, dans une première partie, une synthèse de l'évolution thermique des séries mésozoïques, s'appuyant sur des données géothermométriques (réflectance de la vitrinite, isomérisation des biomarqueurs moléculaires, inclusions fluides) et sur la modélisation numérique du bassin. Dans une seconde partie, les propriétés physico-chimiques des paléo-fluides ayant percolé dans les aquifères carbonatés du Jurassique moyen et supérieur sont recherchées à l'aide des teneurs en éléments traces et de la composition isotopique (d18O, d13C, 87Sr/86Sr) des phases minérales authigènes, couplée aux mesures de chlorinité et des rapports D/H des eaux piégées en inclusions fluides. Dans les grès du Trias, les datations K-Ar de fractions granulométriques riches en illite documentent deux périodes de cristallisation à 179.4 ± 0.8 Ma et 149.4 ± 0.3 Ma, respectivement durant le Lias et à la période fini-Jurassique / début Crétacé
In the eastern Paris Basin, the succession of sedimentary rocks with variable hydro-thermo-mechanical properties leads to a compartmentalization of the system. Three aquifer units - the Middle and Upper Jurassic limestones and the Lower Triassic sandstones - are apart from each other by very low-permeable evaporites and clay-rich successions, among which the Callovian-Oxfordian claystones currently investigated by the French national radioactive waste management agency (Andra). This PhD thesis deals with the thermal history reconstruction and the fluid-rock interactions in the Mesozoic series through a multidisciplinary approach. In the first part of the manuscript, the P-T evolution of the Mesozoic series is documented based on thermal indicators (vitrinite reflectance, biomarker isomerization, fluid inclusions) and numerical modeling. In the second part, major and trace element concentrations (including REE) and isotopic compositions (d18O, d13C and 87Sr/86Sr) of authigenic minerals and fluid inclusions were used to estimate the origin of paleo-fluids and their evolution through water-rock interactions. In the Lower Triassic sandstones, K-Ar dating of authigenic illite documents two periods of crystallization at 179.4 ± 0.8 Ma and 149.4 ± 0.3 Ma

Les serpentines riches en fer sont des composants majeurs des chondrites CM. Formées au cours d'épisodes d'altération hydrothermale sur leur corps parent astéroïdal, à une étape précoce de la formation du Système Solaire, elles peuvent constituer un proxy des conditions d'altération de ces roches et permettre de mieux comprendre l'évolution à long terme des colis de stockage des déchets nucléaires, car ces processus sont considérés comme un bon analogue des interactions fer-argiles-eau. Pendant cette thèse, nous nous sommes intéressés aux conditions de formation et d'équilibre des ces minéraux, en prêtant une attention particulière à l'évolution de la valence du fer pendant l'altération. Trois approches sont présentées : la synthèse de Fe-serpentines, l'altération expérimentale d'assemblages chondritiques à basse température, en milieu anoxique, et l'affinement d'un modèle thermodynamique incluant des serpentines de composition Fe2+-Fe3+-Mg-Al-Si-O-H. Le modèle thermodynamique, basé sur des données expérimentales, devrait permettre de mieux prédire les assemblages à l'équilibre dans les chondrites altérées. Nos expériences de synthèses suggèrent que la précipitation de phases de composition proche du pôle pur cronstedtite est contrôlée cinétiquement. Aux premiers stades de l'altération expérimentale de minéraux primaires anhydres, nous avons observé la formation de phases peu cristallines avec une proportion relativement faible de fer ferrique. Nos résultats suggèrent que le rapport Fe/Si et la teneur en Fe3+ favorisent la précipitation des serpentines. Ils apportent un éclairage intéressant aux premiers stades d'altération dans les chondrites carbonées
Iron-rich serpentines are major components of CM carbonaceous chondrites. They formed during early alteration events on their asteroidal parent bodies at an early stage of formation of the Solar System. The study of these minerals aims at better understanding the conditions in which they altered, but it would also help understanding the long term evolution of nuclear waste storage. Indeed, aqueous alteration in chondrites is considered as a good analog for iron-clay-water interactions. During this thesis, we studied the conditions of formation and stability of Fe-rich serpentines, and we paid particular attention to the evolution of the Fe valence state during alteration. Three approaches have been adopted : the synthesis of Fe-rich serpentines, the experimental alteration of chondritic assemblages at low temperature and under anoxygenic conditions, and the refinement of a themodynamic model of serpentines in the Fe2+-Fe3+-Mg-Al-Si-O-H system. This model, mostly refined using data from iron-clay experiments, gave encouraging results, and should allow to better predict equilibrium assemblages in altered chondrites. Out of equilibium processes were also experimentally explored, and our results suggest that there is a kinetic control of the precipitation of Fe-rich serpentines close to the ideal end-member. At the first stages of alteration of primary minerals under anoxic conditions, we observed poorly crystalline phases with a relatively low ferric iron content. Our result suggest that the Fe/Si ratio and the Fe3+ content favor the precipitation of serpentines. They provide interesting insight into the first stages of alteration in chondrites

Les serpentines riches en fer sont des composants majeurs des chondrites CM. Formées au cours d'épisodes d'altération hydrothermale sur leur corps parent astéroïdal, à une étape précoce de la formation du Système Solaire, elles peuvent constituer un proxy des conditions d'altération de ces roches et permettre de mieux comprendre l'évolution à long terme des colis de stockage des déchets nucléaires, car ces processus sont considérés comme un bon analogue des interactions fer-argiles-eau. Pendant cette thèse, nous nous sommes intéressés aux conditions de formation et d'équilibre des ces minéraux, en prêtant une attention particulière à l'évolution de la valence du fer pendant l'altération. Trois approches sont présentées : la synthèse de Fe-serpentines, l'altération expérimentale d'assemblages chondritiques à basse température, en milieu anoxique, et l'affinement d'un modèle thermodynamique incluant des serpentines de composition Fe2+-Fe3+-Mg-Al-Si-O-H. Le modèle thermodynamique, basé sur des données expérimentales, devrait permettre de mieux prédire les assemblages à l'équilibre dans les chondrites altérées. Nos expériences de synthèses suggèrent que la précipitation de phases de composition proche du pôle pur cronstedtite est contrôlée cinétiquement. Aux premiers stades de l'altération expérimentale de minéraux primaires anhydres, nous avons observé la formation de phases peu cristallines avec une proportion relativement faible de fer ferrique. Nos résultats suggèrent que le rapport Fe/Si et la teneur en Fe3+ favorisent la précipitation des serpentines. Ils apportent un éclairage intéressant aux premiers stades d'altération dans les chondrites carbonées
Iron-rich serpentines are major components of CM carbonaceous chondrites. They formed during early alteration events on their asteroidal parent bodies at an early stage of formation of the Solar System. The study of these minerals aims at better understanding the conditions in which they altered, but it would also help understanding the long term evolution of nuclear waste storage. Indeed, aqueous alteration in chondrites is considered as a good analog for iron-clay-water interactions. During this thesis, we studied the conditions of formation and stability of Fe-rich serpentines, and we paid particular attention to the evolution of the Fe valence state during alteration. Three approaches have been adopted : the synthesis of Fe-rich serpentines, the experimental alteration of chondritic assemblages at low temperature and under anoxygenic conditions, and the refinement of a themodynamic model of serpentines in the Fe2+-Fe3+-Mg-Al-Si-O-H system. This model, mostly refined using data from iron-clay experiments, gave encouraging results, and should allow to better predict equilibrium assemblages in altered chondrites. Out of equilibium processes were also experimentally explored, and our results suggest that there is a kinetic control of the precipitation of Fe-rich serpentines close to the ideal end-member. At the first stages of alteration of primary minerals under anoxic conditions, we observed poorly crystalline phases with a relatively low ferric iron content. Our result suggest that the Fe/Si ratio and the Fe3+ content favor the precipitation of serpentines. They provide interesting insight into the first stages of alteration in chondrites

A la base du complexe filonien, les fluides réagissent avec le diabase à 400°C et 400 bars pour former des épidosites (roches riches en épidote et quartz). Ces épidosites seraient liées aux dépôts des VMS. Les relations entre la mise en place des dykes, leur altération en épidosite et la déformation régionale restent mal comprises. Des expérimentations sur du métadiabase échantillonné dans le complexe de Troodos (Chypre) ont été réalisées pour, 1) contraindre les conditions P-T-fO2-composition du fluide de la réaction d'épidotisation et 2) quantifier les relations entre la perméabilité et la lithologie au cours de la déformation.A Troodos, deux grands types d'épidosite ont été observés: 1) une épidosite pénétrative au cœur des dykes et parallèle aux bordures figées et 2) des assemblages d'épidote et quartz sous présentant des fronts d'altération dans les joints de refroidissement ou sous forme de veines.De l'épidote a été synthétisée dans un autoclave statique avec un chauffage externe à 500°C et 2500 bars. Deux paramètres sont essentiels à l'épidotisation du métadiabase : la fugacité en oxygène et la composition du fluide (enrichi en Ca et Fe). Cependant, il y a un problème évident de nucléation à 400°C et 400 bars.Des mesures de perméabilité ont été réalisées dans un autoclave dynamique type Paterson par infiltration d'Ar et d'eau durant la déformation coaxiale. La perméabilité du métadiabase avant déformation est d'environ 10-20 m2. Après fracturation de l'échantillon, la perméabilité a augmenté jusqu'à 10-19 m2. En outre, la perméabilité de l'épidosite est d'environ 10-19 m2. Ce qui suggère que l'épidotisation génère de la porosité.Le problème principal est l'initiation de l'écoulement du fluide hydrothermale en raison de l'imperméabilité du diabase. Deux hypothèses sont proposées : 1) le fluide circule via les fractures et les fissures et 2) les fluides circulent dans une roche à l'état subsolidus (importance du dégazage).

L'accrétion océanique au niveau des dorsales lentes est alimentée par un apport magmatique et par l'exhumation de péridotites mantelliques. Une partie de la chaleur dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation des magmas sert de moteur à la circulation hydrothermale qui peut transporter de l'eau de mer jusqu'aux roches mantelliques. Une réaction d'oxydoréduction impliquant l'eau de mer, l'olivine et le pyroxène des péridotites peut alors avoir lieu pour produire de la serpentine, de la magnétite et de l'hydrogène. Cette réaction, dite de serpentinisation, contrôle les propriétés physico-chimiques de la lithosphère océanique et est, de fait, incorporée dans les modèles géophysiques avec une cinétique encore mal contrainte. Ce travail de thèse est centré sur la cinétique d'hydratation de l'olivine de San Carlos, une réaction de serpentinisation simple. Un dispositif expérimental de suivi de la cinétique d'hydratation a été mis au point, basé sur la mesure du signal magnétique associé à la magnétite formée. Cette méthode, couplée à une modélisation thermodynamique, permet également de quantifier indirectement la production d'hydrogène. L'influence de la taille initiale des grains l'olivine et de la température sur la cinétique d'hydratation a aussi été étudiée. Une augmentation de la vitesse de serpentinisation dans les premiers temps de la réaction est mise en évidence et expliquée par la mise en place de microtextures également observées dans le milieu naturel (puits de corrosion et fractures) contribuant à un accroissement de la surface réactive. De manière générale, la cinétique de serpentinisation obtenue ici est de un a deux ordres de grandeur plus lente que celle utilisée jusqu'alors dans les modèles géophysiques. En plus de cette étude expérimentale, une réaction d'oxydoréduction dans un contexte naturel a été étudiée au niveau d'une zone réactionnelle entre des serpentinites et des marbres en Corse alpine. Sur la base d'une approche pétrographique et thermodynamique, la présence de wollastonite, CaSiO3, est expliquée par l'atteinte de conditions très réductrices associées à la présence de fluides riches en hydrogène en contexte de subduction. Ces fluides sont interprétés comme résultant de la conservation du potentiel réducteur des serpentinites au cours de la subduction
Slow-spreading ridges are fed by a magmatic input and the exhumation of mantle peridotites. Part of the magmatic heat is evacuated through the hydrothermal circulation which can transport seawater up to the mantle rocks. A RedOx reaction between seawater and the olivine and pyroxene from the peridotite can then take place, producing serpentine, magnetite and hydrogen. This reaction, so-called serpentinization, controls the physical and chemical properties of the oceanic lithosphere and is, thus, considered in geophysical models even if its kinetics are poorly constrained. Therefore, this study focuses on the kinetics of San Carlos olivine hydratation, a simple serpentinization reaction. An experimental method has been developed which allows monitoring magnetically the kinetics of the reaction of interest through the amount of magnetite that it produces. This method provides also an indirect estimate of the hydrogen production when coupled to thermochemical modeling. The influence of initial grain size and temperature on the hydration kinetics has also been investigated. An increase in the serpentinization rate at the beginning of the reaction is explained by the formation of microtextures also observed in natural samples (fractures and etch pits) which contribute to the generation of new reactive surface area. The inferred kinetics of serpentinization are by one to two orders of magnitude lower than the one commonly input in geophysical models. In addition to this experimental study, a natural case of RedOx reaction involving serpentinites has been studied which deals with a decimetre wide reaction zone between serpentinites and marbles from Alpine Corsica. The presence of wollastonite, CaSiO3, is explained on a petrological and thermodynamical basis as related to highly reducing conditions characterized by the presence of H2-rich fluids in this subduction zone environment. These fluids are interpreted as resulting from the conservation of the reducing potential of serpentinites throughout the subduction process

Les interactions fluide-roches sont des processus omniprésents sur la planète et notamment dans les environnements de divergence lithosphérique, des marges hyper-étendues jusqu’à l’axe des dorsales océaniques. Dans de tels environnements, les roches de la lithosphère profonde sont exhumées au plancher océanique à la faveur de failles de détachement. Parallèlement, un magmatisme s’instaure suite à la fusion partielle asthénosphérique. Le couplage des processus tectoniques et magmatiques entraîne la circulation d’eau de mer dans les roches du manteau qui s’exhument. Cela conduit à l’altération des roches sous différentes formes telles que : i) la serpentinisation des roches du manteau, ii) la formation de systèmes minéralisés riches en Cu, Zn, Fe, Co, Au, Ag et iii) la carbonatation des roches du manteau. Les minéralisations reconnues dans les environnements océaniques actuels représentent un enjeu technologique, économique et sociétal crucial. Par conséquent, l’étude de ces systèmes est indispensable pour comprendre comment et où ils se forment. Cependant, dans les domaines actuels, la reconnaissance de ces altérations est limitée par les conditions d’observation au plancher océanique. Il devient alors impératif de se tourner vers les systèmes fossiles exposés à terre, dans les chaînes de montagne, pour étudier les processus hydrothermaux à l’origine de la formation des minéralisations. Cette stratégie a été adoptée dans ce travail de thèse à travers l’étude d’’une ophiolite téthysienne préservée dans les Alpes suisses. La déformation et le métamorphisme alpin n’ont eu que peu de conséquences sur les structures et altérations océaniques. Des minéralisations sulfurées similaires à celles reportées aux dorsales océaniques sont présentes dans la nappe là où le budget magmatique a été suffisant pour enclencher des circulations de haute température. Les minéralisations montrent quelques particularités ; présence de Fe-Ca-silicates, association des minéralisations avec des intrusifs mafiques ; diagnostics d’une position structurale profonde. L’évolution des traceurs géochimique (Se, Co/Ni) et minéralogiques de la minéralisation suggèrent qu’elle résulte du mélange entre un fluide hydrothermal et l’eau de mer. Postérieurement, les roches mantelliques et les basaltes ont subi une carbonatation à partir d’un fluide d’origine marine sous des conditions hydrothermales de 90-130°C. Cette carbonatation, se produisant durant une tectonique extensive active, résulte du mélange entre un fluide issu de la serpentinisation et l’eau de mer. Ces différentes altérations des roches du manteau dans la nappe de Platta montrent la richesse des interactions fluides-roches dans les marges hyper-étendues
Fluid-rock interactions are widespread processes on earth including divergent settings from hyper-extended margins to oceanic ridges. There, mantle rocks are exhumedto the seafloor thanks to detachment faults. In the same time, the inception of mafic magmatism occurs during asthenosphere partial melting. Coupling between activemagmatic and tectonic processes triggers hydrothermal circulation in exhuming mantle rocks. This leads to several alterations like: i) the serpentinization of mantle rocks, ii) theformation of Cu-Zn-Fe-Co-Au-Ag-rich hydrothermal mineralized systems and iii) the carbonation of mantle rocks. Mineralization represents critical resources for our technological and societal needs. Hence, studies dealing with ore-forming processes applied to oceanic hydrothermal systems are essential to unravel where and how mineralization forms. However, in present-day oceanic domains, the study of these systems is limited by the bad observation conditions at the seafloor. Hence, one way tofully understand these systems is to turn on fossil analogs preserved on-land. We adopted this strategy here and focused on a Tethyan ophiolite preserved in the Platta nappe where subsequent Alpine metamorphism and deformation had minor effect on oceanic geometries. Sulfide mineralization somewhat similar to this formed in oceanic settings occurred where the magmatic buget was high enough to trigger hydrothermal circulation. The mineralization displays peculiarities (presence of Fe-Ca-silicates, association with mafic intrusions) indicating it corresponds to the root zone of present-day mineralized systems.Geochemical signatures of the mineralization (Co/Ni ratio decrease, Se contentincrease) suggests it formed from hydrothermal fluid mixing with seawater. Subsequently, mantle rocks and basalts recorded a carbonation event under hydrothermal temperatures at about 90-130°C. Syn-tectonic carbonation was the result of serpentinized-derived fluids mixing with seawater at the serpentinite-basalt interface. These alterations reported in mantle rocks from the Platta nappe are the legacy of the diversity of fluid-rock interactions in hyper-extended margins

Le Platreef est une formation noritique contenant des minéralisations en Éléments du Groupe du Platine. Elle se situe en bordure de la partie septentrionale du complexe du Bushveld. Afin de définir les spécificités de cette unité marginale, nous avons tout d'abord étudié des échantillons pouvant servir de point de comparaison : ils proviennent d'une zone centrale de l'intrusion, le forage de Bellevue. Les données en isotopie de l'oxygène indiquent des valeurs de δ18O proches de 6,5 à 7 ‰ et homogènes à travers la pile magmatique. Ces valeurs, plus lourdes de 1 à 1,5 ‰ que celles des autres produits issus du manteau du Kaapvaal, sont l'indice d'une contamination crustale à l'échelle de tout le complexe. L'isotopie de l'hydrogène et les teneurs en eau témoignent de cumulats peu ou pas altérés.

Sur la base de critères pétrographiques et géochimiques, le Platreef apparaît beaucoup plus affecté par des phénomènes d'assimilation et de circulations de fluides. Il a été échantillonné sur 4 sites, en contact avec différentes roches encaissantes : granites Archéens, dolomies, quartzites et cornéennes. Les xénolithes calco-silicatés sont omniprésents dans ces portions du Platreef. Une contamination par des liquides de fusion partielle du granite est également mise en évidence. Les cumulats les plus affectés par l'altération se trouvent au contact des granites, qui constituent l'encaissant le plus fracturé.

À l'échelle du complexe, le rapport fluide/roche des interactions est très faible : les circulations ont été confinées à des chenaux préférentiels. Les caractéristiques isotopiques et géochimiques des fluides ne correspondent pas à celles des eaux météoritiques. Ils étaient probablement originaires des formations sédimentaires proches et ont été expulsés lors de la perturbation thermique due à la mise en place des magmas du Bushveld. Ils contenaient du chlore et du CO2 leur permettant de jouer un rôle dans la distribution des PGE.

Les interactions entre la fracturation, les circulations fluides et la chimie des fluides au sein de marges hyper-étendues sont encore peu décrites et sont pour la plupart localisées en mer, enfouies sous des sédiments post-rift. Le bassin sud Aquitain et la partie nord des Pyrénées constituent un cas d’étude approprié pour l’investigation de ces interactions dans un modèle de marge hyper-étendue avec exhumation du manteau durant le Crétacé inférieur puis inversée. Les données de terrain ont permis de décrire trois principaux sets de fractures. Ils ont été corrélés aux principaux événements de l’évolution géodynamique du bassin correspondant au rifting triasique, à l’hyper-extension datée Aptien-Cénomanien, et à la compression pyrénéenne. Les observations pétrographiques, les analyses Raman et microthermométriques sur les inclusions fluides, les données acquises par ICP-MS, et les analyses isotopiques ont permis de déterminer les chimies, les températures, les conditions rédox, les compositions des gaz, les signatures isotopiques de l’oxygène et du carbone, et les teneurs en terres rares des fluides parents pour les ciments précipités durant chaque épisode. Ces données ont permis le calage temporel des évènements diagénétiques majeurs. En particulier, la dolomie baroque et la chlorite ont précipité dans les fractures du set 2 durant l’hyper-extension correspondant au pic thermique à des températures supérieures à 300°C. La signature isotopique, la forte teneur en CO2, l’occurrence de H2S et les fortes salinités des fluides parents suggèrent la percolation de fluides mantelliques ascendants au travers des évaporites triasiques. La phase fin et post hyper-extension est caractérisée par de la bréchification hydraulique dans les formations les plus poreuses, une baisse des températures et des salinités, une baisse de la contribution mantellique dans les fluides parents, une fermeture du système diagénétique au cours de l’enfouissement et un passage à des conditions réductrices durant la précipitation du quartz, de la pyrite et de la calcite. La phase de compression pyrénéenne associée au troisième stade de fracturation a induit une réouverture du système diagénétique et favorisé le retour à des conditions oxydantes et à des infiltrations de fluides météoriques
Interactions between fracturing, fluid circulations and fluid chemistry on hyper-extended margins is still poorly described as most of them are located offshore, buried underneath post-rift sediments. The southern Aquitaine basin and the northern Pyrenees constitute an appropriate case study to investigate these interactions since a model of hyper extended margin with mantle exhumation during the Lower Cretaceous subsequently inverted was recently proposed. From a field study, we here describe three main sets of fractures (set 1 to set 3). They are correlated with main stages of the geodynamic evolution of the basin corresponding to the Liassic rifting, the Aptian-Cenomanian hyper-extension, and the Pyrenean compression. Petrographic observations, Raman and micro-thermometry analysis on fluid inclusions, ICP-MS, and isotope analysis permitted to determine chemistries, temperatures, redox conditions, gas compositions, oxygen and carbon isotopic signatures, and REE contents of parent fluids for cements precipitated during each episode. In particular saddle dolomite and chlorite precipitated in set 2 fractures during the hyper-extension corresponding to the thermal peak at temperatures higher than 300°C. The isotopic signature, the high CO2 content, the occurrence of H2S and the high salinity of parent fluids suggest ascending mantle fluids percolating across Triassic evaporites. The late and post hyper-extensional phase is characterized by hydraulic brecciation in porous formations, a decrease in temperature and salinity, a decrease in mantle contribution in parent fluids, a closing of the diagenetic system during burial and a switch to reducing conditions during the precipitation of quartz, pyrite and calcite. The Pyrenean compressive phase associated with the third fracturing stage induced a reopening of the diagenetic system and favored a return to oxidizing conditions and infiltrations of meteoric fluids

Le synclinal de Warrawoona (Australie Occidentale) est une région clef pour la compréhension de la tectonique archéenne ainsi que de la minéralisation aurifère. Dans cette recherche, sont couplés étude de terrain détaillée et études géochimiques fines. Ce couplage permet de préciser l’histoire des interactions fluides-roches et le lien existant entre la déformation et la minéralisation aurifère. Nos résultats suggèrent une histoire de circulation de fluides polyphasée. Celle-ci débute par l’infiltration anté à syn-tectonique d’une eau de mer saturée en silice à basse température et est suivie par l'infiltration syn-tectonique d’un mélange de fluides magmatiques et métamorphiques. Les modélisations thermomécaniques suggèrent enfin que la géométrie de ce system de circulation des fluides est compatible avec un processus de déformation gravitaire générant la sagduction des roches vertes et l’exhumation concomitante des dômes granitiques. Nous suggérons donc que les jonctions triples de foliations archéennes hébergent une classe particulière de minéralisation aurifère
The Warrawoona Syncline (Western Australia) is a key area for the understanding of Archaean tectonic and gold mineralization processes. In this study, we use a combination of field and geochemical analysis to elucidate the relationship between deformation and ore concentration. Two stages of fluid-rock interactions were recognized. The first stage involved early to syn-tectonic infiltration of seawater at low temperature and the second stage resulted in the infiltration of a mixed fluid phase of magmatic and metamorphic origin. These results indicate that ore concentration in the Warrawoona syncline is best achieved by a protracted and polyphased fluid infiltration history. Thermomechanical simulations indicate that the plumbing system associated with such a polyphased fluid-rock interaction history is best approximated in terms of a gravitational instability inducing sagduction of greenstone rocks and exhumation of granitic domes. This implies that Archaean tripe foliation junction such as the Warrawoona Syncline may be of significant importance for future gold exploration

Les paléo-interactions fluides-roches dans les granites, plus particulièrement la formation des fentes alpines, des épisyénites, des minerais d'U épisyénitiques et leur altération ultérieure, ont été modélisées grâce au code de calcul géochimique EQ3/6. Une version d'EQ3/6 gérant les pressions élevées a servi à modéliser l'évolution des paragenèses dans les fentes alpines intragranitiques en utilisant comme contraintes, la composition chimique détaillée d'inclusions fluides (micro-analyse après écrasement). La minéralogie principale des fentes (quartz-chlorite) a été reproduite après une chute de pression à 370°C de 3 à 1kb, et leur altération ultérieure en sidérite-muscovite par l'ajout de CO₂ et un refroidissement jusqu'à 280°C. Pour les gisements d'uranium intragranitiques hercyniens, les simulations montrent qu'un fluide de bassin à caractère oxydant altérant une source d'U (intragranitique) à 150°C précipite une paragenèse à K-mica et pechblende, fréquemment rencontré dans les gisements. L’association smectite-coffinite se met en place dans des conditions plus spécifiques : température entre 70 et 120°C, teneur en silice élevée (solubilité de la silice amorphe), fluide altérant plus sale. La fO₂ influence peu la formation de coffinite dans ces conditions, mais un fluide oxydant est nécessaire pour former la fluorine et la barytine associées. Les dissolutions et précipitations dans les verses à steriles issues de l'exploitation des minerais d'uranium ont été décrites, simulées expérimentalement et numériquement. Les calculs de spéciation-saturation des fluides naturels et expérimentaux révèlent que les minéraux néoformés dans les verses (hydroxydes de fer, sulfates) contrôlent l'essentiel du stock élémentaire libérable. La chimie des fluides circulants dépend en premier lieu de la solubilité de ces phases, et de la présence de tampons minéraux (carbonates par exemple à Lodève) ce qui conduit à une spéciation de l'uranium distincte d'un site à l'autre.

Les relations entre le developpement des réseaux de fractures diffuses et l’évolution de la pression, temperature et chimie des fluides (P, T, et X) au cours des différentes phases du plissement est une problématique de premier ordre qui n’a été abordée que récemment. Pour la discuter, ce travail s’appuie sur une reconstruction de la sequence de micro-fracturation et sur la caractérisation géochimique des fluides qui y ont circulé. Cette approche a été appliquée aux anticlinaux à cœur de socle formés lors de la phase compressive du Laramien dans le bassin du Bighorn, situé au front des Rocheuses américaines (Wyoming, USA). Ces structures présentent des réseaux de fractures diffuses qui permettent d’accéder aux déformations liées aux plissement mais aussi qui lui sont antérieures. L’étude des tenseurs de contraintes enregistrés par les veines de calcite permet de reconstituer l’évolution des surpressions de fluides pendant le plissement. La chimie des fluides obtenue dans ces mêmes veines est cohérente à l’échelle du bassin du Bighorn. Elle montre une alternance entre un système dominé par les fluides de pore des formations du bassin et un système dominé par des pulses de fluides de socles hydrothermaux dont le carbonate de calcium précipite en déséquilibre thermique et chimique avec les formations du bassin. L’étude souligne que les conditions P, T, et X dépendent d’une compétition complexe entre de nombreux paramètres. Lorsque des joints de courbure se développent, les paramètres influents se résument à l’évolution de la structure. L’impact des fractures et des migrations de fluides préexistantes sur l’évolution du système de fluide lors du plissement est une conclusion majeure de ce travail, qui souligne le potentiel de l’étude du réseau de fractures sub-sisimiques pour mieux comprendre l’évolution du système de fluides lors du plissement dans un pli sur faille de socle
Paleofluid system evolution in diffuse fracture network in folds exhibits complex interplays between fluid systems and folding. New and challenging questions about the dynamic evolution of pressure, temperature and chemistry of fluids (P,T, and X) during folding were recently highlighted. To tentatively address them, this work documents the geochemistry of paleofluids that migrated in diffuse fracture sets developed in Laramide basement-cored folds in the Bighorn Basin, in the Sevier-Laramide Rocky Mountains (Wyoming, USA). These basement-cored folds exhibit fracture networks related to tectonic phases predating, postdating and coeval with Laramide tectonics. The related evolution of the fluid system is consistent at basin-scale and shows that fluid system alternated between formational fluids dominated the fluid system and moments when fracture sets enabled pulsatile migrations of hydrothermal and radiogenic fluids. The quantitative evolution of fluid overpressure in the sedimentary cover during each deformation step was also deciphered. On top of conclusions about regional evolution of paleofluid systems in the Bighorn Basin our study illustrates what are the parameters controlling the relationships between folding and the evolution of fluids. Before the strata curvature, P, T, and X conditions depend on interplay between numerous parameters, while during curvature, P, T, and X conditions are mainly controlled by the (micro-)structural evolution. Our study points out that the fracture sets and fluid migrations predating folding may have a strong impact on the P, T, and X of fluids during folding, and thus must be taken into account in studies of paleofluid systems

L'accrétion océanique au niveau des dorsales lentes est alimentée par un apport magmatique et par l'exhumation de péridotites mantelliques. Une partie de la chaleur dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation des magmas sert de moteur à la circulation hydrothermale qui peut transporter de l'eau de mer jusqu'aux roches mantelliques. Une réaction d'oxydoréduction impliquant l'eau de mer, l'olivine et le pyroxène des péridotites peut alors avoir lieu pour produire de la serpentine, de la magnétite et de l'hydrogène. Cette réaction, dite de serpentinisation, contrôle les propriétés physico-chimiques de la lithosphère océanique et est, de fait, incorporée dans les modèles géophysiques avec une cinétique encore mal contrainte. Ce travail de thèse est centré sur la cinétique d'hydratation de l'olivine de San Carlos, une réaction de serpentinisation simple. Un dispositif expérimental de suivi de la cinétique d'hydratation a été mis au point, basé sur la mesure du signal magnétique associé à la magnétite formée. Cette méthode, couplée à une modélisation thermodynamique, permet également de quantifier indirectement la production d'hydrogène. L'influence de la taille initiale des grains l'olivine et de la température sur la cinétique d'hydratation a aussi été étudiée. Une augmentation de la vitesse de serpentinisation dans les premiers temps de la réaction est mise en évidence et expliquée par la mise en place de microtextures également observées dans le milieu naturel (puits de corrosion et fractures) contribuant à un accroissement de la surface réactive. De manière générale, la cinétique de serpentinisation obtenue ici est de un a deux ordres de grandeur plus lente que celle utilisée jusqu'alors dans les modèles géophysiques. En plus de cette étude expérimentale, une réaction d'oxydoréduction dans un contexte naturel a été étudiée au niveau d'une zone réactionnelle entre des serpentinites et des marbres en Corse alpine. Sur la base d'une approche pétrographique et thermodynamique, la présence de wollastonite, CaSiO3, est expliquée par l'atteinte de conditions très réductrices associées à la présence de fluides riches en hydrogène en contexte de subduction. Ces fluides sont interprétés comme résultant de la conservation du potentiel réducteur des serpentinites au cours de la subduction.

Les principales cibles d'exploration pour les gisements d’uranium de type discordance du bassin d’Athabasca (Canada) sont les structures graphiteuses du socle. Toutes ces structures ne sont pourtant pas fertiles et elles présentent des histoires plus ou moins complexes de circulations fluides successives. Cette thèse propose de déconvoluer les caractéristiques propres à chaque évènement de circulations fluides par une étude multidisciplinaire focalisée sur l’exemple de l’environnement proche du gisement de Cigar Lake. Au cours de l’exhumation tardi-orogénique du socle, la formation de failles ductile-cassantes associées à une circulation intense de fluides à C-O-H-N a permis des enrichissements en graphite et une première évolution pétrophysique des zones endommagées. Ces structures du socle particulièrement fragilisées par la déformation cassante fini-Hudsonienne ont pu être réactivées après dépôt du bassin et devenir des lieux favorables à la convection de saumures sédimentaires. La circulation de saumures sodiques dans le socle a favorisé des interactions fluides-roches à l’origine de la solubilisation de l’uranium, d’altérations K-Mg et d’évolution de composition du fluide vers un pôle plus calcique de plus forte salinité. Enfin une méthodologie d’analyse intégrée des compositions élémentaires majeures, traces et isotopiques U-Pb-O sur oxydes d’uranium est proposée, permettant de déconvoluer les effets des évènements fluides ultérieurs sur la minéralisation primaire. Cinq évènements ont ainsi contribué aux caractéristiques actuelles du gisement de Cigar Lake : Un évènement primaire de circulation de saumures à 1290-1380 Ma, à l’origine de l’ensemble du stock d’uranium ; un événement de circulations fluides à ca. 900 Ma à l’échelle régionale qui n’est pas associé à une reprécipitation d’uranium mais a brechifié et perturbé la chimie des oxydes primaires ; deux évènements tardifs de circulations fluides à ca. 340 et 220 Ma qui ont significativement remobilisé le stock primaire d’uranium. Enfin un dernier épisode récent de circulation d’eaux météoriques est à nouveau à l’origine d’un changement de chimie des oxydes antérieurs et d’une remise à zéro des systèmes isotopiques
The main exploration targets for unconformity-related U deposits of the Athabasca Basin are the graphite-rich structures in the basement. But these are not necessarily fertile. They show distinct features expressing specific events of fluid circulations. This study aims, through a multidisciplinary approach, at unravelling the complex history of fluid flow events recorded in the vicinity of the Cigar Lake deposit. During the basement uplift, at the end of the Trans-Hudson Orogeny, the formation of ductile-brittle shear zones associated to the circulation of C-O-H-N fluids led to hydrothermal graphite enrichments and a petrophysical evolution of damages zones. These graphite-rich shear zones that were specifically weakened by the ante-Athabasca brittle reactivation have been reactivated once more after basin deposition allowing the formation of a developed damage zone especially favorable for sedimentary brine convection. Circulations of NaCl-rich brines in the basement led to brine-rock interactions, and subsequent uptake of uranium and other metals from the basement rocks. The latter have subsequently undergone strong K-Mg alteration whereas the NaCl dominated brines evolved toward a CaCl2-dominated composition with higher salinities. Finally, this thesis sets out an integrated methodology allowing to decipher the complex superimposed geochemical signatures of distinct fluid flow events on the primary uranium oxides. Five fluid flow events contributed to the present day state of the Cigar Lake deposit: a primary event of brine circulation occurred at 1290-1380 Ma and is at the origin of the main U stock; a second basin-scale event of fluid flow occurred at ca. 900 Ma, it brecciated and strongly disturbed the deposit; two later events of fluid flow strongly remobilized the deposit at ca. 340 and 220 Ma and greatly contributed to the actual state of the deposit. Finally a last, rather recent event of fluid flow was at the origin of strong chemical changes in the uranium oxides compositions and strong isotopic resetting

Les roches carbonatées lacustres de la formation de la Barra Velha (BVF), dans le bassin de Santos, présentent des compositions et textures distinctes, avec des hétérogénéités sédimentaires auxquelles se surimposent celles diagenétiques, conduisant à la formation de réservoirs complexes. Pour mieux comprendre et prédire les hétérogénéités latérales/verticales des réservoirs carbonatés du bassin de Santos, nous avons adopté une approche multidisciplinaire, intégrant des analyses sédimentologiques et diagenétiques, des modèles stratigraphiques et de la modélisation géochimique. À partir des données multi-échelles, nous avons (1) caractérisé la distribution spatiale et stratigraphique des différents faciès et phases diagenétiques et leurs principaux facteurs de contrôle, (2) évalué le modèle conceptuel proposé et fourni les conditions initiales pour le modèle d'interaction fluide-roche en utilisant la modélisation stratigraphique (SFM), (3) étudié les conditions physico-chimiques idéales et les schémas de circulation des fluides dans le bassin régissant les altérations diagenétiques observées dans la zone d'étude. L'analyse des données réalisée dans cette étude met en évidence la distribution spatiale et temporelle des différents types d'argiles magnésiennes, les principaux produits diagenétiques et leur association avec les différents faciès. La distribution stratigraphique des argiles magnésiennes indique une influence de la chimie de l'eau du lac. Par ailleurs, le schéma d'altération des argiles magnésiennes et ses caractéristiques diagenétiques suggèrent un contrôle important du cadre structural. Les tendances spatiales et stratigraphiques des caractéristiques sédimentologiques et diagenétiques indiquent, qu’au premier ordre, l’évolution hydrochimique de l'eau du lac contrôle les principaux aspects de dépôt et de diagénèse, étant modulée par des facteurs locaux qui ont renforcé l'empreinte diagenétique. Les données indiquent que trois caractéristiques principales marquent les variations hydrochimiques de l'eau du lac : une phase initiale associée à un apport important de sédiments détritiques, une phase intermédiaire marquée par des conditions d'évaporation plus élevées et une phase finale caractérisée par des fluctuations des conditions d'évaporation avec une contribution détritique plus faible. Dans la deuxième partie de l'étude, nous proposons un modèle numérique stratigraphique basé sur le modèle géologique conceptuel et l'évaluation des contraintes à grande échelle, telles que la subsidence et les variations du niveau du lac. Le modèle aborde également l'évolution des zones hydrologiques. Grâce à ce modèle, nous proposons une grille latérale et verticale de faciès, utilisée pour définir les conditions initiales de la modélisation en transport réactif. Dans la troisième phase de l'étude, une série de calculs géochimiques permet d’estimer le potentiel diagenétique de différentes sources de solutés et les principaux contrôles paléo-environnementaux sur les modifications diagenétiques. Enfin, nous examinons les principaux scénarios diagenétiques à partir de la modélisation de transport réactif, en nous concentrant sur les processus de dolomitisation, de silicification et de dissolution et sur l’impact de la circulation régionale ou locale des fluides sur les altérations diagenétiques. Les hétérogénéités sédimentaires, liées aux caractéristiques intrinsèques des environnements de dépôt, jouent un rôle crucial dans l'évolution des processus diagenétiques. Les résultats démontrent également l’existence de chemins préférentiels de circulation des fluides et d'altérations diagenétiques associés à l’alternance de strates riches en argiles magnésiennes et de faciès présentant une perméabilité plus élevée. L'approche multidisciplinaire fournit une vue spatiale des interactions entre les propriétés des roches et les schémas possibles de circulation des fluides dans le bassin
The lacustrine carbonate rocks of the Barra Velha Formation (BVF), Santos Basin, present distinct composition and texture, with superimposed sedimentary and diagenetic heterogeneities, forming complex reservoirs. To better understand and predict lateral and vertical heterogeneities of the carbonate reservoirs of Santos Basin, we conduct a multidisciplinary approach, integrating sedimentological-diagenetic analyses, stratigraphic forward (process-based) modeling, and geochemical modeling. From a multiscale dataset of a field localized in the Outer High of the Santos Basin, we (1) characterized the spatial and stratigraphic distribution of the different facies and diagenetic phases and their main controlling factors, (2) evaluated the conceptual model proposed and provide the initial conditions for fluid-rock interaction model, using stratigraphic forward modeling (SFM) (3) investigated the ideal physicochemical conditions and basin fluid circulation patterns ruling the diagenetic alterations observed in the study area. The data analysis performed in this study highlights the spatial and temporal distribution of different types of Mg-clay, the main diagenetic products, and their association with different facies. The stratigraphic variations in Mg-clay distribution indicate an influence of the lake water chemistry. Furthermore, the Mg-clay alteration pattern and its diagenetic features suggest a strong control of the structural setting. The spatial and stratigraphic distribution of sedimentological and diagenetic heterogeneities indicate that the lake water’s first-order hydrochemical evolution drove the major depositional and diagenetic aspects, modulated by local factors, which enhanced the diagenetic imprint. Three main characteristics mark the lake water hydrochemical variation: an initial stage associated with a higher input of detrital content, an intermediary phase marked by higher evaporative conditions, and a final stage characterized by fluctuations of the evaporative conditions with a lower detrital contribution. In the second part of the study, we propose a stratigraphic forward model based on the depositional conceptual model and the evaluation of large-scale constraints, like subsidence and lake-level variations. The model also addresses the lake-level variations relying on the hydrologic water balance between precipitation and evaporation rate and provides insights into the evolution of hydrological zones. Through the process-based model, we propose a lateral and vertical grid of facies used to parametrize the reactive transport modeling. In the third part of the study, a series of geochemical calculations were used to estimate the diagenetic potential of different solute sources and the main paleoenvironmental controls on diagenetic modifications. The calculations show that the pH fluctuation is the main factor impacting the Mg-clay preservation, followed by the diagenetic fluids' Mg/Ca and Mg/Si ratios, and emphasize the role of pCO2 in the diagenetic alteration. In addition, the models point out the ability of different Mg-clay types to generate distinctive amounts of diagenetic products. Finally, we explore diagenetic scenarios on the BVF sag phase through reactive transport modeling, focusing on the dolomitization, silicification, and dissolution processes and addressing the impact of regional versus local fluid circulation on diagenetic alteration. The initial facies heterogeneities, intrinsically related to the depositional characteristics, have a crucial role in the evolution of the diagenetic process. The results also highlight the preferential pathways of fluid circulation and diagenetic alteration associated with Mg-clay-rich layers and facies with higher permeability alternation. The multidisciplinary approach provides a spatial view of the interplay between rock properties and possible fluid circulation patterns in the basin

Une étude de terrain réalisée dans le massif du Mont Blanc a été couplée à une étude expérimentale de laboratoire (en collaboration avec le GFZ-Potsdam) dans le but de comprendre les relations entre déformation, transferts de matière et de fluide dans les roches quartzo-feldspathiques. Une attention particulière a été portée aux transferts de matière par diffusion qui sont le plus souvent négligés.
Une étude pluridisciplinaire basée sur des observations de terrain, des analyses géochimiques et pétrologiques a été réalisée dans le massif du Mont Blanc. Des transferts de matière associés à divers degrés d'interactions fluide-roche couplés à la déformation ont été identifiés. Au cœur du massif la remontée d'un front métasomatique responsable de transformations majeures du granite (précipitation intense de biotites et de chlorites magnésiennes) implique la circulation de fluides profonds magnésiens à travers l'ensemble du massif. Le réseau de zones de cisaillement et l'épisyénitisation du granite (perte du quartz et de la biotite dans le granite situé aux épontes de veines ouvertes) apparaissent comme essentiellement contrôlés par la déformation, plutôt que par la circulation de fluides externes.
Des expériences ont été réalisées en laboratoire afin de contraindre les mécanismes supposés participer aux transferts de matière dans le massif du Mont Blanc. Des expériences de dissolution-cristallisation sous contrainte indiquent que ce processus est efficace aux conditions de la croûte supérieure sous des conditions isotropes. Un processus similaire pourrait donc être responsable de la formation des épisyénites du Mont Blanc. Une étude identique réalisée avec des billes de verre témoigne de la compétition de plusieurs processus aussi bien ductiles (plasticité, dissolution-cristallisation sous contrainte) que fragiles (fracturation). Ces expériences montrent également que la présence d'une faible quantité de fluide dans la porosité favorise la déformation. Des expériences conduites sous un gradient de température permettent de déterminer la séquence de cristallisation résultant du refroidissement d'un fluide dont la composition est tamponnée par celle du granite encaissant. La séquence de cristallisation observée expérimentalement (quartz, feldspath alcalin, mica et argile) ne correspond pas aux précipitations observées dans les zones de cisaillement, ce qui semble en accord avec l'hypothèse que les zones de cisaillement puissent se former en système presque clos, avec des interactions fluide-roche limitées. Enfin une série d'expériences a été réalisée, également sous gradient thermique, afin de quantifier le coefficient de diffusion de la silice dans l'eau pure aux conditions de la croûte moyenne.

Le role des fluides dans l'evolution des proprietes mecaniques et de transport des roches est etudie. L'interaction chimique entre un fluide et la matrice rocheuse depend de la propagation lente de fissures et de la deformation des pores par transfert en solution. Un modele permet de comprendre l'evolution de la structure de porosite dans la croute terrestre. De plus dans le cadre de l'interaction mecanique on etudie l'expulsion des hydrocarbures dans les roches sources en mettant en evidence l'effet primordial de la proximite des fissures

Dans le massif de Rocroi (Ardenne, France), des filons de dolérite et leur encaissant gréso-pélitique ont subi un métamorphisme varisque en faciès schistes verts (450-300°C, 250-100 MPa). Les filons les plus épais comme celui de la "Grande Commune" montrent une différenciation chimique, minéralogique et texturale progressive et continue entre coeur et bordure. Le premier assemblage métamorphique, à actinote, oligoclase, épidote, chlorite et ilménite est préservé uniquement au coeur. Il a été remplacé dans les bordures par un assemblage synchrone de la schistosité, à quartz, calcite, chlorite, albite et rutile. Les inclusions fluides de veines synschisteuses à quartz-calcite-chlorite ont enregistré le piégeage successif de trois familles de fluides appartenant aux systèmes de composition H2O~sels~N2-CH4-C02, N2-CH4( -C02) et H2O-NaCI. Le premier fluide est responsable des transformations chimiques et minéralogiques de la diabase. Les quantités de CO2 et de H2O consommées par les réactions et quantifiées par des bilans de matières impliquent l'infiltration de l'éponte par un volume de fluide qui vaut au moins 1,8 fois celui de la roche. Malgré ce flux important, les différences de XC02 entre les inclusions primaires des veines et celles des quartz de l'encaissant du filon montrent que la composition du fluide dans le filon est resté largement contrôlée par le pouvoir tampon des réactions. Les constituants volatils des inclusions (N2, CH4 et CO2) proviennent de la déstabilisation de micas riches en ammonium et de graphite présents dans les schistes encaissant. La déformation est le principal moteur de la mobilisation des fluides au cours de l'évolution rétrograde.

La thèse est divisée en deux parties. La première partie fait le point sur un certain nombre de phénomènes : - le développement de la fracturation dans les zones de décrochement soumises ou non à des pressions de fluides, - la dynamique de la circulation des fluides dans les zones de failles et le comportement des fluides hydrothermaux soumis à des variations de température et de pression brutales, - le rôle de la fracturation dans la mise en place de magmas granitiques dans l'épizone et les mécanismes de déformation qui gèrent cette mise en place. La deuxième partie concerne l'étude des minéralisations (Zn, Pb, Ag) de Saint-Salvy-de-la Balme (Tarn), adjacentes au granite du Sidobre, dont elles sont contemporaines. Une étude de la cinématique de mise en place du granite du Sidobre est menée par la méthode de l'ASM. Celle-ci met en évidence un cisaillement dextre du magma au moment où celui-ci se met en place à 7 kms de profondeur. L'enregistrement de la déformat1on par les stades successifs de cristallisation du magma permet de suivre l'évolution de la déformation et du comportement du granite au cours de son refroidissement (250 000/500 000 ans). La déformation, concentrée dans le batholite lorsque celui-ci est encore à l'état magmatique, se concentre progressivement sur les bordures du batholite, pour finalement aboutir à la formation du champ filonien de Saint-Salvy. La surface de décollement entre le batholite et les schistes est représentée par le filon de Saint-Salvy. A l'intérieur de celui-ci, les fluides qui circulent à des vitesses pouvant localement atteindre plusieurs m/s, déposent des quantités massives de quartz (pendant environ 60000 ans), aux endroits où des contrastes de compétence importants se présentent. Ceux-ci sont principalement engendrés par la présence de lames d'aplites, emballées dans les schistes. Les masses de quartz jouent à leur tour un rôle d'hétérogénéités lors de la poursuite du décrochement dextre. Les ouvertures ménagées sous l'effet du cisaillement dextre et par la pression des fluides autour de ces masses quartzeuses permettent le dépôt de la sphalérite (< 10000 ans). Quelque soit l'échelle d'observation considérée, la présence d'ouverture importante est liée à la notion d'hétérogénéité.

La compréhension d'un système pétrolier nécessite la caractérisation pétrographique de tous les éléments et les processus le composant. Dans ce travail, plusieurs exemples de roches mères, roches réservoirs et roches couvertures provenant de bassins pétroliers différents, ont été étudiés afin de décrire les méthodes pétrographique classiques et mettre en place des nouvelles. Ces dernières telles que : la création d'une cinétique de transformation d'un kérogène composé de deux types de matière organiques (programmation), analyse macérale et l'étude des microfractures par analyse d'images, la diffraction à rayon X ainsi que la tomographie ont permis la caractérisation de la roche mère. Quant aux roches réservoirs, les méthodes d'analyse d'image des propriétés pétrophysiques, la microscopie MSCL ainsi que les paramètres de mouillabilité permettent la description de la qualité de ces réservoirs et leurs préservations au cours du temps à cause des phénomènes de recristallisation, dissolution, circulation de fluide et de réaction TSR/BSR. Les roches couvertures étudiées dans ce travail sont celles des argilites callovo-oxfordienne, utilisant la diffraction à rayon X ainsi que l'analyse d'image et la tomographie. Ces méthodes ont facilité la compréhension de leurs comportements au cours du temps, leurs capacités de sorption/désorption et leurs fiabilités de stockage de déchets nucléaire. Enfin, la modélisation pétrolière avec Petromod permet de déterminer les fonctionnements des systèmes pétroliers. La modélisation par percolation est plus proche de la réalité des bassins pétroliers que celle de Darcy/Hybride
Understanding oil systems requires petrographic characterization of all elements and process that compose it. In this work, several examples of source rocks, reservoir rocks and seal from different petroleum basins have been studied in order to describe conventional petrographic methods and develop new ones. The new ones as: a program of transformation kinetic of kerogene composed of two types of organic matter, maceral analysis and microfractures study using images analysis, the diffraction X-ray and tomography allowed source rock description. As for, reservoir rocks, methods of petrophysical characterization by images analysis, MSCL Microscopy and wettability parameters permit reservoir quality description and their preservation over time due to recrystalization and dissolution phenomena, fluid flow and TSR/BSR reaction. The cap rocks studied in this thesis are those of Callovo-Ordovician argillites, using X-Ray diffraction as well as images analysis and tomography. Those methods facilitated the understanding of argillites behavior over time, their sorption/desorption ability and their reliability of nuclear waste storage. Finally, Modeling using Petromod helps to determine petroleum systems functioning. Modeling by percolation method gives results closer to oil basins reality, than by Darcy/Hybrid method

Le bassin de Jaca (Pyrénées espagnoles) est un exemple classique de bassins d’avant pays, où les grandes lignes du remplissage sédimentaire, ainsi que la chronologie des failles ont été très étudiées. Il reste toutefois à mieux comprendre la paléo-hydrologie et l’histoire thermique du bassin, de manière à proposer un modèle de circulation des fluides pendant sa mise en place et sa déformation (Paléocène-Oligocène). Pour ce faire, ce travail propose d’analyser la répartition de la fracturation, d’étudier les conditions de formation des veines syn-tectoniques et de caractériser la maturité de la matière organique sur l’ensemble du paléobassin d’avant-pays de Jaca, des zones internes vers les zones externes.L’analyse pétrographique, géochimique et microthermométrique des veines montre que la grande majorité des fluides minéralisateurs sont à l’équilibre isotopique et thermique avec l’encaissant. Dans le détail, nous avons identifié 2 événements principaux de formation de veines dans la zone interne du bassin (Sierras Interiores), que nous proposons d’associer au fonctionnement des failles majeures dans le socle. Nous suggérons que les fluides circulent le long des niveaux de décollements et sont expulsés sur de courtes distances (< 10 km), au travers des réseaux de fractures, vers le bassin d’avant-pays. Le reste du bassin enregistre principalement des fluides locaux, parfois associés à l’infiltration d’eau météorique. L’analyse des températures d’enfouissement (50°C à 250°C), qui inclut des données de Δ47, montre une organisation N-S relativement homogène depuis les Sierras Interiores (fenêtre à gaz) jusqu’aux Sierras Exteriores (immature), avec des anomalies longitudinales marquées. Les modélisations thermiques 1D sur 9 puits virtuels suggèrent que les températures maximales vers les Sierras Interiores peuvent résulter d’un enfouissement sédimentaire, dont une grande partie est érodée actuellement. Nous proposons que ces parties érodées correspondent à des dépôts tardi-orogéniques conglomératiques déposés à proximité de la zone axiale. Les données suggèrent une répartition non homogène de ces dépôts selon un axe E-W, impliquant des transferts sédimentaires plus complexes qu’habituellement discutés. Au vu de nos résultats et des précédentes études, le modèle paléohydrologique et thermique du bassin de Jaca, et à plus grande échelle, de la chaîne plissée sud-pyrénéenne, est compartimenté à la fois dans l’espace et dans le temps, en lien avec à la propagation latérale et frontale de la déformation, qui contrôle l’ouverture du système. Le modèle paléohydrologique et thermique de la chaîne plissée sud-pyrénéenne constitue donc un potentiel analogue aux chaînes plissées dont le raccourcissement résulte d’une convergence oblique
The Jaca basin (Spanish Pyrenees) is a classical example of a foreland basin, where the sedimentary filling and the calendar of thrust activation have been extensively studied. It remains to understand the paleohydrology and the thermal history of the basin, so as to provide a fluid flow model related to its formation and deformation (Paleoecene-Oligocene). To do this, this work proposes to analyze the distribution of fracturing, to study the conditions of formation of syn-tectonic veins and to characterize the maturity of organic matter throughout the Jaca foreland basin, from hinterland to external areas.Petrographical, geochemical and microthermometric analysis of veins show that the vast majority of mineralizing fluids are at the isotopic and thermal equilibrium with the host-rock. In detail, we identified two main events of vein precipitation in the inner part of the basin (Sierras Interiores), probably related to major basement thrust activations. We suggest that fluids flow along decollement levels and are expelled over short distances (<10 km), through fracture networks towards the foreland basin. The other part of the basin mainly record local fluids, sometimes associated with the infiltration of meteoric water. Analysis of burial temperatures (50 °C to 250 °C), which includes Δ47 data, shows a relatively homogeneous N-S organization from the Sierras Interiores (gas window) to Sierras Exteriores (immature), with strong longitudinal anomalies. Thermal 1D modelling of 9 virtual wells suggest that the maximum temperatures of Sierras Interiores result from sedimentary accumulation, whose a large amount is now eroded. We propose that this eroded thickness corresponds to late-orogenic conglomeratic deposits near the axial zone. The data suggest an inhomogeneous distribution of the deposits along an E-W axis, involving more complex sedimentary transfers than usually discussed. Given our results and previous studies, the paleohydrological and thermal model of the Jaca basin, and on a larger scale, of the South Pyrenean fold and thrust belt, is compartmentalized both in space and in time, in response to the propagation of and oblique deformational front, which controls the opening of the system. The paleohydrological and thermal model of the South Pyrenean fold and thrust belt is therefore a potential analogue to fold and thrust belt including shortening due to an oblique convergence