Thèses soutenues

Nicolas THEBAUD

Interactions fluides/roches dans un point triple de foliation Archéen : exemple des Pilbara orientales (Australie Occidentale)

sous la co-direction de Pascal PHILIPPOT et Patrice REY (School of Geosciences, Sydney University, Australie)

Dans la terre primitive, une large gamme de phénomènes incluant la mise en place de gisements aurifères, ainsi que l’initiation d’une activité biologique primitive aux alentours d’évents hydrothermaux, est liée à la mobilisation de fluides au travers de la croûte, et de leur ascension vers la surface. C'est pourquoi l’identification ainsi que la caractérisation à l’échelle crustale des systèmes de circulation des fluides est l’un des problèmes les plus fondamentaux de la géologie archéenne.

Dans les Pilbara (Australie occidentale) la région de Marble Bar présente un type de structure caractéristique archéen en dômes et bassins. La couverture volcano-sédimentaire (~3515 Ma) est recouverte en discordance par une dizaine de kilomètres de roches volcaniques (ultramafique, mafique et felsique) du Warrawoona group (3470-3320 Ma) qui ont été intrudées par de larges granitoïdes (~3450-3300 Ma). Durant l'emplacement des dômes granitiques se développe un réseau de structures susceptibles de servir de conduits pour les fluides. Dans la jonction triple du synclinal du Warrawoona la présence de veines de quartz, de brêches hydrauliques, d’assemblages micacés ainsi que de dépôts métallifères (Au-Cu-Ag) traduisent une interaction fluide roche.

L’objet de cette recherche est de caractériser la géométrie ainsi que l’hydrodynamique de la jonction triple, afin de contraindre l’échelle, la magnitude de la circulation de fluides en relation avec la géodynamique archéenne, la nature, l’origine et le devenir des fluides mobilisés et de contraindre leur impact sur la formation de gisements métallifères.

thèse de l'Université Paris VI soutenue le 21 juin 2006

Jean CAUZID

Géochimie et imagerie X des fluides inclus dans les systèmes hydrothermaux fossiles :
développements expérimentaux

sous la direction de Pascal PHILIPPOT

Les phénomènes d'immiscibilité entre phases vapeur et liquide modifient les propriétés des fluides, notamment la stabilité des complexes en solution, et conditionnent donc le partitionnement élémentaire. Ils jouent ainsi un rôle clé dans les transports de matière dans la croûte terrestre et la formation de gisements métalliques d'intérêt économique. Du fait de la variété des compositions des fluides, des pressions et températures auxquels ils sont soumis, des roches qu’ils traversent et du caractère dynamique des interactions fluides-roches, ces phénomènes sont difficiles à contraindre expérimentalement. Les phénomènes d'immiscibilité sont parfois "fossilisés" sous forme de populations d'inclusions fluides "vapeur" et "liquide" distinctes au sein d'un minéral. Dans cette thèse, j'ai développé une méthode quantitative d'analyse ponctuelle et d'imagerie 2D et 3D des inclusions fluides ainsi que leur analyse par spectroscopie d’absorption. Elles ont été appliquées à l’étude de l'origine du partitionnement du Cu dans la phase vapeur dans les gisements porphyriques et épithermaux à partir de l'exemple du Mole granite. L’utilisation du rayonnement synchrotron a permis de coupler, en microfaisceau, la fluorescence X et la spectroscopie d’absorption sur des inclusions liquide et vapeur progressivement homogénéisées dans un microfour. Les résultats montrent que le S est responsable de la complexation du Cu dans la vapeur à température d’homogénéisation. Mais, le Cl puis les groupements OH- sont les ligands principaux du Cu lors du refroidissement du fluide. Je propose donc un modèle évolutif dans lequel une succession de complexes soufrés, chlorés puis hydratés explique la stratification des zones métallifères dans ce type de systèmes hydrothermaux.

Cette thèse a été réalisée en co-direction avec l'ESRF (ligne ID22 - Alexandre SIMIONOVICI, Andrea SOMOGYI)

thèse de l'Université Paris VII soutenue le 16 décembre 2005 à l'IPGP

Sophie LEBRUN

Minéralogie des précipités hydratés Fe-As dans un drainage minier acide :
Rôle des micro-organismes acidophiles

sous la co-direction de Georges CALAS et Guillaume MORIN

Les réactions biologiques d’oxydation du Fe(II) en milieu acide peuvent favoriser l’immobilisation des polluants métalliques ou métalloïdes tels que l’arsenic, le plomb, le zinc, via la précipitation du Fe(III). Ces réactions ont été étudiées sur un site minier pilote (Carnoulès, Gard, France) dont le réseau hydrographique est pollué par de grandes quantités d’arsenic. L’étude a consisté, d’une part, en un suivi saisonnier des réactions d’oxydation et de précipitation du fer et de l’arsenic sur le terrain, et d’autre part, en des expériences de laboratoire tendant à reproduire ces réactions en conditions biotiques et abiotiques.
Notre approche combinant la chimie des solutions, la minéralogie et la cristallochimie des précipités, ainsi que l’écologie bactérienne, a permis de mieux comprendre les mécanismes d’immobilisation de l’arsenic. A l’amont du site, la précipitation de phases ferriques ainsi que les modes d’immobilisation de l’arsenic sont spécifiquement liés à l’activité saisonnière de deux populations de micro-organismes acidophiles présents sur le site : des Acidithiobacillus ferrooxydans oxydant le Fe(II), et des Thiomonas oxydant l’As(III). Le réseau hydrographique est ensuite le siège de réactions abiotiques de précipitation d’oxyhydroxydes et/ou d’hydroxysulfates ferriques dont les structures ont été analysées par DRX et EXAFS. Ces phases peu cristallisées sont connues pour piéger l’arsenic via des phénomènes de coprécipitation ou d’adsorption, et sont en général la clé des processus d’immobilisation de l’arsenic dans les eaux contaminées.

thèse de l'Université Paris VI soutenue le 19 décembre 2005 à l'IMPMC

Julien FORIEL

Application du rayonnement synchrotron à l'étude des microfossiles et de l'environnement archéen

sous la direction de Pascal PHILIPPOT

Certaines roches archéennes (âgées de 2,5 à 4 milliards d'années) ont pu enregistrer les traces de l'activité des premiers organismes biologiques ainsi que des informations sur l'environnement dans lequel la vie primitive s'est développée. Cependant, l'analyse de ces indices est souvent très difficile en raison de l'âge des roches mais aussi du fait que les processus biologiques et géologiques peuvent produire des signatures similaires. De nouvelles approches analytiques doivent donc être développées.
Le rayonnement synchrotron, de par sa résolution spatiale et sa haute sensibilité est adapté à l'étude d'objets micrométriques, fragiles et inclus dans des matrices minérales.
Une combinaison de techniques spectroscopiques, basées pour la plupart sur le rayonnement synchrotron, a été utilisée pour déterminer avec certitude l'origine biologique de microfossiles récents. Les résultats obtenus par micro-XANES indiquent de plus un métabolisme reposant sur l'utilisation du soufre. Le protocole établi ici pourra être appliqué à des microfossiles plus anciens pour en déterminer la biogénicité et étudier le métabolisme des organismes fossilisés.
Des inclusions fluides provenant du North Pole Dome, Pilbara, Australie, et âgées de 3,5 milliards d'années ont été analysées par microfluorescence X par rayonnement synchrotron. Ces résultats montrent que les inclusions, piégées dans des quartz minéralisés dans des basaltes en coussins, contiennent un fluide proche de l'eau de mer de North Pole mélangé à des sources possédant une signature mantellique. Les compositions en chlore et en brome de ces différents fluides suggèrent que l'activité biologique à North Pole était suffisante pour influencer la composition de l'eau de mer. De plus, des globules carbonés, d'origine organique probable (mais non démontrée) ont été identifiés dans les sédiments de North Pole. Enfin, la très faible concentration en sulfate de l'eau de mer indique que l'atmosphère était probablement pauvre en oxygène.

thèse de l'Université Paris VII soutenue le 7 décembre 2004 à l'IPGP