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Mantle rocks exposed in seafloor and/or directly in contact with atmosphere in ophiolite system are thermodynamically and chemically in disequilibrium. Mantle alteration is driven by serpentinization (ie, hydration and oxidation-reduction reactions) and carbonatization reactions. These reactions play an major role in the chemical exchanges between the deep mantle and the outer envelops, especially in the global mass budget of volatiles (C, H and O) via CO2 mineralization, hydrogen production and formation of hydrocarbons and prebiotic molecules. Oman ophiolite is an ideal "natural laboratory" for studying alteration reactions in mantle rocks from ocean hydrothermalism to modern continental weathering.This thesis presents the results of a multi-technical and multi-scale study on carbonate-hosted serpentinized peridotites in two sites, Wadi Dima and Batin (Wadi Tayin massif), considered representative of the alteration processes affecting the Oman ophiolite. This work combines (micro-) structural (EBSD, µ-tomography), petrographical (EPMA), mineralogical (Raman, Cathodoluminescence, (3D-)XANES), geochemical ((LA)-ICPMS) and isotopic studies (O, C in situ and micro-bulk).Studies in Wadi Dima harzburgites have highlighted successive episodes of serpentinization and carbonatization in Oman peridotites from oceanic lithosphere cooling to Oman Ophiolite emplacement. Serpentinization occurs in oceanic setting (REE depletion, negative Ce anomalies), probably during the onset of the oceanic lithosphere cooling and / or of the intra-oceanic detachment, at < 200-220°C, driven by the formation of lizardite veins constituting the mesh structure. Serpentinization continues at lower temperature with the formation of chrysotile in the center of the mesh structure, replacing olivine. The last stage of serpentinization is concurrent with early carbonatization and generates the complete peridotite alteration at < 100°C. In this rock-dominated system, fluid flow paths are controlled by nano-porosity (etch pits), by pore scale weakness and by local heterogeneity in permeability, generating local chemical heterogeneities (Ce anomalies variability and carbon isotope heterogeneity). Carbonatization continues at < 50°C during the transition in continental setting. Carbonate veins are formed during interaction with sediment-derived fluids during intra-oceanic detachment at the onset of obduction and with surface and sub-surface fluids during modern continental Ophiolite weathering. This process records the transition from oceanic diffuse-flow rock-dominated to cooler continental fluid-focused-flow fluid-dominated hydrothermal systems. Paradoxically, initial mantle structure controls orientation and distribution of carbonate veins.Batin site is distinguished by its complex structure with the presence of abundant gabbros and pyroxenites dikes, evidence of magmatic impregnation peridotites. Serpentinization is charcheterized by the formation of an uncommon texture in rings ("fingerprint") at the expense of olivine, marked by chemically variation in Fe-Mg and redox at microscale and by disequilibrium oxygen isotopic composition. These features are interpreted as resulting from local disequilibrium in the transport-nucleation-reaction processes that may be related to several parameters: high temperature gradient, redox, fluid composition, and permeability.This thesis brings new constraints on temporal and spatial relations between serpentinization and carbonatization reactions, on local chemical heterogeneities at micro-scale and on the global chemical budget of volatiles (C, H and O) in Oman peridotites. It has highlighted the possibility to store CO2 and producing H2 simultaneously during subseafloor alteration.; Les roches mantelliques exposées sur le plancher océanique et/ou en contact avec l’atmosphère au niveau d’une ophiolite, sont en déséquilibre et s’altèrent, via les réactions de serpentinisation (i.e. d’hydratation et oxydo-réduction) et les réactions de carbonatation. Ces réactions d’altération jouent un rôle important dans les échanges chimiques entre la Terre profonde et les enveloppes externes, en particulier dans le cycle des volatils (C, H et O) via la minéralisation du CO2 atmosphérique, la production d’hydrogène et la formation d’hydrocarbures et de molécules prébiotiques. L’ophiolite d’Oman est un « laboratoire naturel » idéal pour étudier ces réactions depuis l’hydrothermalisme océanique jusqu’à l’altération continentale actuelle.Cette thèse présente les résultats d’une étude multi-technique et multi-échelle réalisée sur une série de péridotites serpentinisées et carbonatées échantillonnées sur deux sites, Wadi Dima et Batin (Massif de Wadi Tayin), considérés comme représentatifs des processus d’altération affectant l’ophiolite d’Oman. Ces travaux combinent caractérisations (micro-)structurales (EBSD, µ-tomographie), pétrographiques et minéralogiques (Raman, Cathodoluminescence, (3D-)XANES), et analyses géochimiques (EPMA, (LA)-ICPMS) et isotopiques (isotopes du O, C micro-bulk et in-situ).L’étude des harzburgites de Wadi Dima a permis d’identifier la succession des épisodes de serpentinisation et de carbonatation qui ont affecté les péridotites lors du refroidissement de la lithosphère jusqu’à la mise en place de l’Ophiolite d’Oman. La serpentinisation commence en domaine océanique (appauvrissement en REE, anomalie négative en Ce) durant le refroidissement initial de la lithosphère océanique et/ou au début du détachement intra-océanique à < 200-220°C, par la formation des veines de lizardite. Cette serpentinisation continue avec la formation de chrysotile au centre de la structure maillée, remplaçant l’olivine. Le dernier stade de serpentinisation a lieu simultanément au premier stade de carbonatation et engendre l’altération complète de la péridotite à < 100°C. Le système est contrôlé par des hétérogénéités locales (anomalies en Ce et variation de la composition isotopique en carbone). La carbonatation continue à < 50°C lors de la transition en domaine continental. Des veines de carbonates se forment par interaction avec des fluides issus des sédiments durant la convergence et avec des fluides de surface et de sub-surface durant l’altération actuelle de l’ophiolite. Ce processus marque le passage d’un régime hydrothermal océanique dont la chimie est dominée par la composition de la roche, à un régime hydrothermal continental dont la chimie est contrôlée par la composition du fluide dans des fractures. Paradoxalement, la structure initiale du manteau contrôle l’orientation et la distribution des veines de carbonate.Le site de Batin se distingue par sa structure complexe avec la présence de nombreux filons de gabbros et de pyroxénites et des évidences d’imprégnation magmatique. La serpentinisation y est marquée par la formation de textures atypiques en anneau ("fingerprint") caractérisées par des variations des teneurs en Fe-Mg et du redox à micro-échelle et par des compositions isotopiques en oxygène en déséquilibre. Ces caractéristiques sont interprétées comme résultant de déséquilibres locaux dans les processus de transport-nucléation-réaction pouvant être liés à plusieurs paramètres : forts gradients de température, redox, composition du fluide, et de perméabilité.Cette thèse apporte de nouvelles données vis-à-vis des relations temporelles et spatiales entre les réactions de serpentinisation et de carbonatation, les hétérogénéités chimiques à micro-échelle et l’impact de ces réactions d’altération sur les bilans globaux des volatils (C, H et O) en Oman. Elle met particulièrement en évidence la possibilité de stocker du CO2 et de produire de l’H2 simultanément lors de l’altération du plancher océanique.

La connaissance minéralogique et géochimique des gisements de nickel latéritique est sans aucun doute plus approfondie que celle de leur structuration. En effet, le profil d’altération oblitère le réseau de fracture affectant la roche mère sous-jacente, pourtant indispensable pour l’évaluation de la ressource car elle contrôle l’essentiel de l’altération et donc la libération du nickel. La Nappe des Péridotites de Nouvelle-Calédonie constitue un objet exceptionnel d’étude de la fracturation au sein d’une ophiolite mantellique car le soulèvement majeur et les phases d’érosion subséquentes, qu’elle a subis du Miocène à l’Actuel, ont permis de mettre au jour la structure en trois dimensions. Cependant, la facilité d’accès à la ressource fait qu’à ce jour assez peu d’études structurales ont été conduites sur les gisements, ou le plus souvent, sont restées confidentielles. L’objectif de cette étude est de mieux comprendre l’influence de la structuration de l’ophiolite sur la genèse des gisements de nickel latéritique en Nouvelle-Calédonie. Cette étude multi-échelle a porté sur l’ensemble de la Nappe des Péridotite et se scinde en deux volets : 1) une étude structurale de terrain, et 2) l’interprétation de données d’électromagnétisme nouvellement acquises. Cette campagne de géophysique héliportée a été effectuée sur trois zones minières représentatives des différents types (morphologiques et génétiques) de gisements rencontrés en Nouvelle-Calédonie (les massifs de Koniambo et du Kopéto-Boulinda et au sud, la zone de Plaines des Lacs – Goro - Port-Boisé).L’analyse de la fracturation des péridotites est primordiale pour comprendre les chemins de migration des eaux météoriques et donc les variations d’épaisseur du profil d’altération. Une approche minéralogique et texturale est nécessaire afin de distinguer les différents épisodes de fracturation et de remplissage statiques ou cinématiques, et permet de proposer une chronologie relative. À la suite de cet inventaire, il est possible d’identifier ces objets sur les profils d’électromagnétisme. Cette analyse permet de visualiser la géométrie des structures jusqu’à une profondeur de 300 m et montre un lien direct entre les approfondissements du profil d’altération et la présence de certaines fractures. Ainsi, il apparait clairement que les eaux météoriques empruntent des chemins préférentiels fonction de la morphologie générale du massif elle-même issue des structures héritées.La géométrie des structures visualisées par la géophysique, combinée aux observations de terrain, permet de mieux appréhender la complexité du système. A l’issue de ce travail, il est possible de replacer chacun des types d’objets observés dans leur contexte géodynamique et ainsi de restituer l’histoire de l’ophiolite depuis l’accrétion océanique jusqu’à son émersion à l’Oligocène. Un modèle révisé de la genèse des gisements de nickel en Nouvelle-Calédonie est présenté et de nouveaux guides d’exploration sont proposés. L’électromagnétisme s’avère être une méthode particulièrement adaptée pour visualiser la géométrie globale du profil d’altération et constitue une aide substantielle à la prospection et la modélisation des gisements de nickel., The mineralogical and geochemical understanding of lateritic nickel ore deposits is undoubtedly better constrained than their tectonic structure. Indeed, the fracture network of the underlying bedrock is typically concealed beneath a thick weathering profile. However, this fracture network strongly controls weathering and ultimately nickel release from peridotites, thus improving its knowledge appears critical in the evaluation of nickel resources. In New Caledonia, the Peridotite Nappe is a particularly outstanding case study because Early Miocene to Recent uplift and subsequent erosion allow the structure of a mantle ophiolite to be observed in three dimensions. However, due to the easy access to nickel resources, only a few structural studies have been undertaken, or remained confidential. The main objective of this study is to better constrain the role of the fracture network of the Peridotite Nappe in the genesis of New Caledonia’s lateritic nickel ore deposits.A multiple-scale study of the whole Peridotite Nappe has been performed following two main parts: i) field-based structural observations and analyses; and 2) interpretation of new acquired heliborne electromagnetic data. The latter focused on three mining areas (massifs of Koniambo and Kopéto-Boulinda; and, Plaine des Lacs – Goro - Port-Boisé), which are representative of the different types (morphologic and genetic) of nickel ore deposits encountered in New Caledonia.The study of the fracture network is essential in the understanding of the migration of meteoric waters and thus thickness variations of the weathering profile of peridotites. A mineralogical and textural approach has been undertaken to distinguish the various steps of fracture development on the basis of static or synkinematic infill events and eventually allowed a relative chronology to be proposed. Following this inventory, it has been possible to identify these objects on electromagnetism profiles. This analysis allows visualizing the geometry of controlling fractures at depth and reveals a direct link between deepening of the weathering profile and the fracture network. Ultimately, it clearly appears that meteoric waters use preferential pathways that in turn depend on the geomorphology of each massif, which originate from the inherited fracture network. The combination of geophysical data interpretation and field observations allow a better understanding of the complex nappe structure. Our results allow every described tectonic object to be replaced in its geodynamic setting and thus the full ophiolite history to be restored, from oceanic accretion to emersion in Oligocene. A refined model for the genesis of New Caledonia’s lateritic nickel ore deposits is proposed, as well as additional metallotects for exploration. Electromagnetism appears to be appropriate for describing the overall geometry of the weathering profile and can be useful in prospecting and modelling nickel ore deposits.

The mineralogical and geochemical understanding of lateritic nickel ore deposits is undoubtedly better constrained than their tectonic structure. Indeed, the fracture network of the underlying bedrock is typically concealed beneath a thick weathering profile. However, this fracture network strongly controls weathering and ultimately nickel release from peridotites, thus improving its knowledge appears critical in the evaluation of nickel resources. In New Caledonia, the Peridotite Nappe is a particularly outstanding case study because Early Miocene to Recent uplift and subsequent erosion allow the structure of a mantle ophiolite to be observed in three dimensions. However, due to the easy access to nickel resources, only a few structural studies have been undertaken, or remained confidential. The main objective of this study is to better constrain the role of the fracture network of the Peridotite Nappe in the genesis of New Caledonia’s lateritic nickel ore deposits.A multiple-scale study of the whole Peridotite Nappe has been performed following two main parts: i) field-based structural observations and analyses; and 2) interpretation of new acquired heliborne electromagnetic data. The latter focused on three mining areas (massifs of Koniambo and Kopéto-Boulinda; and, Plaine des Lacs – Goro - Port-Boisé), which are representative of the different types (morphologic and genetic) of nickel ore deposits encountered in New Caledonia.The study of the fracture network is essential in the understanding of the migration of meteoric waters and thus thickness variations of the weathering profile of peridotites. A mineralogical and textural approach has been undertaken to distinguish the various steps of fracture development on the basis of static or synkinematic infill events and eventually allowed a relative chronology to be proposed. Following this inventory, it has been possible to identify these objects on electromagnetism profiles. This analysis allows visualizing the geometry of controlling fractures at depth and reveals a direct link between deepening of the weathering profile and the fracture network. Ultimately, it clearly appears that meteoric waters use preferential pathways that in turn depend on the geomorphology of each massif, which originate from the inherited fracture network. The combination of geophysical data interpretation and field observations allow a better understanding of the complex nappe structure. Our results allow every described tectonic object to be replaced in its geodynamic setting and thus the full ophiolite history to be restored, from oceanic accretion to emersion in Oligocene. A refined model for the genesis of New Caledonia’s lateritic nickel ore deposits is proposed, as well as additional metallotects for exploration. Electromagnetism appears to be appropriate for describing the overall geometry of the weathering profile and can be useful in prospecting and modelling nickel ore deposits., La connaissance minéralogique et géochimique des gisements de nickel latéritique est sans aucun doute plus approfondie que celle de leur structuration. En effet, le profil d’altération oblitère le réseau de fracture affectant la roche mère sous-jacente, pourtant indispensable pour l’évaluation de la ressource car elle contrôle l’essentiel de l’altération et donc la libération du nickel. La Nappe des Péridotites de Nouvelle-Calédonie constitue un objet exceptionnel d’étude de la fracturation au sein d’une ophiolite mantellique car le soulèvement majeur et les phases d’érosion subséquentes, qu’elle a subis du Miocène à l’Actuel, ont permis de mettre au jour la structure en trois dimensions. Cependant, la facilité d’accès à la ressource fait qu’à ce jour assez peu d’études structurales ont été conduites sur les gisements, ou le plus souvent, sont restées confidentielles. L’objectif de cette étude est de mieux comprendre l’influence de la structuration de l’ophiolite sur la genèse des gisements de nickel latéritique en Nouvelle-Calédonie. Cette étude multi-échelle a porté sur l’ensemble de la Nappe des Péridotite et se scinde en deux volets : 1) une étude structurale de terrain, et 2) l’interprétation de données d’électromagnétisme nouvellement acquises. Cette campagne de géophysique héliportée a été effectuée sur trois zones minières représentatives des différents types (morphologiques et génétiques) de gisements rencontrés en Nouvelle-Calédonie (les massifs de Koniambo et du Kopéto-Boulinda et au sud, la zone de Plaines des Lacs – Goro - Port-Boisé).L’analyse de la fracturation des péridotites est primordiale pour comprendre les chemins de migration des eaux météoriques et donc les variations d’épaisseur du profil d’altération. Une approche minéralogique et texturale est nécessaire afin de distinguer les différents épisodes de fracturation et de remplissage statiques ou cinématiques, et permet de proposer une chronologie relative. À la suite de cet inventaire, il est possible d’identifier ces objets sur les profils d’électromagnétisme. Cette analyse permet de visualiser la géométrie des structures jusqu’à une profondeur de 300 m et montre un lien direct entre les approfondissements du profil d’altération et la présence de certaines fractures. Ainsi, il apparait clairement que les eaux météoriques empruntent des chemins préférentiels fonction de la morphologie générale du massif elle-même issue des structures héritées.La géométrie des structures visualisées par la géophysique, combinée aux observations de terrain, permet de mieux appréhender la complexité du système. A l’issue de ce travail, il est possible de replacer chacun des types d’objets observés dans leur contexte géodynamique et ainsi de restituer l’histoire de l’ophiolite depuis l’accrétion océanique jusqu’à son émersion à l’Oligocène. Un modèle révisé de la genèse des gisements de nickel en Nouvelle-Calédonie est présenté et de nouveaux guides d’exploration sont proposés. L’électromagnétisme s’avère être une méthode particulièrement adaptée pour visualiser la géométrie globale du profil d’altération et constitue une aide substantielle à la prospection et la modélisation des gisements de nickel.

The Antarctic polar ice cap constrains a freshwater flaux into the Austral Ocean through two equally important pathways : a localized and immediate injection through the melting of ice-shelves bases, and a delayed offshore injection through the calving and subsequent melt of icebergs. Some studies reckon that melting icebergs have the capacity to alter the hydrological and biogeo-chemical characteristics of the water column. The numerical models trying to evaluate this impact have shown contrasting results. Yet, they might suffer from a poor representation of the icebergs, namely due to our limited knowledge on both the spatial and size distributions of the icebergs, or even the processes involved in their mass loss. A new method using satellite altimetry measurements has lead to the creation of a database mapping Antarctic icebergs distribution with an unprecedented spatial and temporal coverage. Our joint analysis between these data and sea ice concentration fields highlights a possible transport of the freshwater injected by an iceberg and its impacts on sea ice.We also analyze the links between icebergs of different sizes : the large ones can be seen as ice buffers that diffuse across the whole ocean when breaking into small fragments of various sizes. We finally study the evolution of two giant icebergs, suggest the first parametrization of the fragmentation process and analyze the subsequent size distribution of the fragments. These results can be valuable to account in a more realistic way the fresh water flux constrained by icebergs in models., La calotte polaire Antarctique conditionne un flux d’eau douce dans l’océan Austral par deux voies d’égale importance : une injection immédiate et localisée par fonte des plateformes glaciaires, et une injection « offshore » et différée par production (« vêlage ») puis fonte d’icebergs. On estime ainsi que les icebergs, en fondant, pourraient modifier les caractéristiques hydrologiques et biogéochimiques de la colonne d’eau. Les modèles numériques visant à estimer cet impact présentent des résultats contrastés. Ils sont limités dans leurs stratégies de représentations des icebergs, notamment parce que les connaissances sur la distribution spatiale et de taille des icebergs ou encore leurs mécanismes de perte de masse sont réduites. Une méthode récente exploitant des mesures par altimétrie satellitaire a permis la création d’une base de données cartographiant la distribution des icebergs Antarctiques avec une couverture spatiale et temporelle inédite. Notre analyse conjointe entre ces données et des champs de concentration en glace de mer met en lumière le transport d’eau douce injecté par les icebergs et son impact sur la banquise. On analyse également les liens entre icebergs de différentes tailles : les gros peuvent être vus comme des réservoirs de volume de glace, qu’ils diffusent dans tout l’océan en se fragmentant en petits icebergs de différentes tailles. On étudie alors l’évolution de deux icebergs géants, on propose une première paramétrisation du phénomène de fracturation et analyse la distribution de taille résultante. Ces résultats peuvent permettre une représentation plus réaliste du flux d'eau douce conditionné par les icebergs dans les modèles.

The Antarctic polar ice cap constrains a freshwater flaux into the Austral Ocean through two equally important pathways : a localized and immediate injection through the melting of ice-shelves bases, and a delayed offshore injection through the calving and subsequent melt of icebergs. Some studies reckon that melting icebergs have the capacity to alter the hydrological and biogeo-chemical characteristics of the water column. The numerical models trying to evaluate this impact have shown contrasting results. Yet, they might suffer from a poor representation of the icebergs, namely due to our limited knowledge on both the spatial and size distributions of the icebergs, or even the processes involved in their mass loss. A new method using satellite altimetry measurements has lead to the creation of a database mapping Antarctic icebergs distribution with an unprecedented spatial and temporal coverage. Our joint analysis between these data and sea ice concentration fields highlights a possible transport of the freshwater injected by an iceberg and its impacts on sea ice.We also analyze the links between icebergs of different sizes : the large ones can be seen as ice buffers that diffuse across the whole ocean when breaking into small fragments of various sizes. We finally study the evolution of two giant icebergs, suggest the first parametrization of the fragmentation process and analyze the subsequent size distribution of the fragments. These results can be valuable to account in a more realistic way the fresh water flux constrained by icebergs in models., La calotte polaire Antarctique conditionne un flux d’eau douce dans l’océan Austral par deux voies d’égale importance : une injection immédiate et localisée par fonte des plateformes glaciaires, et une injection « offshore » et différée par production (« vêlage ») puis fonte d’icebergs. On estime ainsi que les icebergs, en fondant, pourraient modifier les caractéristiques hydrologiques et biogéochimiques de la colonne d’eau. Les modèles numériques visant à estimer cet impact présentent des résultats contrastés. Ils sont limités dans leurs stratégies de représentations des icebergs, notamment parce que les connaissances sur la distribution spatiale et de taille des icebergs ou encore leurs mécanismes de perte de masse sont réduites. Une méthode récente exploitant des mesures par altimétrie satellitaire a permis la création d’une base de données cartographiant la distribution des icebergs Antarctiques avec une couverture spatiale et temporelle inédite. Notre analyse conjointe entre ces données et des champs de concentration en glace de mer met en lumière le transport d’eau douce injecté par les icebergs et son impact sur la banquise. On analyse également les liens entre icebergs de différentes tailles : les gros peuvent être vus comme des réservoirs de volume de glace, qu’ils diffusent dans tout l’océan en se fragmentant en petits icebergs de différentes tailles. On étudie alors l’évolution de deux icebergs géants, on propose une première paramétrisation du phénomène de fracturation et analyse la distribution de taille résultante. Ces résultats peuvent permettre une représentation plus réaliste du flux d'eau douce conditionné par les icebergs dans les modèles.

International audience; This article proposes a historiographical overview of research carried out on the fracturing of hard animal materials (bone, antler). It covers the observations of fracturing on skeletal remains as early as the 19th century and the identification of its anthropic or taphonomic origins at the beginning of the 20th century. It also looks at the latest research focusing on specific technical and/or alimentary objectives at the beginning of the 21st century. From 2010-2011 the research team 'Ethnologie préhistorique' (UMR 7041, ArScAn) developed a new dynamic relating to the fracturing of hard animal materials within the general programme 'Ressources ani-males: acquisition, transformation et utilisation'. This research benefited from previous studies, with a specific attention to the technical perspective. This article thus focuses on the technical exploitation of bone and antler and the production of potential blanks used for the manufacturing of 'expedient' tools. But inevitably it is necessary to consider the use of bone fracturing for alimentary purposes since it is often thought that bones were primarily fractured to extract the marrow. The different issues regarding the fracturing sensu lato of bone and antler are discussed here (other materials such as shell, wood and ivory are discussed elsewhere in this volume). We do not intend to be exhaustive because the abundance of publications, from the 19th century to the present, is so great that a single book would not be enough.; Le présent article propose un bilan historiographique des recherches sur la fracturation de deux matières dures d'origine animale depuis les premières interrogations concernant sa reconnaissance à partir des restes osseux au xix e siècle, l'identification de son origine anthropique ou taphonomique au début du XXe siècle, jusqu'aux recherches ciblées sur ses objectifs, technique et/ou alimentaire, au début du xxi e siècle. Dans ce but, l'axe de recherche « Ressources animales : acquisition, transformation et utilisation » de l'équipe Ethnologie préhistorique (UMR 7041, ArScAn) a développé, à partir des années 2010-2011, une nouvelle dynamique de recherche sur la fracturation. Les travaux menés ont bénéficié des recherches antérieures, mais en s'inscrivant plus spécifiquement dans une optique très technique. Cet article est ainsi orienté vers l'exploitation technique de l'os et du bois de cervidé et la production de supports potentiels pour des outils dits « peu élaborés ». Mais s'intéresser à cet objectif amène nécessairement à poser la question de la fracturation d'origine alimentaire des os puisqu'on considère souvent qu'ils étaient avant tout cassés dans le but de récupérer la moelle contenue dans les diaphyses. Ce sont les différentes facettes de la fracturation sensu lato de l'os et du bois animal qui sont traitées ici (la coquille, le bois végétal et l'ivoire sont présentés plus loin dans ce volume). Ce bilan ne prétend pas à l'exhaustivité car la profusion des documents est telle, depuis le XIXe siècle jusqu'à nos jours, qu'un seul ouvrage n'y aurait pas suffi.

International audience; This article proposes a historiographical overview of research carried out on the fracturing of hard animal materials (bone, antler). It covers the observations of fracturing on skeletal remains as early as the 19th century and the identification of its anthropic or taphonomic origins at the beginning of the 20th century. It also looks at the latest research focusing on specific technical and/or alimentary objectives at the beginning of the 21st century. From 2010-2011 the research team 'Ethnologie préhistorique' (UMR 7041, ArScAn) developed a new dynamic relating to the fracturing of hard animal materials within the general programme 'Ressources ani-males: acquisition, transformation et utilisation'. This research benefited from previous studies, with a specific attention to the technical perspective. This article thus focuses on the technical exploitation of bone and antler and the production of potential blanks used for the manufacturing of 'expedient' tools. But inevitably it is necessary to consider the use of bone fracturing for alimentary purposes since it is often thought that bones were primarily fractured to extract the marrow. The different issues regarding the fracturing sensu lato of bone and antler are discussed here (other materials such as shell, wood and ivory are discussed elsewhere in this volume). We do not intend to be exhaustive because the abundance of publications, from the 19th century to the present, is so great that a single book would not be enough.; Le présent article propose un bilan historiographique des recherches sur la fracturation de deux matières dures d'origine animale depuis les premières interrogations concernant sa reconnaissance à partir des restes osseux au xix e siècle, l'identification de son origine anthropique ou taphonomique au début du XXe siècle, jusqu'aux recherches ciblées sur ses objectifs, technique et/ou alimentaire, au début du xxi e siècle. Dans ce but, l'axe de recherche « Ressources animales : acquisition, transformation et utilisation » de l'équipe Ethnologie préhistorique (UMR 7041, ArScAn) a développé, à partir des années 2010-2011, une nouvelle dynamique de recherche sur la fracturation. Les travaux menés ont bénéficié des recherches antérieures, mais en s'inscrivant plus spécifiquement dans une optique très technique. Cet article est ainsi orienté vers l'exploitation technique de l'os et du bois de cervidé et la production de supports potentiels pour des outils dits « peu élaborés ». Mais s'intéresser à cet objectif amène nécessairement à poser la question de la fracturation d'origine alimentaire des os puisqu'on considère souvent qu'ils étaient avant tout cassés dans le but de récupérer la moelle contenue dans les diaphyses. Ce sont les différentes facettes de la fracturation sensu lato de l'os et du bois animal qui sont traitées ici (la coquille, le bois végétal et l'ivoire sont présentés plus loin dans ce volume). Ce bilan ne prétend pas à l'exhaustivité car la profusion des documents est telle, depuis le XIXe siècle jusqu'à nos jours, qu'un seul ouvrage n'y aurait pas suffi.

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, 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

Fluid induced brittle deformation of porous medium is a phenomenon commonly present in everyday life. From an espresso machine to volcanoes it is possible to see traces of this phenomenon. In a rectangular Hele‐Shaw cell we inject air into a loose porous medium. Then, we monitor this system using optical imaging using a high speed camera (1000 fps) and 4 high frequency resolution accelerometers. Using the numerical and experimental acoustic emissions, different sources of the recorded signal (vibrations due to air, changes in the effective stress due to fluid‐solid interactions) are analyzed. We found that, the peaks in the low frequency range (f < 20 kHz) diminishes while the medium fractures. Furthermore, we propose a new signal localization method based on energy amplitude attenuation and inversed source amplitude comparison. Furthermore, using optical and acoustic datasets and numerical simulations, the mechanics leading Type‐A and Type‐B earthquakes are explained.; Depuis de nombreuses années, la compréhension de l'influence des fluides dans la déformation des roches est un enjeu majeur pour de nombreux scientifiques. Dans le cadre de ce projet de recherche, notre attention s’est focalisée sur l’observation et la modélisation des mécanismes d’interaction entre les parties fluide et solide lors de l’aérofracturation d’un milieu poreux. Notre dispositif expérimental reproduit le phénomène à basse pression et dans un système pertinent pour l’analyse optique, grâce à une cellule de Hele‐Shaw rectangulaire dans laquelle se trouve un milieu granulaire soumis à des écoulements de fluide interstitiel. Dans les expériences et les simulations nous avons observé ce que l’amplitude de la partie de fréquence basse du spectre puissance diminue avec la fracturation en progrès. Aussi, nous avons développé une méthode pour focaliser les ondes ce qui peut être utiliser pour estimer la position de la source.

The aim of this work is to set up a numerical framework to simulate the behaviour of industrial size reinforced concrete structures subjected to severe impacts. Our model is based on three main features : 1) modeling of the concrete with a discrete method to handle easily strong material discontinuities such as initiation and propagation of macro-cracks ; 2) modeling of the reinforcement bars with finite element method to be able to represent complex reinforcement cages of industrial structures ; 3) an original steel-concrete bond model that we proposed and implemented in the dynamic explicit code EUROPLEXUS and that constitutes the main task of this work. We studied theoretically and numerically this model to guarantee its stability and precision during the time integration. We calibrated its parameters by simulating pull-out tests. To verify our model, we simulated a tie-test (a long concrete column which contains a reinforcement bar) and showed that our model ensures the correct transfert of forces between steel and concrete. After testing our model on simple benchmarks, we simulated real reinforced concrete structures subjected to impacts (soft impact on a beam, Meppen test n°II-4), allowing us to validate our numerical approach and to define some perspectives to improve the models we have developped., L'objectif de cette thèse est de mettre en place un cadre numérique qui permet de simuler la réponse de structures en béton armé de taille industrielle soumises à des impacts sévères. Notre modèle repose sur trois ingrédients principaux : 1) la modélisation éléments discrets (ED) du béton, permettant de profiter de la nature « discrète » de cette formulation et de décrire facilement l'apparition et la propagation des discontinuités fortes de la matière ; 2) la modélisation éléments finis (EF) poutre des armatures, donnant la possibilité de représenter toute la complexité du ferraillage que l'on rencontre dans les structures industrielles en béton armé ; 3) un modèle de liaison acier-béton original, que nous avons proposé et mis en œuvre dans le code EUROPLEXUS, et qui constitue le principal apport de cette thèse. Nous avons effectué une étude théorique et numérique sur la stabilité et la précision de ce modèle de liaison, et avons calibré ses paramètres en simulant un essai d'arrachement. En modélisant l'essai de traction d'un tirant (barre en béton contenant une armature), nous avons montré la capacité de notre modèle à reproduire le transfert des efforts entre le béton et l'armature au niveau de l'interface acier-béton. Testé et validé sur des cas-tests élémentaires, le modèle mixte ED-EF a ensuite été appliqué à la simulation de vraies structures en béton armé. Nous avons simulé de manière détaillée quelques essais connus (l'impact mou sur poutre CEA, l'essai Meppen II-4), ce qui a permis de valider l'ensemble de notre approche numérique et de recueillir des éléments pour définir les pistes d'amélioration des modèles que nous avons mis en œuvre.

Structural and tectonic control on karstic hydrogeology of the plateau Mahafaly (semiarid coastal area, South-West of Madagascar). The southwestern coast of Madagascar is characterized by a semiarid climate and low fresh water resources, which slow down the economic development. The studied area, located south of Toliara, is separated into a western coast of aeolian dunes and sandstones, where most of the people live, and the eastern, almost unoccupied, calcareous Mahafaly plateau. The coastal aquifer is dominated by salty water. The conductivity, close to 6000pS/cm in the north, decreases to 3000pS !cm in the south. The coastal plain is bordered to the East by highly karstified Cenozoic limestone, separated by a north-south cliff corresponding to the Toliara fault scarp. Surveys in coastal wells and in karstic aquifers clearly point out tidal influence on piezometric level and conductivity. In the north, the limestone cliff is directly in contact with the sea, whose water contaminates the karstic aquifer according to tidal variations. In the south, fresh water flows out on the beach by resurgences in the Quaternary sandstones, probably connected to the Eocene limestones, 5 km to the east. Drillings and exploration of some shafts on the plateau permitted access to the ground water table. It displays various conductivities ranging between 1500µS/cm and 5000µS/ cm, unusually high for a karstic aquifer far away from the coast. The mapping of such conductivities suggests more complex phenomena than only marine intrusions into the different aquifer systems. Chemical and isotopic analyses show an obvious seawater intrusion and evaporation influence for the coastal aquifer, lin the karstic aquifer, however, trace element analyses evoke contamination by upwelling of deep mineralized water. Salty water is frequent eastward on the basement and in the Mesozic formations. Today, fracture zones in both the coastal sandstones and in the Cenozoic limestone units control ground water circulations. Such fractures result from extensional phases in the past. The surface joint directions N-S, NE-SW and NW-SE . reflect the deep-seated horst and graben structures. Microtectonic analyses give evidence of a post-Eocene WNW-ESE extension, and recent seismic data define an E-W extensional regime. The underground flowpaths are mostly on fractures oriented along the present stress field. The tectonic history in the area and the chemical composition of the waters suggest a connection of the karst aquifer with circulations from deep formations through deep-seated faults belonging to the Toliara fault system. This could explain abnormal salinities in the karstic system, far away from the coast., La côte sud-ouest de Madagascar est caractérisée par un climat semi-aride et une ressource en eau potable limitée qui affecte considérablement le développement humain et économique de la région. La zone étudiée, située au sud de Tuléar, est partagée entre la bande côtière la plus peuplée à l'ouest, constituée de sables dunaires et de grès alors qu'à l'est s'étend la zone déserte des calcaires du plateau Mahafaly. La limite entre ces deux domaines correspond à un escarpement de faille qui marque le passage de la faille de Tuléar. La conductivité des eaux souterraines de la bande côtière est élevée (6000 pS/cm au nord et 3000 pS/cm au sud) alors que les calcaires éocènes du plateau Mahafaly accueillent un aquifère karstique à l'eau relativement douce (2000 µS/cm). L'étude de la nappe côtière et de l'aquifère karstique met en évidence l'influence de la marée sur le niveau piézométrique et les conductivités. Au nord, la falaise calcaire met en contact les eaux du karst et l'eau de mer qui les contamine plus ou moins selon l'intensité des marées. Au sud, des sources d'eau douce sourdent sur la plage au travers des grès quaternaires, probablement connectés à la nappe des calcaires éocènes située 5 km plus à l'ouest. Les forages réalisés sur le plateau Mahafaly et certains avens ont permis d'accéder directement à l'eau de la nappe des calcaires éocènes à plusieurs dizaines de kilomètres de la côte. Les conductivités mesurées varient de 1500 µS/cm à 5000 µS/cm, ces valeurs étant fortes pour les eaux d'un aquifère karstique. La répartition des conductivités suggère d'autres mécanismes de contamination des eaux en plus des intrusions marines. Les analyses chimiques et isotopiques montrent l'influence d'intrusions marines mais aussi d'évaporation dans les eaux de la bande côtière, alors que dans les eaux du karst, les éléments traces évoquent une contamination par remontées profondes d'eaux minéralisées. Il existe de nombreuses sources d'eaux minéralisées plus à l'est dans les terrains du socle et du Mésozoïque. Aujourd'hui, les réseaux de fractures contrôlent les circulations souterraines dans les grès côtiers ou dans les calcaires cénozoïques. Cette fracturation est la conséquence d'une histoire tectonique marquée par des épisodes extensifs. L'organisation directionnelle des réseaux de diadases en familles N-S, NE-SW et NW-SE correspond à l'expression de surface des découpages profonds du socle en horsts et grabens. L'analyse microtectonique révèle une tectonique extensive post-Eocène WNW-ESE, et les données sur les séismes récents indiquent un contexte extensif E-W pour l'Actuel. Les écoulements souterrains sont favorisés par un réseau de fractures orienté favorablement par rapport à l'état des contraintes actuelles. L'histoire tectonique de la région et la composition chimique des eaux suggèrent une connexion entre l'aquifère karstique des calcaires éocènes du plateau Mahafaly et les eaux des formations profondes à la faveur d'accidents profonds., André Grégoire, Bergeron Gilles, Guyot Luc. Contrôle structural et tectonique sur l'hydrogéologie karstique du plateau Mahafaly (domaine littoral semi-aride, sud-ouest de Madagascar). In: Karstologia : revue de karstologie et de spéléologie physique, n°45-46, Année 2005 2005. Paléokarst des plateaux ardéchois et Ressources en eau dans le Sud de Madagascar. pp. 29-40.

The main objective of this thesis is to provide an approach ofspeleogenesis modeling which would allow to bring new knowledge on the genesis of the Mediterranean karstic systems.Several numerical modeling approaches of speleogenesis exist. They take intoaccount physical and chemical laws for flow and dissolution in fractured carbonate aquifers. Nevertheless, the initial void networks considered by these models gene-rally do not correspond to the fracturing reality.The proposed approach aims to simulate karstogenesis in an aquifer characterizedby a fracture network, while matching field reality as closely as possible andrespecting geometrical properties. Using statistical and geometrical parameters obtained by field observations and analogical experiments, it is possible to generate3-D realistic networks in terms of the relative position of joints that control theoverall network connectivity.Once the fracture networks are generated, they are adapted and incorporated in a3-D ground water flow and transport finite element model. The flow simulationsin the fracture networks allow the determination of the spatial distribution of porevelocities for the initial configuration. This distribution, added to the distributedage of the groundwater, is used to simulate the evolution of the aperture of the different elements by the use of a dedicated empirical equation.The calibration of the empirical growth law is carried out considering initial testson single fractures, taking previous works as reference, and leading sensitivity analyses. Results of simulations taking into account a limestone matrix surrounding the conduit, and considering various values of hydraulic conductivity of the matrixand various recharge conditions, are presented.Then, results obtained considering configurations designed with a single stratum containing fracture networks are presented, considering various fracture densities,matrix hydraulic conductivities and boundary conditions.; L'objectif principal de cette thèse est de proposer une nouvelle approche de modélisation de la spéléogenèse, susceptible à terme d'acquérir de nouvelles connaissances concernant la mise en place des systèmes karstiques méditerranéens.Il existe plusieurs approches de modélisations numériques de la spéléogenèse,prenant en compte des lois physiques et chimiques contrôlant l'écoulement et la dissolution au sein des aquifères fracturés carbonatés. Néanmoins, les réseaux de vides initiaux considérés par ces modèles ne correspondent en général pas à la réalité de la fracturation.L'approche proposée vise à simuler la karstogenèse au sein d'un aquifère caractérisé par un réseau fracturé, aussi réaliste que possible et satisfaisant des propriétés géométriques.Prenant en compte des paramètres statistiques et géométriques pouvant être obtenus par des observations sur le terrain et des expériences analogiques, il est possible de générer des réseaux 3-D réaliste en termes de position relative des diaclases, qui contrôlé la connectivité globale du réseau.Une fois les réseaux de fractures générés, ceux-ci sont traités afin de construire un maillage incorporé dans un modèle à éléments finis d'écoulement et de transport des eaux souterraines. Les simulations d'écoulement et de transport au sein des réseaux fracturés permettent de déterminer la distribution des vitesses d'écoulement ainsi que de l'âge de l'eau souterraines. Ces distributions sont utilisées pour simuler l'évolution de l'ouverture des différents éléments au moyen de l'application d'une loi empirique dédiée de forme polynomiale.Le calibrage de cette loi est effectué au moyen de tests de type benchmark portant sur des configurations de fracture unique, prenant pour référence des travaux existants, et réalisant des analyses de sensibilité. Des résultats de simulations prenant en compte une matrice carbonatée incorporant la fracture ou le conduit unique, et considérant différentes valeurs de perméabilité matricielle et différentes modalités de recharge, sont présentés. Enfin, des résultats obtenus considérant des configurations caractérisées par une strate carbonatée contenant des réseaux de fractures sont présentés, considérant différentes densités de fracturation, conductivités hydrauliques matricielles et conditions aux limites.

The main objective of this thesis is to provide an approach ofspeleogenesis modeling which would allow to bring new knowledge on the genesis of the Mediterranean karstic systems.Several numerical modeling approaches of speleogenesis exist. They take intoaccount physical and chemical laws for flow and dissolution in fractured carbonate aquifers. Nevertheless, the initial void networks considered by these models gene-rally do not correspond to the fracturing reality.The proposed approach aims to simulate karstogenesis in an aquifer characterizedby a fracture network, while matching field reality as closely as possible andrespecting geometrical properties. Using statistical and geometrical parameters obtained by field observations and analogical experiments, it is possible to generate3-D realistic networks in terms of the relative position of joints that control theoverall network connectivity.Once the fracture networks are generated, they are adapted and incorporated in a3-D ground water flow and transport finite element model. The flow simulationsin the fracture networks allow the determination of the spatial distribution of porevelocities for the initial configuration. This distribution, added to the distributedage of the groundwater, is used to simulate the evolution of the aperture of the different elements by the use of a dedicated empirical equation.The calibration of the empirical growth law is carried out considering initial testson single fractures, taking previous works as reference, and leading sensitivity analyses. Results of simulations taking into account a limestone matrix surrounding the conduit, and considering various values of hydraulic conductivity of the matrixand various recharge conditions, are presented.Then, results obtained considering configurations designed with a single stratum containing fracture networks are presented, considering various fracture densities,matrix hydraulic conductivities and boundary conditions.; L'objectif principal de cette thèse est de proposer une nouvelle approche de modélisation de la spéléogenèse, susceptible à terme d'acquérir de nouvelles connaissances concernant la mise en place des systèmes karstiques méditerranéens.Il existe plusieurs approches de modélisations numériques de la spéléogenèse,prenant en compte des lois physiques et chimiques contrôlant l'écoulement et la dissolution au sein des aquifères fracturés carbonatés. Néanmoins, les réseaux de vides initiaux considérés par ces modèles ne correspondent en général pas à la réalité de la fracturation.L'approche proposée vise à simuler la karstogenèse au sein d'un aquifère caractérisé par un réseau fracturé, aussi réaliste que possible et satisfaisant des propriétés géométriques.Prenant en compte des paramètres statistiques et géométriques pouvant être obtenus par des observations sur le terrain et des expériences analogiques, il est possible de générer des réseaux 3-D réaliste en termes de position relative des diaclases, qui contrôlé la connectivité globale du réseau.Une fois les réseaux de fractures générés, ceux-ci sont traités afin de construire un maillage incorporé dans un modèle à éléments finis d'écoulement et de transport des eaux souterraines. Les simulations d'écoulement et de transport au sein des réseaux fracturés permettent de déterminer la distribution des vitesses d'écoulement ainsi que de l'âge de l'eau souterraines. Ces distributions sont utilisées pour simuler l'évolution de l'ouverture des différents éléments au moyen de l'application d'une loi empirique dédiée de forme polynomiale.Le calibrage de cette loi est effectué au moyen de tests de type benchmark portant sur des configurations de fracture unique, prenant pour référence des travaux existants, et réalisant des analyses de sensibilité. Des résultats de simulations prenant en compte une matrice carbonatée incorporant la fracture ou le conduit unique, et considérant différentes valeurs de perméabilité matricielle et différentes modalités de recharge, sont présentés. Enfin, des résultats obtenus considérant des configurations caractérisées par une strate carbonatée contenant des réseaux de fractures sont présentés, considérant différentes densités de fracturation, conductivités hydrauliques matricielles et conditions aux limites.

Managing an aquifer relies on the understanding of its physical properties. We propose in this study a computational approach in order to characterize the physical structure of aquifers and the corresponding hydraulic properties. We focus on heterogeneous fractured media where flow is highly channeled. We first investigate the fracturing properties two Swedish sites by defining the corresponding DFN model. The DFN model framework is a power-law length distribution with a density term that depends on orientation, which parameters are calibrated with observations of fractures (lengths, orientations) by correcting the sampling bias. Hydraulic properties of heterogeneous porous and fractured media are then described by two channeling indicators based on statistical properties of flow and characterizing the distance between channels and their actual effective length. These indicators are used to relate the hydraulic properties to the physical structure of the medium. Finally, we develop a strategy to identify the position and the transmissivity of main flow channels from head data by solving the corresponding inverse problem. We show that this identification is possible provided that 1- data are remotely sensitive to the main structures underlying flow channels, 2- the parameterization focus on these structures and 3- the strategy is carefully set up. All these approaches can be combined to define a relevant model of the hydraulic properties of complex media., La gestion d'un aquifère repose sur l'étude de ses propriétés hydrauliques. Nous proposons une approche computationnelle afin de caractériser la structure physique d'un aquifère et les propriétés hydrauliques associées, en focalisant sur l'étude des milieux hétérogènes fracturés où les écoulements sont fortement chenalisés. Ainsi, une première partie cherche à définir le modèle de fracturation sous-jacent à deux sites naturels suédois à partir d'observations corrigées des biais d'échantillonnage. La modélisation choisie repose sur une distribution des longueurs en loi de puissance et sur un terme de densité dépendant des orientations. Les propriétés hydrauliques des milieux hétérogènes, poreux et fracturés, sont ensuite caractérisées grâce à deux indicateurs statistiques décrivant le degré de chenalisation des écoulements à partir de la distance entre deux chenaux principaux et de la longueur efficace des chenaux. Ces indicateurs permettent de relier les propriétés physiques du milieu (hétérogénéité, organisation) à ses propriétés hydrauliques. Finalement, nous tentons d'identifier les composantes principales de la structure de perméabilité à partir de données de charge hydraulique en résolvant le problème inverse associé. On montre ainsi qu'il est possible d'identifier les principales structures contrôlant les écoulements à condition d'utiliser des données contenant une information sur la perméabilité pertinente à l'échelle du site, une paramétrisation représentative des structures principales et une méthodologie appropriée. Ces différentes approches permettent de définir un modèle pertinent des propriétés hydrauliques d'un milieu complexe.

Modelling of deformation, rupture and fracturing of rocks is a major challenge in many scientific andpractical fields, especially for fractured reservoir production. However, this modelling is harmed by poor knowledge of the constitutive laws. Therefore experimental approaches, and in particular physical modelling, that is the subject of this work, are of great importance.We developed an innovative technique of such a modelling, based on a new material, Crack1 which isphysically scaled to a typical reservoir rock, a limestone. An extensive experimental program has been conducted, using a polyaxial device. This device combines both simplicity and efficiency, in particular in reduction or complete removal of the friction along the model boundaries. The main results can be summarized as following : (1) Joints networks has been reproduced for the first time under homogeneous loading. (2) Joints form under triaxial compression and therefore they are not Mode I fractures. (3) Fractographic patterns on natural and the model joint surfaces are similar, implying that the physical similarity is observed both at micro- and macro-scale. (4) Joint spacing S does not depend on the model thickness, contrary to the widely adopted “saturation”concept. S was shown to be controlled by the stress state and the accumulated deformation. (5) We also reproduced fracture corridors, whose formation is controlled by the rigidity contrast at the model boundaries. (6) The increase in the mean stress σ results in the change of the fracturing style, which changes continuously from jointing to shear fracturing. (7) Based on the bifurcation theory, it was demonstrated that this transition is controlled by the reductionof the dilatancy factor β with growing σ.These results thus confirm that constitutive laws directly control the fracturing. More extensive accurate investigation are now needed to better constrain these laws.; La modélisation de la déformation, de la rupture et de la fracturation des milieux rocheux représente un enjeu majeur dans de nombreux domaines scientifiques et pratiques, notamment pour l'exploitation des réservoirs fracturés. Cependant, cette modélisation se heurte à la mauvaise connaissance des lois constitutives, ce qui rend particulièrement importantes les approches expérimentales et en particulier la modélisation physique, qui est au coeur de ce travail. Nous avons développé une technique originale d'une telle modélisation, basée sur un nouveau matériau Crack1 à l'échelle physique par rapport à une roche réservoir typique: le calcaire. Un programme étendu d'expérimentation avec les modèles de Crack1 a été réalisé avec un dispositif de chargement poly-tridimensionnel. Ce dispositif combine à la fois la simplicité et l'efficacité des solutions réalisées pour la réduction et l'élimination complète de la friction aux bords des modèles. Les résultats principaux peuvent être résumés de la façon suivante:1.Des réseaux de diaclases ont été reproduits pour la première fois dans des conditions de chargement homogènes.2.Les diaclases se forment, dans nos expériences, sous une compression triaxiale. Elles ne sont donc pas des fractures en Mode I. 3.Les figures fractographiques visibles sur les surfaces des diaclases naturelles et celles obtenues dans les modèles sont très similaires, ce qui suggère que la similarité physique est assurée pas seulement à macro-échelle, mais aussi à micro-échelle.4.L'espacement S entre les diaclases ne dépend pas de l'épaisseur du modèle , contrairement au concept de « saturation » largement adopté dans la littérature et les modèles de réservoirs. Il a été démontré que S est contrôlé par l'état des contraintes imposé et la déformation accumulée du modèle.5.Nous avons pu également reproduire dans des modèles les couloirs fracturés dont la formation est contrôlée par la rigidité des contacts aux limites de l'unité mécanique affectée par la fracturation.6.L'augmentation de la pression moyenne appliquée au modèle résulte en un changement du style de la fracturation, qui évolue de manière continue des diaclases vers des fractures «obliques » conjuguées.7.L'analyse des conditions de cette transition à partir de la théorie de la bifurcation de la déformation montre qu'elle est associée à la réduction du facteur de dilatance β de Crack1 avec l'augmentation de la pression p (ce type de dépendance β (p) est également connu pour les roches réelles).Les résultats obtenus confirment donc que les lois constitutives contrôlent directement la fracturation. Des études expérimentales plus larges doivent désormais être menées pour contraindre ces lois dans toute leur complexité et avec une précision nécessaire.

Not available, L’endommagement des massifs rocheux fait l'objet de cette thèse. Après une étude bibliographique, on décrit les dispositifs expérimentaux mis en place pour cette étude, les techniques expérimentales utilisées ainsi que les résultats des essais réalisés sur trois roches différentes : le granite du lac du Bonnet (Canada), la diorite d'Aspo (Suède) et le granite de la Vienne (France). La modélisation est réalisée sur la base d'un modèle phénoménologique élasto-endommageable. Une étude paramétrique est réalisée et des modifications de ce modèle sont proposées pour mieux décrire la physique du phénomène. La validation du modèle est réalisée par la simulation des essais au laboratoire. Le modèle simule très bien les essais de compression triaxiale et les essais d'extension latérale. Le modèle modifié est implanté dans UDEC et une application au calcul d'ouvrages in situ on abordé ensuite les modèles micromécaniques et microstructuraux, ou après une discussion du modèle de Nemat-Nasser et Obata, on propose un modèle microstructural. La philosophie de ce modèle est de modéliser non pas la réponse du matériau, mais l'évolution de la géométrie de la fissuration. Le but de la construction de ce modèle est de proposer une approche générale pour la modélisation des massifs rocheux. L’idée est simple : si on connait la géométrie de la fissuration et son évolution, on peut prédire toutes les propriétés influencées par la fissuration. On choisi comme méthode numérique, les méthodes dites sans maillage, et on a construit un code de calcul mixte éléments finis - éléments libres de Galerkin. Le modèle micromécanique est implanté dans ce code et des calculs de structures ont été réalisés. Les résultats de ces calculs mécaniques sont comparables à ceux de l'approche phénoménologique.

Not available, L’endommagement des massifs rocheux fait l'objet de cette thèse. Après une étude bibliographique, on décrit les dispositifs expérimentaux mis en place pour cette étude, les techniques expérimentales utilisées ainsi que les résultats des essais réalisés sur trois roches différentes : le granite du lac du Bonnet (Canada), la diorite d'Aspo (Suède) et le granite de la Vienne (France). La modélisation est réalisée sur la base d'un modèle phénoménologique élasto-endommageable. Une étude paramétrique est réalisée et des modifications de ce modèle sont proposées pour mieux décrire la physique du phénomène. La validation du modèle est réalisée par la simulation des essais au laboratoire. Le modèle simule très bien les essais de compression triaxiale et les essais d'extension latérale. Le modèle modifié est implanté dans UDEC et une application au calcul d'ouvrages in situ on abordé ensuite les modèles micromécaniques et microstructuraux, ou après une discussion du modèle de Nemat-Nasser et Obata, on propose un modèle microstructural. La philosophie de ce modèle est de modéliser non pas la réponse du matériau, mais l'évolution de la géométrie de la fissuration. Le but de la construction de ce modèle est de proposer une approche générale pour la modélisation des massifs rocheux. L’idée est simple : si on connait la géométrie de la fissuration et son évolution, on peut prédire toutes les propriétés influencées par la fissuration. On choisi comme méthode numérique, les méthodes dites sans maillage, et on a construit un code de calcul mixte éléments finis - éléments libres de Galerkin. Le modèle micromécanique est implanté dans ce code et des calculs de structures ont été réalisés. Les résultats de ces calculs mécaniques sont comparables à ceux de l'approche phénoménologique.

Not available, La détermination de l'état des contraintes initiales dans un massif rocheux est l'un des problèmes importants et complexes de la géotechnique. La mesure des contraintes par surcarottage est une des méthodes les plus utilisées. Elle est bien adaptée aux roches réputées dures et saines. Mais appliquée à des roches ayant un comportement partiellement élastique, elle se heurte à de nombreuses difficultés parmi lesquelles on peut citer le comportement non élastique de la roche, la présence des fractures naturelles ou celles induites par l'opération de surcarottage. Ces particularités ne permettent pas d'obtenir des mesures de déformation correctes et interprétables en termes de contraintes. Pour y parvenir, on a développé une nouvelle méthode en exploitant les déformations enregistrées au début du surcarottage alors que la méthode classique permet de traiter uniquement la fin des enregistrements correspondant à la détente complète. Dans ce mémoire une synthèse à été faite sur les principales méthodes de détermination des contraintes, dont nous avons présenté les principes, les atouts et les limites. L’accent a été mis sur la méthode de surcarottage : nous avons décrit la méthode classique d'interprétation et tenté de clarifier les facteurs limitant son application. Pour contourner ces restrictions, nous avons proposé une nouvelle méthode d'interprétation, elle est basée sur l'exploitation des déformations transitoires. Cela nécessite la détermination des matrices des coefficients d'influence propre à chaque pas de surcarottage à l'aide de la simulation numérique tridimensionnelle. Avant la mise en œuvre de cette méthodologie, nous avons effectue une étude paramétrique par simulation numérique bidimensionnelle de l'essai afin d'évaluer l'influence des principaux paramètres intervenant dans l'essai sur les déformations transitoires. Pour la validation de cette méthodologie, nous avons effectué des vérifications sur les outils utilisés. Ensuite nous avons présenté les résultats de son application sur deux cas réels. Enfin, pour pouvoir utiliser cette nouvelle méthodologie de manière opérationnelle sans obligation de recourir aux calculs numériques très lourds, nous avons élaboré une base de données permettant une interprétation rapide des mesures effectuées in situ.

Not available, La détermination de l'état des contraintes initiales dans un massif rocheux est l'un des problèmes importants et complexes de la géotechnique. La mesure des contraintes par surcarottage est une des méthodes les plus utilisées. Elle est bien adaptée aux roches réputées dures et saines. Mais appliquée à des roches ayant un comportement partiellement élastique, elle se heurte à de nombreuses difficultés parmi lesquelles on peut citer le comportement non élastique de la roche, la présence des fractures naturelles ou celles induites par l'opération de surcarottage. Ces particularités ne permettent pas d'obtenir des mesures de déformation correctes et interprétables en termes de contraintes. Pour y parvenir, on a développé une nouvelle méthode en exploitant les déformations enregistrées au début du surcarottage alors que la méthode classique permet de traiter uniquement la fin des enregistrements correspondant à la détente complète. Dans ce mémoire une synthèse à été faite sur les principales méthodes de détermination des contraintes, dont nous avons présenté les principes, les atouts et les limites. L’accent a été mis sur la méthode de surcarottage : nous avons décrit la méthode classique d'interprétation et tenté de clarifier les facteurs limitant son application. Pour contourner ces restrictions, nous avons proposé une nouvelle méthode d'interprétation, elle est basée sur l'exploitation des déformations transitoires. Cela nécessite la détermination des matrices des coefficients d'influence propre à chaque pas de surcarottage à l'aide de la simulation numérique tridimensionnelle. Avant la mise en œuvre de cette méthodologie, nous avons effectue une étude paramétrique par simulation numérique bidimensionnelle de l'essai afin d'évaluer l'influence des principaux paramètres intervenant dans l'essai sur les déformations transitoires. Pour la validation de cette méthodologie, nous avons effectué des vérifications sur les outils utilisés. Ensuite nous avons présenté les résultats de son application sur deux cas réels. Enfin, pour pouvoir utiliser cette nouvelle méthodologie de manière opérationnelle sans obligation de recourir aux calculs numériques très lourds, nous avons élaboré une base de données permettant une interprétation rapide des mesures effectuées in situ.

Not available, Les gisements d'amiante de la boutonnière des Khzama (Anti-Atlas central, Maroc) sont associés à des serpentinites de harzburgites et de dunites d'origine cumulât de la base du complexe ophiolitique du protérozoïque supérieur. Ces serpentinites sont le résultat de trois événements postmagmatiques successifs: une serpentinisation par hydratation totale des protolithes anhydrés en milieu océanique statique, qui aboutit à l'apparition d'une paragenèse à lizardite + magnetite dans des textures pseudomorphiques préservant les textures magmatiques primaires, une serpentinisation par recristallisation partielle et une déformation en milieu continental sous un régime compressif aboutissant au développement de textures non pseudomorphiques en passant par des textures transitionnelles, au détriment des textures antérieures avec une paragenèse à chrysotile dominant + lizardite. Cet épisode est attribué à la phase tectonometamorphique de l'orogenèse panafricaine pendant le charriage et l'obduction de l'ophiolite, une fracturation en régime distensif attribuée à un relâchement post-obduction qui a permis le remplissage amiantifére à chrysotile dans les fractures ouvertes, par lessivage des épontes. Ces fractures minéralisées suivent globalement les alignements structuraux panafricains qui constituent ainsi le principal guide de prospection. Les contacts entre les enclaves massives (pyroxenites, gabbros ou même de serpentinite massive) et les serpentinites laminées (totalement hydratées et partiellement recristallisée), constituent le second guide de prospection. Les serpentinites trop laminées (totalement recristallisées) ou trop massives (résultant d'une simple hydratation), sont stériles

Not available, Les gisements d'amiante de la boutonnière des Khzama (Anti-Atlas central, Maroc) sont associés à des serpentinites de harzburgites et de dunites d'origine cumulât de la base du complexe ophiolitique du protérozoïque supérieur. Ces serpentinites sont le résultat de trois événements postmagmatiques successifs: une serpentinisation par hydratation totale des protolithes anhydrés en milieu océanique statique, qui aboutit à l'apparition d'une paragenèse à lizardite + magnetite dans des textures pseudomorphiques préservant les textures magmatiques primaires, une serpentinisation par recristallisation partielle et une déformation en milieu continental sous un régime compressif aboutissant au développement de textures non pseudomorphiques en passant par des textures transitionnelles, au détriment des textures antérieures avec une paragenèse à chrysotile dominant + lizardite. Cet épisode est attribué à la phase tectonometamorphique de l'orogenèse panafricaine pendant le charriage et l'obduction de l'ophiolite, une fracturation en régime distensif attribuée à un relâchement post-obduction qui a permis le remplissage amiantifére à chrysotile dans les fractures ouvertes, par lessivage des épontes. Ces fractures minéralisées suivent globalement les alignements structuraux panafricains qui constituent ainsi le principal guide de prospection. Les contacts entre les enclaves massives (pyroxenites, gabbros ou même de serpentinite massive) et les serpentinites laminées (totalement hydratées et partiellement recristallisée), constituent le second guide de prospection. Les serpentinites trop laminées (totalement recristallisées) ou trop massives (résultant d'une simple hydratation), sont stériles

Not available, aCe travail consacre à l'étude des transferts de l'uranium aux différents stades hydrothermaux dans le massif de saint sylvestre (NW du M.C.F.), et aux caractéristiques des perturbations d'ordre géochimique, minéralogique et structural qui leur sont associées, a été réalisée grâce à une approche pluridisciplinaire. Il a permis de connaitre: (1) la remobilisation tardive d'uranium hors du gisement et son ampleur; (2) les relations entre les différentes phases d'altération et la minéralisation primaire qui se traduisent par des marqueurs spécifiques et des orientations de réseaux de micro à macro-fracturation; (3) les conditions et la géométrie de développement des différents stades d'altération grâce à l'étude des fluides liées à ces stades. L'étude simultanée des circulations fluides, de la microfissuration et des altérations associées, a permis de: (1) envisager un développement des pièges d'uranium episyenite dans un système de fractures e-w, par un mécanisme de condensation de fluide aqueux type VW dont les caractéristiques sont, une faible salinité (

Not available, Le comportement mécanique des massifs rocheux fracturés est énormément et quelquefois dramatiquement, affecté par le comportement des discontinuités présentes dans les massifs. L'influence des discontinuités sur le comportement mécanique des masses rocheuses a été démontrée par de nombreuses études expérimentales et numériques. Les joints sont à l’origine des ruptures ou instabilités observées dans les structures du génie civil et leur comportement dépend de nombreux facteurs. Par conséquent, les modèles de comportement des discontinuités et les paramètres associés jouent un rôle essentiel dans les applications des techniques numériques. Un programme permettant de déterminer les paramètres des lois constitutives des discontinuités ainsi que les critères de rupture en cisaillement, à partir des données d'essais en laboratoire, a été mis au point. Saeb et Amadei ont développé un modèle analytique, incrémental et non linéaire de comportement des joints rocheux. Base sur la formulation des auteurs, nous avons généralisé le comportement des joints rocheux à des sollicitations cycliques dans la direction normale et avec changement de direction de sollicitations dans la direction tangente au joint. Les deux modèles ont été implantés dans le code de calcul des éléments distincts UDEC. Une vérification des modèles ainsi qu'une étude paramétrique ont été réalisées sur des géométries simples (y compris les deux lois linéaires de UDEC). Trois exemples d'application à l'étude de l'influence des lois sur la stabilité des ouvrages ont été traités. Les deux premiers étudient l'influence des lois de comportement sur la stabilité d'ouvrages à plusieurs profondeurs ainsi que l'influence de la rigidité du milieu entourant les fractures. Une comparaison entre les résultats de la modélisation (selon les lois constitutives et certains paramètres qu'elles font intervenir dans leur mise en œuvre) et les mesures in situ constituent le troisième exemple

Technical difficulties associated with tunnelling operations in tectonized geological settings are frequently encountered. They may include instantaneous and delayed cavity convergence, sudden collapse of walls or roof of a gallery, outpouring of fault-filling materials and water inflows. These phenomena may negatively affect economical and safety aspects of construction sites. The present study refers to two previous research projects conducted at the EPFL addressing the problem of an improved geological and geomechanical characterization of weak cataclastic rocks in underground excavation works (Cataclastic fault rocks in underground excavations, a geological perspective, Bürgi, 1999; Caractérisation géomécanique de roches cataclastiques rencontrées dans des ouvrages souterrains alpins, Habimana, 1999). Cataclasis is an evolutionary rock degradation process in time and magnitude related to fault zone activity in the Earth's crust. A conceptual model describing the occurrence and variability of cataclastic rocks at shallow crustal conditions is proposed in this research. It describes environment of fault zones based on both theoretical considerations and field experiences collected during self-realized short-drilling operations performed in contrasted petrological settings. The model considers cataclasis from a regional perspective (macroscopic scale) down to its microscopic manifestations on rock materials. Cataclastic rock characteristics are strongly influenced by the degree of tectonic solicitation and the initial rock composition. Guidelines about specific damage microstructures diagnostic of the cataclastic intensity and function of the initial rock protolith can meaningfully assist the interpretation of rock specimens recovered from reconnaissance drilling operations. Despite the poor mechanical quality often observed for such samples and their readiness to collapse, this study demonstrates that the in situ extraction of cataclastic specimens can be largely improved with the use of a high-quality drilling equipment. Accordingly, with the availability of representative materials for subsequent studies, the uncertainties affecting the geological prognosis can be strongly limited at a preliminary stage of geotechnical studies. It is shown that the geotechnical characterisation of cataclastic rock cores by means of laboratory investigations requires combining information about rock microstructure and mineralogy with strain-stress relationship derived from triaxial compression tests. Such a framework makes it possible to interpret and explain the specific mechanical behavior of heterogeneous-anisotropic rock materials in a much more coherent manner. With this regard, the approach followed by Bürgi (1999) with a mineralo-structural index (MSI) determined on 2D thin sections and proposed to predict cataclastic rock strength based on geological evidences, is found to have potential for geotechnical studies. However, Bürgi's approach still faces heavy criticism in the light of the practical application. Its limitations are detailed and discussed in this study. Accounting for both aspects of the rock characterization procedure, an operational methodology is therefore proposed aiming at its application in geotechnical studies. The medical X-ray computerized tomography (XRCT) has been specifically implemented in this context for the analysis of geotechnical rock cores, as a non-destructive technique which allows a rapid indirect imaging of the rock core structure before any further analytical manipulations are conducted. The technique is found facilitating to a great extent the study of cataclastic materials. An irradiation protocol has been defined and an acquisition strategy minimalizing inherent artifacts of the XRCT technique has been tested. Obtained results are highly encouraging. Moreover, an image analysis tool has been developed in order to improve the segmentation of geological damage features from indirectly recorded X-ray models. As discussed in details within this study, a critical analysis of 3D segmented models corresponding to sample structures before and after mechanical tests is thought to be capable to improve the triaxial test interpretation. The XRCT is therefore envisaged as a bridge technique permitting an improved correlation between specific properties of cataclastic rocks based on indirect evidences. With it, the geological and mechanical characterizations can be performed on the exactly same samples, reducing uncertainty in the characterization procedure. This step goes towards the development of a precise geotechnical classification for cataclastic rocks. Based on the XRCT technique, it is also discussed how Bürgi's approach could be translated in a three-dimensional form to reach a wider agreement. Based on a database of carbonatic cataclasites, it is evidenced that cataclastic strength and deformation properties are strongly influenced by textural and structural characteristics of pre-existing damage microstructures. Strength data obtained in this research show that in the same fault zone environment, different mode of deformations affect cataclastic rocks and that peak triaxial strength can vary significantly. Heterogeneity and material anisotropy are prime factors affecting specific behaviors of cataclastic rocks. Therefore, it is suggested to incorporate geological features into constitutive frameworks which describe mechanical behavior of such materials. This last aspect constitutes a very stimulating research field where further work is needed today.