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Fiche détaillée HDR
Université d'Orléans (02/12/2010), Michel Pichavant (Pr.)
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La reconstruction de l'hydrodynamique des paléocirculations
Stanislas Sizaret1

Les circulations hydrothermales sont le vecteur d'échanges thermiques et chimiques d'importance majeure entre la géosphère et l'hydrosphère. Un grand nombre de concentrations métalliques et minérales sont liées à ces transferts et les modèles métallogéniques évoquent très souvent des directions de paléo-écoulements entre différents réservoirs géologiques. Cependant l'hydrodynamique des systèmes hydrothermaux reste mal connue et les directions d'écoulement sont peu contraintes par les données de terrain. Mes travaux de thèse sur le gisement à F, Ba et Fe de Chaillac ont montré que les textures des formations hydrothermales permettent d'obtenir une information locale sur les directions des paléoécoulements. A partir de cette observation, mes recherches ont été orientées suivant trois axes complémentaires. (i) La modélisation de la croissance cristalline d'un monocristal dans un fluide en écoulement : plusieurs modèles ont été développés, le plus performant consiste à résoudre numériquement les équations de Navier Stokes et l'équation de transport autour d'un cristal polyédrique (hexagonal). Dans ce modèle simple de croissance cristalline les cinétiques de surface sont négligées devant les cinétiques de diffusion volumique. Les flux chimiques simulés sur la face amont sont supérieurs aux flux de la face avale et leur rapport augmente avec la vitesse de circulation du fluide. (ii) La croissance expérimentale de monocristal d'alun dans un fluide en écoulement a permis de vérifier que la croissance est plus rapide pour les faces amonts que pour les faces avales, le rapport des flux augmente avec la vitesse mais diffère significativement du modèle numérique. L'hypothèse d'une croissance sans influence des processus de surface conduit à surestimer le rapport des flux. (iii) Les études de terrain sur des gisements hydrothermaux ont été menées, en exploitant les modèles développés afin d'évaluer in situ l'hydrodynamique des paléoécoulements. Les premières études ont consisté à tracer les directions d'écoulement des paléochamps hydrothermaux à partir des fabriques magnétiques. Dans les formations riches en magnétite, les résultats suggèrent que la forme allongée des grains marque le sens de l'écoulement comme le modèle et les expériences l'ont prédit. Les fabriques magnétiques mesurées dans les formations carbonatées, et riche en goethite laissent penser que la croissance cristalline est organisée suivant les lignes de courant. Ce dernier résultat rend nécessaire le développement de nouveaux modèles dans lesquels la croissance de plusieurs cristaux doit être considérée dans la porosité de la roche. Enfin, l'utilisation de la variation des rapports des flux en fonction de la vitesse d'écoulement a été utilisée pour estimer des vitesses dans une tourmalinite formée au contact d'un sill leucogranitique. Les rapports des bandes de croissances permettent d'estimer une vitesse minimum d'écoulement locale et instantanée de l'ordre de 10-3 m/s, ce qui est bien supérieur aux vitesses couramment proposée dans la littérature, celles-ci étant calculées à partir de modèles macroscopiques donnant des vitesses moyennées en temps et en espace.
1 :  ISTO - Institut des Sciences de la Terre d'Orléans
hydrodynamique

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