Emanuelle Frery, Nadine Ellouz-Zimmerman, Rudy Swennen, Dominique Blamart, Jean-Pierre Gratier, Pierre Deschamps, Jean Braun, Christelle Loiselet, Bruno Hamelin, IFP Energies nouvelles (IFPEN), Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Tectonique reliefs et bassins, Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Department of Earth and Environmental Sciences [Leuven] (EES), Catholic University of Leuven - Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Paléocéanographie (PALEOCEAN), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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© 2015 Elsevier B.V.. Faults are known to be important pathways for fluid circulation within the crust. The transfer properties along faults can evolve over time and space. The Little Grand Wash and Salt Wash normal faults, located on the Colorado Plateau, are well known examples of natural CO2 leakage systems from depth to surface. Previous studies dated and established a chronology of CO2-enriched fluid source migration along the fault traces and linked the aragonite veins observed close to Crystal Geyser to CO2-pulses. However, multiple circulation events recorded along a given fault segment deserve to be studied in minute detail in order to unravel the chronology of these events, precipitation processes and associated mechanisms. A combination of structural geology, petrography, U/Th dating, oxygen and carbon isotope analysis were used to study the fault related CO2-enriched paleo-circulations in order to build a conceptual model of CO2-circulation along the faults. This study resulted in the precise descriptions of the features attesting CO2-enriched fluid circulation by a characterization of their relationship and architecture at the outcrop scale. These features are witnesses of a large range of circulation/sealing mechanisms, as well as changes in fluid chemistry and thermodynamic state of the system, providing evidence for (i) the evolution of the fluid through a pathway from depth to the surface and (ii) different cycles of fault opening and sealing. Large circulation events linked with fault opening/sealing are observed and calibrated in nature with millennial circulation and sealing time-lapses. Numerical modelling indicates that such sealing timescale can be explained by the introduction of a fault sealing factor that allows modifying permeability with time and that is calibrated by the natural observations. ispartof: Tectonophysics vol:651 pages:121-137 status: published