Le lessivage du lutum (0-2 µm) est un de processus majeurs de la pédogenèse, qui a néanmoins été peu quantifié et modélisé. Ce processus ainsi que la bioturbation ont été quantifiés ici en couplant des différents systèmes isotopiques (137Cs, 210Pb (xs), 10Be atmosphérique, 206/207Pb, δ13C, 14C) à une modélisation numérique par une équation de diffusion-convection à paramètres variables avec la profondeur. Cette méthode originale a été appliquée sur des anthroposéquences de Luvisols développées sur du loess et différantes de par leur utilisation (culture, prairie ou forêt) et leurs pratiques agricoles (travail du sol, apport du fumier). Nos résultats montrent que 91 ± 9 % du 137Cs et 80 ± 9 % du 10Be sont associés au lutum et ainsi peuvent effectivement tracer des transferts verticaux de matière solide dans les sols à pH > 5 et à teneur en carbone organique faible. Le partage du plomb entre les différentes phases solides est plus complexe. En considérant deux compartiments pour les isotopes (macropores ou la matrice de sol), nous avons conçu un modèle multi-isotopique permettant de quantifier la contribution des transferts de matière solide à la distribution verticale de la fraction 0-2 µm actuelle. Le lessivage est responsable de 9 à 66 % de l'accumulation de lutum dans l'horizon Bt. Le coefficient de diffusion permet de quantifier le taux de mélange par la bioturbation. La modélisation multi-isotopique est une méthode de prédilection pour les études modernes de la pédogenèse et des processus de la zone critique. / Clay translocation is one of the major soil forming processes, howeverit is poorly quantified and modeled. We propose to quantify it togetherwith bioturbation by combining different isotopic systems (137Cs , 210Pb (xs),meteoric 10Be, 206/207Pb, δ13C, 14C) with numerical modeling based on a nonlineardiffusion-convection equation with depth dependent parameters. Thisnovel method has been applied on Luvisol anthroposequences developed onloess, differing by their land use (cropping versus grassland or forest) andtheir agricultural practices (reduced tillage, no tillage and manure input).Our results show that as much as 91 ± 9 % and 80 ± 9 % of 137Cs and10Be, respectively, are associated to the clay size fraction (0-2 µm) and canthus effectively trace vertical solid matter transfers in soils with pH > 5 andlow organic carbon. Lead partitioning between different solid phases is morecomplex. Considering two spatial distributions of isotopes (macropores or soilmatrix), we built up a multi-isotopic modelling approach that simulates theexperimental data with the common set of transfer parameters and allowedus to quantify the relative contributions of vertical solid matter transfers topresent-day 0-2 µm vertical distributions. Clay translocation is responsiblefor 9 to 66 % of the clay accumulations in the Bt-horizon. The diffusion coefficientalso quantifies the rate of soil mixing by bioturbation. Modeling of thekinetics of solid matter transfer at multiple spatio-temporal scales should becomea method of predilection in modern pedogenic and critical zone studies.

The concept of noncovalent bonding has evolved over the last number of years to include a very interesting class of interactions that is analogous to hydrogen bonding, called σ-hole interactions. These result from the depletion of electrostatic charge on the opposite end of a covalent bond between an electron-withdrawing substituent and a bond donor atom, which resides in groups 14-17 of the periodic table. One of these interactions is the tetrel bond (TB), whereby the bond donor is a group 14 element (T=C, Si, Ge, Sn, Pb). This thesis's primary goal is to explore the solid-state NMR parameters arising from the formation of tetrel bonds. To this end, combined density functional theory (DFT) and experimental multinuclear solid-state NMR spectroscopic investigations are carried out on complexes featuring carbon, Pb(II) and tin tetrel bonds. Firstly, solid-state NMR and computational approaches are used to examine a series of cocrystals formed from either caffeine or theophylline and several other small organic acceptor molecules. It is shown that the NMR response due to tetrel bond formation is detectible, but it can be hidden by other effects, including those of crystal packing. Careful analysis of NMR data alongside DFT calculations can reveal that the weak tetrel bond in these sorts of complexes increases the ¹³C chemical shift by 3-5 ppm. Next, a study of five Pb(II) centres hemidirectionally coordinated by isonicotinoyl hydrazone ligands demonstrates that the ²⁰⁷Pb NMR response is highly sensitive to the Pb(II) coordination environment. The NMR data indicate that a tetrel bond can induce an NMR response corresponding to a coordination environment between hemidirectional and holodirectional character. Finally, a series of organotin chloride donor molecules complexed with N-oxides and carboxylates, which feature short and linear tetrel bonds, are subjected to magic angle spinning (MAS) NMR experiments. The recorded data gives rise to a correlation between the tetrel bond length and both the experimental chemical shift and the ¹J(¹¹⁹Sn-³⁵Cl) coupling. Throughout this thesis, it is demonstrated that the isotropic chemical shift, the principal components of the chemical shift tensor, and indirect spin-spin coupling can be used to probe and gain insights into the electronic environment at the tetrel bond. More importantly, this work is fundamental to rationalize NMR data while refining crystal structure data in NMR crystallographic approaches for compounds featuring tetrel bonds.

Dans le cadre du confinement des métaux lourds toxiques à savoir Pb et Cd, cette étude a porté sur la recherche de nouveaux verres phosphates présentant des propriétés physico-chimiques optimisées. Des verres de composition (100-x) (50P2O5-15ZnO-35PbO)-xFe2O3 et (100-z) [50P2O5-15ZnO-(35-y)PbO-yCdO]-zAl2O3 ont été élaborés. L'introduction des oxydes de fer et d'aluminium dans les matrices phosphatées entraîne une amélioration des propriétés et en particulier un renforcement de la durabilité chimique, en milieu aqueux, comparable à celle des verres silicates. Ces résultats ont pu être corrélés à la formation d'un réseau mixte fortement réticulé dans lequel les cations présentant une coordinence multiple forment des liaisons covalentes à caractère élevé avec les atomes d'oxygène. Avec une température de transition vitreuse modérée, ces verres sont des candidats potentiels pour le stockage d'éléments lourds toxiques.