The Velay oriental (Massif Central, France) is a basaltic plateau with abundant viscous phonolite extrusions. The plateau lavas grade from alkali basalt to mugearite, but intermediate compositions are volumetrically scarce. Pyroclastics are absent. The most complete plateau sections are in the south, while in the north intermediate lavas appear only as viscous, phenocryst-rich extrusions. The plateau lavas were erupted between 11.7Ma and 7.6Ma, the southern phonolites 8.5Ma- 6.5Ma and new data show that the northern phonolites were erupted between 13.3Ma and 10.5Ma. Basement uplift occurred during the plateau-building stage, due to the emplacement of magma chambers. Intermediate lavas are scarce because they remained in the magma chambers due to their density, whereas phonolite was able to rise hydrostatically. The magma chambers were within 5km of the surface. Phonolites are divided into miaskitic and agpaiitic types on the basis of their chemistry and petrography. They evolved from the basalt by crystal settling in the magma chambers, whereas the aphyric plateau lavas evolved by plating crystals onto their conduit walls as they flowed towards the surface. Sr-isotopes show that the basalt-phonolite series is uncontaminated, whereas the northern intermediate lavas evolved by assimilation-fractional-crystallisation. A suite of cumulate nodules was recovered from a pyroclastic unit, which is probably younger than the Velay Miocene lavas. They are related to the northern intermediate lavas, and belong to the "Group II" class of nodules. Geothermobarometry suggests that both the cumulates and the northern intermediate lavas crystallised at a depth of 15-20km and probably became contaminated due to the smaller temperature difference between the geotherm and granite solidus at that depth. The vast majority of the Velay lavas are identical to alkalic ocean-island lavas, geochemically unaffected by their passage through the lithosphere, but with their relative proportions at the surface controlled by the density contrast between the basalt and basement granite.

The work reported in this thesis applies a new isotope tracer, stable strontium isotopes (δ^88/86Sr), to address questions concerning changes in global climate that occur in response to continental weathering processes, and to constrain the modern marine geochemical Sr cycle. Stable Sr isotopes are a relatively new geochemical proxy, and as such their behavior needs to be understood in differing forms of marine calcium carbonate, the archives from which records of past stable Sr variability in the oceans can be constructed. Foraminifera, coccoliths and corals (both aragonite and high Mg calcite) acquire δ^88/86Sr values lighter than that of modern day seawater, (approximately 0.11, 0.05, 0.2 and 0.19 ‰ lighter than seawater at ~25°C respectively) providing a measureable offset which can be used to constrain the modern Sr outputs from the ocean and provide a better understanding of the modern Sr cycle. Using foraminifera as a sedimentary archive the first marine δ^88/86Sr record of seawater over the last two glacial cycles has been constructed, and used to investigate changing carbonate input and output over this 145 kyr period. Modelling of the large excursion of δ^88/86Sr to heavier values during Marine Isotope Stage (MIS) 3, reveals that this is more likely to be due to local changes in seawater or post-depositional alteration, rather then whole ocean changes. In the terrestrial environment δδ88/86^Sr has been measured in the dissolved load of rivers from the Himalaya. It is found that, in general, rivers draining carbonate catchments possess lighter isotopic δ^88/86Sr values than those from rivers draining silicates. Covariations of either δ88/86Sr vs. δ30Si or δ^88/86Sr vs. 1/[Sr] can be used to distinguish between rivers draining different catchment areas.

Ce travail de thèse s'intéresse à l'événement transamazonien en Guyane Française. Le Transamazonien constitue l'événement géodynamique majeur structurant le bouclier des Guyanes entre 2.2 et 2.0 Ga. L'évolution de l'orogenèse transamazonienne est décrite en termes de croissance crustale, prenant en compte des processus de recyclage archéen ainsi que des processus d'accrétion juvénile et de réactivation thermotectonique au Paléoprotérozoïque. Notre travail axé sur une étude géochronologique (U-Pb et Ar/Ar) et une étude géochimique (éléments majeurs et éléments en trace) a permis de proposer un modèle d'évolution en quatre étapes : une première étape avec la formation d'une croûte océanique juvénile à 2.2 Ga, une seconde étape de croissance crustale, avec la formation de série TTG entre 2.18 et 2.1Ga. Cette seconde étape présente une évolution du contexte de subduction générant les TTG, le résultat est la formation de magmas type «sanukitoïdes». La troisième étape présente la formation de magmas calco-alcalins (2.1 à 2.08 Ga) résultant du «refroidissement» du contexte de subduction déjà initié lors de la seconde étape. Le stade final est caractérisé par la formation de granites d'anatexie crustale (2.1 à 2.06 Ga). Plus globalement, notre étude sur le Transamazonien s'intéresse à la question clé des domaines paléoprotérozoïques, qui est de définir quels types de processus étaient actifs à cette période ? Le Paléoprotérozoïque se situe à la transition entre la période archéenne dominée par des processus de croissance crustale dits «archaïques» et une période récente caractérisée par des processus de croissance crustale dits «modernes».

L'objectif de cette étude est d'évaluer la réactivité abiotique de l'hydrogène dans un site de stockage géologique de déchets radioactifs en formation argileuse. Nous montrons que l'hydrogène est un agent réducteur pouvant être impliqué dans des réactions d'oxydoréductions sous contrôle cinétique avec certaines espèces oxydées de la formation hôte du stockage. Le système soufre apparait tout particulièrement réactif vis-à-vis de la perturbation redox induite par la présence d'hydrogène, sa déstabilisation se traduit notamment par une importante production de sulfure. Notre étude expérimentale sur la réduction des sulfates par l'hydrogène montre que cette réaction ne peut pas être à l'origine de cette production de sulfure. En effet les temps de demi-vie pour les sulfates sont de l'ordre de 200.000 ans à 90°C et l'énergie d'activation de la réaction est très élevée (131 kJ/mol). Par contre, la pyrite est un oxydant potentiel pour l'hydrogène. Nous montrons que cette dernière réaction est possible sur de courtes périodes de temps dés 90°C. A des pH légèrement alcalins tels que ceux de l'eau porale d'une formation argileuse formation et des températures comprises entre 90 et 180°C, cette réaction conduit à la précipitation de pyrrhotite et à la production d'H2S. Nous proposons une loi de vitesse pour cette réaction pouvant être intégrée dans des simulations numériques évaluant la sûreté du stockage à long terme.

Dans ce travail nous nous sommes proposés d'étudier des méthodes de traitement d'effluents d'une tannerie du Mali (TAMALI), pour l'élimination de Cr en utilisant l'argile.<br /> Nous avons identifié les composés présents dans les effluents, la teneur en Cr total et en CrVI a été mesurée. Nous avons trouvé une concentration importante en Cr total (1,2 g/L) et très peu de CrVI dissous (0,035g/L). Nous avons détecté la présence d'acides organiques. Nous avons également caractérisé un échantillon d'argile en provenance de Marakabassy MB : la DRX sur l'argile brute et sur les fractions fines (≤2 µm) montre que l'échantillon d'argile de Niono est composé de kaolinite, de quartz avec la présence d'une faible quantité de mica, et de talc. L'analyse chimique a montré que le rapport SiO2/Al2O3 est supérieur à celui d'une kaolinite pure. La présence de MgO, Na2O, K2O et MnO indique l'existence de smectite et d'illite. MET a montré que c'est une kaolinite avec des agrégats formés de particules fines inférieures à 0,1 µm. La CEC et la surface spécifique ont confirmé ces observations avec 0,34 M eq. Kg-1 et 64 m2 g-1.<br /> L'adsorption du Cr(III) a montré une augmentation avec le pH ; 97%.<br />L'adsorption du chrome (III) se passe bien dans les matrices simples mais dans les matrices compliquées elle diminue. L'adsorption est, semble t-il gênée par les composés organiques. Pour cela nous avons étudié l'adsorption du chrome dans l'eau distillée en présence de composés organiques. On observe que les faibles concentrations n'ont pas d'effet significatif sur l'adsorption mais à partir de 5 mM l'adsorption baisse.

Cette étude est consacrée à la caractérisation de la migration de l'uranium dans une zone restreinte du site du Bouchet, ancienne usine de traitement de minerai d'uranium, aujourd'hui démantelé et en cours de réhabilitation. Certains déchets de cette usine ont été stockés dans une déposante réhabilitée à proximité, appelée le site d'Itteville. Dans le cadre de la surveillance de l'environnement autour de la déposante (air, eau, sédiment) imposée par arrêtés préfectoraux, un piézomètre (PZPK) situé à l'aval hydraulique de cette dernière, présente des pics d'uranium dissous total chaque hiver depuis les années 1990. Le PZPK collecte à la fois les eaux d'une formation tourbeuse calcique, saturée en eau, située entre la surface et 3 m, ainsi que l'eau d'une nappe alluviale vers 6 m de profondeur. Dans un premier temps, une caractérisation hydrogéochimique du site a mis en évidence le terme source d'uranium, qui se trouve dans la tourbe vers 0,8 m, écartant ainsi toute fuite provenant de la déposante. En effet, quelques microparticules d'oxyde d'uranium et d'oxyde mixte d'uranium-thorium ont été détectées, mais ne constituent pas la partie majeure du terme source. Dans un second temps, la chimie des eaux de tourbe et du PZPK a fait l'objet d'un suivi bimestriel de 2004 à 2007 permettant de comprendre les raisons des fluctuations saisonnières de [U]tot.diss.. Complétées par des modélisations géochimiques et une identification bactérienne par analyse de l'ADN 16S, les chroniques de chimie de l'eau ont mis en évidence une activité bactérienne sulfato-réductrice importante en été, entraînant des conditions plus réductrices et donc, une teneur en uranium dissous total limitée par la faible solubilité de l'uraninite UIVO2(s). En hiver, cette activité bactérienne étant minime et la pluviométrie efficace plus importante, les conditions sont plus oxydantes favorisant la forme U(VI), plus soluble, notamment sous la forme du complexe Ca2UO2(CO3)3(aq) mis en évidence par SLRT. Enfin, l'activité bactérienne sulfato-réductrice a été reproduite en laboratoire afin de mieux caractériser son impact sur la solubilité de l'uranium dans la tourbe. Divers paramètres ont été étudiés (sources de C, température, nutriments) afin de recréer des conditions à la fois proches et aussi éloignées de celles in situ. Les identifications bactériennes par analyse de l'ADN 16S, en fonction du temps d'incubation, ont confirmé une augmentation de la proportion des bactéries sulfato-réductrices. Parallèlement, la chimie de l'eau, ainsi que des calculs géochimiques et des observations MEB et analyses XANES, ont mis en évidence une diminution de [U]tot.diss., due à sa réduction en UO2(s) (certainement sous forme de nanoparticules). Bien que le mécanisme réactionnel n'ait pu être déterminé, à savoir biotique (réduction directe de U par les bactéries) ou abiotique (réduction indirecte), ces expériences ont montré que les bactéries sulfato-réductrices peuvent prévaloir au sein d'une population autochtone variée dans des conditions proches de celles in situ. De plus, la tourbe calcique étudiée contient un stock important de weddellite (CaC2O4.2H2O(s)), constituant un apport permanent d'ions oxalate C2O42- qui peuvent être utilisés comme source de C lors de la réduction des ions sulfate et/ou uranium en été.

Les laves de l'arc des Petites Antilles présentent une large gamme de compositions le long de l'arc et au sein d'un même centre volcanique. De précédentes études ont montré une variation de l'influence des fluides issus de la plaque océanique subductée le long de l'arc et au sein d'une même île. Cependant, la nature des fluides et l'importance de leurs contributions sont encore débattues.<br />Afin d'apporter de nouvelles contraintes sur les conditions de genèse des magmas ainsi que sur l'influence et la nature des fluides issus du slab, des scories magnésiennes provenant de St. Vincent et Grenade, situées au sud de l'arc, ont été utilisés. Les compositions en éléments légers, traces et isotopes stables ont été déterminées par sonde ionique dans les inclusions vitreuses piégées dans les olivines, donnant un accès direct aux compositions des magmas primitifs, non affectés par les processus superficiels.<br />La combinaison des différentes mesures a permis de mettre en évidence l'influence de trois sortes de fluides sur les sources mantelliques : 1- un fluide de compositions proche de celle de l'eau de mer, probablement relâché lors de la déshydratation du manteau serpentinisé entraîné en profondeur par le slab, 2- des fluides de déshydratation de la croûte océanique subductée et 3- des fluides issus de la déshydratation des sédiments. Ces fluides aqueux montrent des concentrations différentes en éléments dissous, reflétant la profondeur à laquelle ils sont extraits. L'ensemble des données révèle une genèse des magmas à plus forte profondeur et plus faible taux de fusion (7-15%) à Grenade, ceux de St. Vincent étant extraits à 1190-1220°C et 13-14 kbar avec un taux de fusion de 10-20%.

Ce travail est constitué de deux volets indépendants qui s'intéressent respectivement à la géochimie isotopique du lithium et à la variabilité géochimique des MORB du Pacifique sud. L'utilisation des isotopes du lithium en Sciences de la Terre est abordée dans un premier temps au travers de l'étude des laves de la Chaîne des Puys. Les échantillons de cette série volcanique intraplaque permettent d'apporter des contraintes sur les valeurs de la composition isotopique du Li dans la croûte continentale inférieure et dans le manteau d'affinité HIMU sous le Massif Central. La deuxième étude s'intéresse au comportement du Li lors du refroidissement d'une lave. Pour cela, des analyses in situ de la composition isotopique du Li ont été réalisé au travers de phénocristaux d'olivine d'un échantillon de picrite. Ces mesures ont permis de mettre en évidence un processus de fractionnement isotopique dû à la diffusion du Li dans les cristaux. Le deuxième volet de ce travail présente les résultats de la campagne océanographique PACANTARCTIC2. L'analyse des rapports d'éléments en traces et de la composition isotopique des isotopes radiogéniques (Sr, Nd, Pb et Hf) dans les basaltes collectés entre 53°S et 39°S le long de la dorsale Pacifique-Antarctique, permet d'étudier la variabilité des basaltes de dorsale loin de tout point-chaud. Cette étude mets en évidence différentes échelles d'hétérogénéités géochimiques dans la source de ces MORB. Ces variations le long de l'axe correspondent aux différents types de segmentation de la dorsale.

Le climat de l'Amérique du Sud est fortement soumis aux interactions entre l'océan et l'atmosphère, aussi bien du Pacifique que de l'Atlantique. Ce travail entre dans le projet de coopération CLIMPAST (IRD-CNPq) et s'appuie sur une collaboration entre le Brésil (CAPES, UFF), le Pérou (IMARPE) et la France (IRD, CNRS, Université d'Orléans). Cette thèse a pour objectif la reconstruction de l'évolution du climat de l'Amérique du Sud au cours de l'Holocène (12 000 - 800 ans cal BP). Elle concerne l'étude, à haute résolution temporelle, de multiples marqueurs organo-sédimentaires provenant de zones de haute productivité de la plateforme continentale de part et d'autre de l'Amérique du Sud. Deux carottes sédimentaires ont été étudiées, une prélevée dans le système d'upwelling saisonnier de Cabo Frio (Brésil) et l'autre dans le système permanent du courant de Humboldt (Pérou). La matière organique a été étudiée par analyse élémentaire, pyrolyse Rock-Eval, microscopie optique et géochimie moléculaire. Appuyées sur une stratigraphie de très haute résolution (imagerie radioscopique et modèles chronologiques 14C), l'ensemble des résultats a permis de mettre en évidence des changements climatiques, de l'échelle du millénaire à celle de la décennie, liés aux déplacements de la zone de convergence intertropicale et de celle de l'Atlantique Sud. La remontée du niveau de la mer de la dernière déglaciation apparaît concomitante d'une forte humidité sur le continent Sud-Américain. A partir de l'Holocène moyen, l'expression de l'upwelling sur la côte ouest, est maximale alors que sur la côte est, on note des phénomènes érosifs dus aux courants de fond. A l'Holocène supérieur, des signaux de haute fréquence de type El Nino passent successivement au moment de l'Optimum Climatique Médiéval, à des signaux de moindre fréquence du type La Nina.

One of the key research issues in surface geochemistry is to understand the processes responsible of the surface water compositions to both improve fundamental knowledge of controlling mechanisms and protection of water resources. Processes occurring at solid-solution interface are predominant among the known involved chemical mechanisms. Solids, such as soil colloids, particles, sediments or colloids occurring as suspension in waters, present very large specific surfaces. This latter point gives them strong complexation or sequestration properties for elements such as metals, trace elements...These solids include mineral (oxyhydroxydes Fe and Mn, silicates, carbonates ...), organic colloid (humic substances...) and biological cells (algae, bacteria...) bound or not in between them. Sorption, co-precipitation and surface precipitation are the three major processes at interfaces involving these solid surfaces. They partly control the mobility and dissolved concentrations of metals and trace elements in waters and soil solutions. However, these processes are themselves controlled by physico-chemical parameters such as pH, Eh, T..., the solid nature and the interactions in between. The present work has therefore been focused on assessing the influence of these factors on the reactivity of elements at solid/solution interfaces. To address this issue, a combined approach involving laboratory experiments and modelling to answer to the questions identified in the field, was used. Firstly, the impact of redox condition variations on the mobilization of metals sourced in minerals (natural and synthetic oxyhydroxydes Fe and Mn, and slags from metallurgic industry) was experimentally evaluated. In a second step, this work was focused on the in situ monitoring of the iron cycle in a natural wetland soil. This implied the development of an innovative tool allowing the insertion of synthetic iron oxides directly in soil horizons. This research has been conducted to identify the impact of the iron oxides reductive dissolution and/or mineralogical changes on the mobilization of associated trace elements. Since organic matter release is often linked to iron reductive dissolution in wetland soil solutions, two experimental studies were also conducted: (i) on the redox condition impact on the dynamics of organic matter and trace element mobility and (ii) on the impact of organic complexation on the rare earth element (REE) speciation in solution. This work is ended by a research project dedicated to the rare earth element partitioning at solid-water interface and its impact on REE geochemical behaviour and associated fingerprinting properties.