Afin de contribuer à l’évaluation du risque environnemental lié à la contamination des sols par les métaux, la connaissance de leur spéciation, ainsi que des facteurs contrôlant leur mobilité et leur biodisponibilité dans des sols non anthropisés est nécessaire. Ce travail a permis de déterminer les caractéristiques physico-chimiques des eaux de subsurface circulant dans un sol non anthropisé de type Planosol (Massif Central, France) et de quantifier les processus de régulation de la mobilité de certains métaux traces (Cd, Cu, Pb, Zn) dans les solutions du sol. Les Planosols se définissent par leur morphologie et leur fonctionnement hydrique particulier où les horizons supérieurs perméables présentent un excès d’eau en hiver et au printemps. Trois stations ont été choisies en fonction de la topographie au niveau desquelles les eaux du sol ont été prélevées, de 2004 à 2006 pendant la période de saturation des sols, dans deux horizons différents : dans l’horizon éluvial appauvri et blanchi et dans l’horizon concrétionné riches en oxyhydroxydes de fer et de manganèse. L’objectif de ce travail était d’étudier, au sein de ces horizons, la distribution de Cd, Cu, Pb et Zn dans les solutions du sol et de déterminer les propriétés de complexation et d’adsorption de la matière organique (MO) et des particules minérales (oxyhydroxydes de fer, de manganèse et d’aluminium, argiles) vis-à-vis de ces métaux. Les ETM sont présents sous différentes espèces dissoutes et particulaires. Cette distribution est le résultat de processus physiques, chimiques et biologiques qui sont contrôlés par de nombreux facteurs (pH, pe, nature et teneur en particules, concentrations en cations majeurs, en ligands inorganiques et organiques dissous, …). Deux approches ont été couplées pour étudier la spéciation des métaux (Cd, Cu, Pb et Zn) dans les solutions du sol : (1) exploitation des données acquises sur le terrain (analyse de leurs concentrations totales dans les fractions dissoute et particulaire) puis recherche de liens avec les autre composés présents dans la solution, et (2) détermination expérimentale de leurs affinités potentielles avec la MO par voltamétrie et potentiométrie afin d’acquérir des grandeurs (constantes de complexation et concentration de sites) permettant de déterminer la spéciation potentielle de ces éléments par calcul thermodynamique (PHREEQCI). L’approche analytique a montré l’importance des particules, notamment dans l’horizon concrétionné, qui constituent un support pour le transfert des métaux. En effet, les ETM sont significativement corrélés aux éléments tels que le fer, l’aluminium, le silicium ainsi qu’au carbone organique particulaire, mettant en évidence plusieurs processus, notamment des réactions d’adsorption sur les argiles ou gels de silice, sur les oxydes ou oxyhydroxydes de fer et d’aluminium et sur la matière organique. Ces composés peuvent être présents sous formes de particules simples ou de particules mixtes car leurs comportements semblent liés. Par contre, pour les espèces métalliques dissoutes, aucun processus prépondérant n’a été mis en évidence, ce qui peut s’expliquer par une compétition entre les différents mécanismes impliqués dans la distribution des éléments en solution, ou bien par un déséquilibre chimique (ou thermodynamique) global du système étudié. L’approche expérimentale a permis de mettre en évidence en solution des réactions potentielles entre les métaux et la matière organique dissoute, notamment des réactions de complexation, dans le cas de Cd, Cu, Pb et Zn, ainsi que des réactions d’adsorption, uniquement dans le cas du cuivre. Le couplage de ces deux approches a permis de mettre en évidence une compétition entre les réactions à l’interface solide-solution et les réactions en solution dans les deux horizons de sol étudiés. Dans l’horizon concrétionné, les métaux (principalement Cu, Pb et Zn) ont des affinités beaucoup plus fortes pour les réactions de surface avec les particules (minérales et/ou organiques) que pour les réactions de complexation en solution. La compétition est donc en faveur des particules qui jouent ici un rôle prépondérant car elles contrôlent la spéciation de ces métaux. La distribution des métaux traces dans les deux horizons étudiés est différent. Les résultats montrent que la composition chimique des solutions est principalement liée à la texture du sol (et donc la porosité) et à l’hydrodynamique du système. En effet, ces deux paramètres vont réguler la distribution des éléments en solution / No summary avalaible

Dans le contexte réglementaire de la Directive Cadre sur l'Eau, il est nécessaire d'évaluer l'impact de la contamination métallique sur les milieux aquatiques pour pouvoir établir un diagnostic des masses d'eau. Intégrer dans ce diagnostic, la biodisponibilité des métaux par une mesure de la bioaccumulation dans des organismes modèles, permet d'évaluer plus finement le risque pour l'environnement. Cependant le lien entre la bioaccumulation et la contamination chimique du milieu reste difficile à établir puisqu'il dépend de paramètres physico-chimiques et physiologiques. Afin de faire ce lien chez la moule zébrée, nous avons utilisé un modèle cinétique de bioaccumulation: le modèle biodynamique. Des expositions en laboratoire ont permis d'étudier l'influence de la physico-chimie de l'eau (concentration en calcium, zinc et matière organique dissoute) sur les constantes d'accumulation du modèle par voie dissoute et de mettre au point un protocole d'exposition permettant de déterminer les constantes d'assimilation par voie trophique. L'effet compétiteur des ions (Ca et Zn) sur l'accumulation du Cd et du Ni par voie dissoute a été mis en évidence et intégré au modèle biodynamique par une approche s'inspirant du modèle du ligand biologique (BLM). Des suivis de contamination de dreissènes transplantées, de 2 mois et 1 an, ont mis en évidence la capacité du modèle à relier la contamination métallique du milieu à celle des organismes, en prenant en compte la physicochimie du milieu (notamment le niveau trophique) et la physiologie de l'organisme (taux de filtration, taux de croissance).

Les microbialites, dépôts lithifiés d’origine microbienne, sont des structures organosédimentaires documentées depuis plus de 3,5 milliards d’années. La compréhension de ces structures, des conditions et des modalités de leur mise en place, nous apporte des informations précieuses sur l’origine de la vie sur Terre. Cette thématique de recherche est également en plein essor du fait de ses implications économiques majeures concernant les hydrocarbures. La reconstitution des environnements associés aux structures microbiennes fossiles reste incertaine, notamment entre milieux de dépôts marins ou continentaux. Ces deux environnements contrastés ont été étudiés à travers deux exemples modernes, Cayo Coco (Cuba) en domaine marin lagunaire et le Grand Lac Salé (Utah, USA) en domaine lacustre continental dans le but d’identifier des critères diagnostiques pour discriminer ces environnements dans le registre fossile.La formation des microbialites résulte de la minéralisation et de la lithification d’un tapis microbien sous l’influence d’une composante métabolique (intrinsèque) liée à l’activité du tapis microbien, et d’une composante environnementale (extrinsèque). L’objectif de ce travail était de replacer à différentes échelles les dépôts microbiens dans leur contexte environnemental et de comprendre les influences directes des paramètres extrinsèques sur : (1) les processus de minéralisation des tapis microbiens et la formation de microbialites, (2) la morphologie des structures microbiennes, (3) la distribution spatio-temporelle des microbialites et des sédiments associés, et enfin (4) les relations entre les tapis microbiens et microbialites et leur environnement. / Lithified microbial deposits, considered as microbialites, are organosedimentary structures observed since 3.5 billion years. Understanding the mechanisms and environmental conditions leading to their formation may provide valuable information about the origin of life on Earth. Our interest on this research topic has increased owing to the economic implications of these deposits, especially concerning the hydrocarbons. The reconstruction of the environments associated with microbial structures remains uncertain in the fossil record, especially between marine and continental domains. These two contrasting environments were studied through two modern examples: (1) a marine-fed lagoon area in Cayo Coco (Cuba), and the continental lake of the Great Salt Lake (Utah, USA) in order to identify diagnostic criteria allowing to distinguish both environments in the fossil record.Microbialite result from mineralization and lithification of microbial mats under the influence of metabolic chemical reactions (intrinsic) related to the activity of the microbial biomass and environmental (extrinsic) conditions. The objective of this PhD is to replace microbial deposits, at different scales, in their context of formation to highlight the significance of extrinsic parameters on: (1) the mineralization processes and the formation of microbialites, (2) the morphologies of observed microbial structures, (3) their spatial distribution, and (4) the relationship between microbial mats and microbialite and their environment.

Depuis sa première signalisation en 2005, le cténophore Mnemiopsis leidyi a été régulièrement observé dans l'Étang de Berre et a profité d'un écosystème planctonique perturbé. En effet, la régulation des apports en eau douce provenant de la centrale hydroélectrique EDF de Saint-Chamas (2006) a entraîné une augmentation de la salinité moyenne de la lagune, ainsi qu'une diversification et une « marinisation » des communautés planctoniques de la lagune. Leurs caractéristiques et la dynamique de la population de M. leidyi ont été étudiées au cours d'un suivi in situ réalisé en 2010-11. Les données obtenues lors de ce suivi, associées à une étude de son métabolisme (i.e. ingestion, respiration, excrétion et croissance), ont permis d'identifier les principaux facteurs contrôlant sa population (i.e. température, salinité, concentration et nature des proies). Son cycle de vie est étroitement lié à la température, les larves cyddipides apparaissant en hiver, suivies par les stades de transition en hiver/printemps et par les adultes du printemps à l'automne. Les conditions saumâtre et eutrophe semblent contribuer à sa présence dans la lagune, avec une salinité optimale pour son développement et une forte concentration en proies (i.e. zooplancton pour les adultes). En raison de la sélection active de proies (i.e. nauplii de copépodes et copépodites) et l'absence de seuil de satiété, M. leidyi a un impact important sur les populations de copépodes entraînant la chute drastique de leur abondance suite à ses proliférations. De nouvelles modifications des conditions hydrologiques (i.e. évolution vers une lagune marine) pourraient continuer à transformer le fonctionnement de la lagune. / The ctenophore Mnemiopsis leidyi has established a sustainable population in the Berre Lagoon since its first observation in 2005. This invasive species took advantage of a plankton ecosystem disturbed particularly by successive modifications of the hydrohalin conditions of the lagoon. Indeed, regulation of the freshwater inputs through the hydroelectric power plant of Saint-Chamas (2006) leads to an increase of the mean salinity, resulting in a more diversified and a more marine plankton community. Characteristics of the plankton ecosystem and population dynamics of M. leidyi was studied during an in situ survey in 2010-11. Metabolism (ingestion, respiration, excretion and growth) of the ctenophore adult and transition stages were studied in controlled conditions. Temperature influences the life cycle of M. leidyi with cyddipid larvae observed in winter, then transitional stages in winter/spring and adults from spring to autumn. The ctenophore seems to prefer brackish and eutrophic environments linked with its optimal salinity conditions (between 10 and 30) and its need for an important prey concentration (copepods nauplii and copepodites). The active selectivity of prey and the lack of a satiety level can largely explain the drop in copepod abundance following M. leidyi proliferations. New hydrological modifications (evolution towards a marine lagoon) will certainly continue to transform in the future the functioning of the Berre Lagoon.

A l’image du Rhône au sud-est de la France, les fleuves font l’objet de multiples usages, entrainant des modifications profondes de leurs dynamiques fluviales. Par conséquent, les fonctionnements hydro-sédimentaire et écologique de leurs chenaux ainsi que de leurs plaines alluviales sont altérés. Des programmes intégrés de restauration s’attellent à définir les potentiels et les risques liés à de tels ‘écosystèmes anthropo-construits’ et de comprendre les interactions entre divers facteurs de contrôle ayant influencé leur formation. La présente étude s’est focalisée sur 293 casiers Girardon – des unités rectangulaires délimitées par des digues submersibles longitudinales et latérales construites dans le lit mineur au 19ème siècle afin d’améliorer la navigabilité du Rhône. Ceux-ci sont distribués sur quatre secteurs court-circuités au 20ième siècle pour la production hydro-électrique. Nous avons analysé les patrons spatio-temporels de la sédimentation, ainsi que la structure et la composition des boisements grâce à des données issues de la télédétection et de terrain. Nous proposons également un modèle conceptuel des facteurs de contrôle et des processus potentiels en lien avec les patrons observés. Quatre-vingts pourcents des casiers ont évolué du stade aquatique à un stade terrestre et boisé, suivant des trajectoires historiques variées à la fois inter- et intra-secteurs. Les boisements diffèrent en caractéristiques structurelles de boisements de référence plus naturels. Leur composition est plus proche de celle des systèmes matures que pionniers. Nous observons également une forte présence d’espèces allochtones, comme par exemple l’Érable negundo (Acer negundo), invasive, en particulier dans les stades de régénération. Notre approche comparative constitue une première étape pour démêler les effets cumulatifs des facteurs de contrôle et hiérarchiser leurs rôles individuels. Nous avons constaté que des facteurs locaux jouent un rôle majeur, en particulier la connectivité au chenal principal court-circuité. L’évolution des facteurs environnementaux eux-mêmes a contribué à la complexité des patrons. Ce travail ouvre la voie à des futures études sur des écosystèmes anthropo-construits sur cours d’eau, et donne une nouvelle perspective aux gestionnaires du Rhône relativement à son échelle spatiale innovante. / The multiple uses made of large rivers, such as the Rhône in south-eastern France, have provoked profound modifications of their fluvial dynamics. As a consequence, the hydro-sedimentary and ecological functioning of their channels and floodplains are highly altered. Integrated restoration programmes struggle in defining potentials and risks related to such ‘novel ecosystems’ and to understand the various interacting drivers which influence their formation. This study comparatively focused on 293 dike fields—rectangular units delimited by longitudinal and lateral submersible dikes constructed in the channel in the late 19th century to promote the navigability of the Rhône. They are distributed over four reaches by-passed in the 20th century for hydro-electric energy production. We investigated the spatio-temporal patterns of sediment deposition and the structure and composition of the forest stands using remote sensing and field data. We also propose a conceptual model of potential drivers and processes behind the observed patterns. Eighty percent of the dike fields have evolved from the aquatic to a terrestrial and forested stage, following variable historical trajectories both between and within reaches. The forest stands presented structural characteristics which differed from more natural reference stands and compositional characteristics closer to mature than to pioneer systems. They featured a high presence of non-native species, such as the invasive Box elder (Acer negundo). Our comparative approach constituted a first step to disentangle the cumulative effects of the drivers and define their individual roles: we discovered a prominent role of local factors, especially the connectivity to the main by-passed channel. The evolution of the environmental factors themselves added to the complexity of the patterns. This work provides a basis for future studies of novel ecosystems on rivers, and a new perspective to river managers on the Rhône due to its innovative spatial-scale.

Les marges continentales, passives ou actives, sont la principale voie de transfert sédimentaire entre le plateau continental et le bassin océanique profond et les plaines abyssales. Les pentes continentales sont le siège de processus d'érosion/dépôt sous le contrôle de transfert de flux particulaires continentaux chenalisés par des structures érosives, telles que les canyons sous‐marins, puis redistribues à l'ensemble de la marge. Les canyons érodent fortement les pentes continentales et contribuent à l'évolution de leur morphologie au cours du temps. On retrouve cependant des canyons sous‐marins qui ne sont pas en relation avec la présence d'un réseau fluviatile. De ce fait, la formation et l'évolution des canyons sous‐marins sont encore peu comprises. Ce travail de thèse s'intéresse aux processus de formation et d'évolution de six canyons sous-marins sur la Marge Ouest du Bassin Ligure et à dix systèmes de canyons sur la Marge Calabro-Ionienne. Le but de cette étude est de contraindre les principales caractéristiques morphométriques (longueur, largeur, profondeur, inclinaison, sinuosité), morphologique (éléments architecturaux, configuration) des canyons, de caractériser leur évolution amont‐aval et d'analyser leur structure interne, afin de mieux comprendre l'origine des canyons sous‐marins, leurs mécanismes de construction et leur évolution au cours du temps en relation avec le contexte géologique régional et leurs potentiels bassins versants subaérien. Pour cela, une approche basée sur une analyse morpho-bathymétrique et géophysiques a été mise en œuvre à partir de relevés bathymétriques complets des marges, de profils de sismiques, de Chirp et de SAR.

Les marges continentales, passives ou actives, sont la principale voie de transfert sédimentaire entre le plateau continental et le bassin océanique profond et les plaines abyssales. Les pentes continentales sont le siège de processus d’érosion/dépôt sous le contrôle de transfert de flux particulaires continentaux chenalisés par des structures érosives, telles que les canyons sous‐marins, puis redistribues à l’ensemble de la marge. Les canyons érodent fortement les pentes continentales et contribuent à l’évolution de leur morphologie au cours du temps. On retrouve cependant des canyons sous‐marins qui ne sont pas en relation avec la présence d’un réseau fluviatile. De ce fait, la formation et l’évolution des canyons sous‐marins sont encore peu comprises. Ce travail de thèse s’intéresse aux processus de formation et d’évolution de six canyons sous-marins sur la Marge Ouest du Bassin Ligure et à dix systèmes de canyons sur la Marge Calabro-Ionienne. Le but de cette étude est de contraindre les principales caractéristiques morphométriques (longueur, largeur, profondeur, inclinaison, sinuosité), morphologique (éléments architecturaux, configuration) des canyons, de caractériser leur évolution amont‐aval et d’analyser leur structure interne, afin de mieux comprendre l’origine des canyons sous‐marins, leurs mécanismes de construction et leur évolution au cours du temps en relation avec le contexte géologique régional et leurs potentiels bassins versants subaérien. Pour cela, une approche basée sur une analyse morpho-bathymétrique et géophysiques a été mise en œuvre à partir de relevés bathymétriques complets des marges, de profils de sismiques, de Chirp et de SAR. / Sediment transfer from the continental shelf to the deep basin is of great interest as it partially controls the morphological and architectural evolution of continental margins. Transfer of particles on the continental slope associates with processes of erosion and deposition that control the construction of typical features such as submarine canyons. Because they strongly erode the continental slope, canyons contribute significantly to its morphological evolution through time. However, a number of studies have evidenced submarine canyons that do not connect with sub‐aerial channelized systems, questioning their processes of formation and evolution. This study aims to better understand the processes of formation and evolution of six submarine canyons identified on the western margin of the Ligurian Basin and ten canyons systems on the Calabro-Ionian margin. From morphometric and structural analyses based respectively on bathymetric, seismic‐reflexion (24‐channel profiles) data, Chirp and SAR profiles we constrained the main morphometric characteristics (length, width, depth, slope gradient, sinuosity index), morphologic (architectural elements and configuration) of canyons, their downward evolution and we analyzed their internal structure in order to better understand their origin, construction mechanisms and evolution in relation with the regional geological context and their potentials subaerial systems.

Le fonctionnement des systèmes turbiditiques est directement lié au transfert de sédiment par les fleuves du continent vers le domaine marin. Ce transfert est contrôlé par le climat et le niveau marin. Les fluctuations de ces facteurs de contrôle depuis le dernier maximum glaciaire s’enregistrent ainsi dans les systèmes turbiditiques par des périodes d’activité et d’inactivité des systèmes turbiditiques. À l’échelle du système, l’enregistrement sédimentaire est également contrôlé par la morphologie et les processus sédimentaires. Le système turbiditique du Rhône classé parmi les systèmes turbiditiques argilo-silteux, est le plus grand dépôt sédimentaire du Golfe du Lion (Méditerranée Occidentale). Principalement alimenté par les apports du Rhône, il est actuellement inactif dû à l’éloignement du canyon avec la source sédimentaire (~70 km). L’objectif du travail réalisé est d’y déterminer, à partir de 21 carottes sédimentaires, (1) l’activité turbiditique au cours des derniers 25 ka, (2) le rôle des fluctuations climatiques et eustatiques sur le fonctionnement, (3) le rôle de la morphologie sur la variabilité spatiale et temporelle des dépôts turbiditiques. Le travail se base sur (1) la réalisation d’un cadre chronostratigraphique basé sur les fluctuations du rapport isotopique de l’oxygène (δ18O), les fluctuations du rapport Ca/Fe et sur des datations radiocarbones, (2) la caractérisation des lithofaciès. Les résultats obtenus montrent que (1) le niveau marin est le principal facteur de contrôle qui détermine la position de l’embouchure du fleuve Rhône et sa connexion avec le canyon du Petit-Rhône. (2) la remontée rapide et brève du niveau marin vers 19 ka (19-ka meltwater pulse) est enregistrée par un changement des processus turbiditiques, (3) lors du maximum de bas niveau marin, entre 24 ka et 19 ka BP, la présence des hyperpycnites démontrent la connexion directe entre le fleuve et la tête de canyon ainsi que la capacité du Rhône à produire des courants hyperpycnaux, (4) la morphologie du système turbiditique exerce un contrôle sur les lithofaciès turbiditiques essentiellement par le degré de confinement des courants de turbidité. / Turbidite systems are active when they are fed by sediments transported from the shelf to the basin floor. This sediment transfer is mainly controlled by climate and sea level. Fluctuations of these control factors since the Last Glacial Maximum are recorded within turbiditic systems by periods of high deposition separated by condensed intervals. In addition, morphological control and sedimentary processes are internals factors explaining the spatial variability of the sedimentary record along the turbidite system. The Rhone turbidite system is classified among Mud-rich systems; it is the largest sediment body in the Gulf of Lions (Western Mediterranean). It results mainly from the accumulation of sediments supplied by the Rhone River. It is presently inactive because the head of the Petit Rhone canyon is situated at about 70 km from the river mouth. Through analyses of 21 sediment cores collected along this system, we characterized, (1) the turbiditic activity during the last 25 kyr, (2) the role of climatic and sea-level controls on the turbiditic activity, (3) the role of internal factors such as the morphology on the spatial variability of the turbiditic deposition. Our study is based on (1) the realization of a chronostragraphical framework based on oxygen isotope (δ18O) fluctuations, Ca/Fe ratio and 14C AMS dating, (2) the characterization of lithofacies. The results show that: (1) sea-level is the main control factor on the connection between the Rhone canyon head and Rhone River mouth. The Rhone turbidite system is definitely a “low-stand dominant system” in the terminology of Covault et al. (2010). (2) the rapid and short sea-level rise at about 19 ka (19-ka meltwater pulse) is recorded by a shift from hyperpycnal flows to lower-concentration turbidites. (3) The presence of hyperpycnites demonstrates a direct connection between the Petit-Rhone canyon head and the Rhone River mouth favoured by sea-level low-stand conditions from 24 to 19 ka. They also demonstrate the competence of the Rhone River to generate hyperpycnal flows during flood episodes. (4) the morphology of the Rhone turbidite system controls the confinement of the turbidity currents and results in various arrangements of lithofacies.