Les changements paléoenvironnementaux se produisant pendant le Sarmatien dans la Paratéthys Centrale ont été reconstitués par l’étude des foraminifères (36 espèces) et des ostracodes (28 espèces) de deux forages, combinée à une analyse géochimique de leurs squelettes calcitiques, des coquilles aragonitiques de gastéropodes et des dents phosphatiques de rongeurs.La composition de la microfaune indique que la connexion entre la Paratéthys et la Méditerranée est interrompue ou réduite à la base du Sarmatien mais qu’un bras de mer persiste entre Paratéthys Centrale et Paratéthys Orientale jusqu’à la fin du Sarmatien. Le Sarmatien inférieur est caractérisé par des eaux saumâtres peu profondes (maximum 80 m), bien ventilées, des températures stables (~ 15°C), un riche couvert végétal (algues et/ou phanérogames) et des efflorescences phytoplanctoniques périodiques. Un événement transgressif y est observé (TST de 3ème ordre; TB 2.6 du cycle global). Les changements faunistiques qui se produisent à la limite entre Sarmatien inférieur et moyen sont expliqués par un évènement de type HST accompagné de conditions dysoxiques. A la fin du Sarmatien moyen, une baisse du niveau marin relatif d’environ 50 m se produit et des eaux tempérées chaudes, plus saumâtres (17-23‰) et bien ventilées se mettent en place. Après un court épisode régressif, une connexion est rétablie entre la Paratéthys et la Méditerranée au début du Sarmatien supérieur. Des eaux chaudes (15-21° C), bien ventilées, correspondant à des lagunes marines et des marécages avec de fortes variations de la salinité (15-43 ‰) s’installent alors avant un isolement ultime de la Paratéthys qui se produit à la fin du Sarmatien. / Palaeoenvironmental changes in the Sarmatian Central Paratethys were reconstructed by studying foraminifers (36 species) and ostracods (28 species) from two boreholes coupled with geochemical analyses of their calcite skeletons and of aragonite gastropod shells and phosphate rodent teeth.The composition of the microfauna suggests that the connection between the Central Paratethys and the Mediterranean was interrupted or limited at the base of the Sarmatian, but that a seaway between the Eastern and Central Paratethys existed until the end of the Sarmatian. The early Sarmatian is characterized by brackish littoral seawater (maximum 80 m), well ventilated, stable temperatures (~ 15°C), with rich algae and/or seagrass vegetation and periodic phytoplankton blooms. A transgressive event can be observed as part of a 3rd order transgressive systems tract (TST) corresponding roughly to the TB 2.6 global cycle. The faunal changes occurring at the boundary between the lower and the middle Sarmatian can be explained by a sea-level highstand with dysoxic conditions. A relative sea-level fall with a maximum depth of about 50 m, and well ventilated, warm temperate and more brackish (17-23‰) conditions is documented at the end of the middle Sarmatian. After a short regressive event, a marine connection between the Paratethys and the Mediterranean was established at the beginning of the upper Sarmatian. Warm (15-21°C), well-ventilated, corresponding to marine shallow lagoon and marsh environments with high fluctuations in salinity (15-43 ‰) then prevailed before a final isolation of the Central Paratethys that occurred at the end of the Sarmatian.

Les oxydes d’azote atmosphériques (NOx=NO+NO2) sont des composés clefs en chimie de l’environnement, jouant un rôle central pour la capacité oxydante de l’atmosphère et le cycle de l’azote. La composition isotopique du nitrate atmosphérique (NO?3 particulaire et HNO3 gazeux), constituant leur puits ultime, renseigne sur leur bilan chimique. Le rapport 15N/14N donne une indication de leurs sources, alors que l’anomalie isotopique en oxygène (?17O=d17O-0.52×d18O) révèle la nature de leurs mécanismes d’oxydation. Des études couplées de d15N et ?17O d’échantillons de nitrate atmosphérique collectés dans l’Arctique, en Antarctique et dans l’atmosphère marine au dessus de l’Océan Atlantique, où le bilan des NOx est souvent mal connu ont été effectuées. À ces fins, le défi que constitue la mesure simultanée des trois rapports isotopiques du nitrate (17O/16O, 18O/16O et 15N/14N) dans le même échantillon représentant moins d’une micromole a été relevé. La solution adoptée tire avantage des propriétés d’une bactérie dénitrifiante, utilisée pour convertir le nitrate en N2O, dont la composition isotopique totale a été mesurée en utilisant un système automatisé de chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse de rapport isotopique. Les principaux résultats obtenus via les isotopes de l’oxygène permettent l’identification claire de transitions saisonnières entre voies d’oxydation des NOx, y compris le rôle majeur des composés halogénés réactifs au printemps polaire en régions côtières. Les isotopes de l’azote ont quant à eux permis d’apporter de nouvelles contraintes sur le cycle de l’azote dans les régions polaires, grâce au fractionnement significatif induit par les phénomènes de remobilisation post-dépôt affectant le nitrate dans le manteau neigeux, et l’émission de NOx qui en découle / Atmospheric nitrogen oxides (NOx=NO+NO2) are central to the chemistry of the environment, as they play a pivotal role in the cycling of reactive nitrogen and the oxidative capacity of the atmosphere. The stable isotopes of atmospheric nitrate (in the form of particulate NO?3 or gaseous HNO3), their main ultimate sinks, provide insights in chemical budget of NOx : its nitrogen isotopes are almost conservative tracers of their sources, whereas NOx sinks are revealed by its triple oxygen isotopic composition. The long-awaited challenge of measuring all three stable isotope ratios of nitrate (17O/16O, 18O/16O and 15N/14N) in a single sample at sub-micromolar levels has been resolved. The newly developed method makes use of denitrifying bacteria to quantitatively convert nitrate to a stable species (N2O), whose isotope ratios are measured using an automated gas chromatography/isotope ratio mass spectrometry analytical system. Dual measurements of d15N and the isotope anomaly (?17O=d17O-0.52×d18O) of atmospheric nitrate samples collected in the Arctic, the Antarctic and in the marine boundary layer of the Atlantic Ocean, have been used to derive the chemical budget of NOx and atmospheric nitrate in these remote regions. Main results from oxygen isotope measurements pertain to the identification of seasonal and latitudinal shifts in NOx oxidative pathways in these environments (including the role of halogen oxides chemistry in polar regions during springtime), as a function of particle sizes. Nitrogen isotopes are found to provide strong constraints on the budget of reactive nitrogen in polar regions, due to the strong fractionation associated with snowpack photochemical loss of nitrate and its conversion to NOx

Les sédiments déposés dans les fjords norvégiens contiennent des informations précieuses sur la dynamiquepassée de la circulation de surface en mer de Norvège (Courant Nord Atlantique –NAC- et Courant Côtier deNorvège –NCC-), ainsi que sur le climat régional du continent bordier et du domaine océanique adjacent. Letransport méridien par le NAC d’eaux chaudes et salées participe efficacement au fonctionnement de la bouclethermohaline globale. Le NCC, alimenté par les apports continentaux depuis la mer Baltique, contrôlel’hydrologie des fjords norvégiens. L’objectif de la présente étude est de tester l’utilisation, dans le fjord deTrondheim, des isotopes stables benthiques et des assemblages de dinokystes en tant que traceur de lavariabilité hydrologique et climatique locale et régionale. Ce travail repose sur une série exceptionnelle desédiments de surface et de carottes d’interface, recouvrant de façon équilibrée l’ensemble des sous-systèmesdu fjord. Les changements climatiques et océanographiques modernes et récents (derniers 35 à 50 ans) décritspar nos traceurs sont comparés à plusieurs séries temporelles instrumentées de paramètres hydrologiques etclimatiques clés, afin de déterminer les différents mécanismes à l’origine de la signature spatiale et temporelledes proxies. Nos résultats montrent que les isotopes stables benthiques et les assemblages de dinokystestraduisent efficacement les variations hydrologiques et climatiques locales et régionales, le gradient spatial desalinité, l’efficacité du mélange vertical, la température des eaux atlantiques entrantes, et le budget de lasédimentation de matière organique (quantité et origine) expliquant de façon importante les variabilitésspatiales et temporelles de nos traceurs. La dynamique atmosphérique liée à l’Oscillation Nord Atlantiqueexplique l’essentiel des changements récents de la circulation interne du fjord et de la nature de lasédimentation (marine vs. continentale). / Sedimentary archives in Norwegian fjords contain valuable highly resolved information on the past dynamics ofmajor surface circulation features of the Norwegian Sea (North Atlantic Current and Norwegian CoastalCurrent), as well as on the regional climate of the Norwegian continental and surrounding oceanic realms. TheNAC transports significant amounts of warm and saline water poleward and constitutes an essentialcomponent of the global thermohaline circulation. The NCC is supplied by Norwegian rivers and fjords and itslateral and vertical distribution fundamentally controls the hydrology of Norwegian fjords. In the present studywe examine the use of benthic stable isotopes and dinocyst assemblages in the Trondheimsfjord, centralNorway, as proxies of the local and regional hydrological and climate changes. This study is essentially based onan exceptional set of surface sediment samples and multi-cores which are evenly distributed within the variousfjord subsystems. Modern and recent (last 35 to 50 years) oceanographic and climatic changes inferred fromour proxies are discussed in view of time-series of key hydrological and climatic parameters in order todetermine the various mechanisms driving the spatial and temporal variabilities of the proxies. Our resultsshow that benthic stable isotopes and dinocyst assemblages reliably record the local and regional hydrologicalvariations in the Trondheimsfjord and associated climate changes linked to key characteristics and processessuch as salinity gradients, water column mixing, temperatures of the incoming Atlantic water. Changes inatmospheric processes alike the North Atlantic Oscillation explain most of the recorded recent changes in thefjord internal circulation and nature of sedimentation (marine vs. continental).

Les zones côtières du monde entier sont sous fort pression de contamination anthropique comme conséquence de la concentration de la plupart de la population mondiale et des activités économiques le long des côtes et des estuaires. La menace de contaminant sur les écosystèmes rend primordial le développement d'outils capable de détecter les modifications biogéochimiques en vue d'aider dans la prévention, la gestion, et la prédiction de risques dans les études environnementales. Dans ce but, cette thèse étudie la biogéochimie des isotopes du Zinc (Zn) en vue de développer un outil capable de tracer les sources naturelles et anthropiques, d'identifier les processus biogéochimiques et de permettre à la biosurveillance de la contamination par les métaux dans les zones côtières et les mangroves. A cette fin, les compositions isotopiques du Zn ont été déterminées à plusieurs échantillons naturels prélevés dans la baie de Sepetiba (au sud-est du Brésil), un estuaire lagunaire affecté par une côte industrialisée située près de Rio de Janeiro. Cette baie constitue un laboratoire naturel idéal pour valider le système isotopique du Zn. En effet, cette zone héberge des écosystèmes d'intérêt commercial et écologique -estuaire, mangrove, estran- menacés par la contamination d'une ancienne activité de galvanoplastie, et d'autres sources diffuses. Les échantillons collectés comprennent des carottes de sédiments, des sédiments de la superficie des mangroves, des matériaux particulaires en suspension (SPM), des feuilles provenant d'arbres de mangrove, des tissus de mollusques bivalves (huîtres et moules) et des roches. Minéraux de dépôt de Vazante (Brésil) ont été collecté pour representé matière première utilisée par l'industrie de la galvanoplastie. Tout d'abord, un travail initial de laboratoire a établi une méthode exacte et précise pour les déterminations isotopiques Zn en échantillons naturelles par spectrométrie de masse avec plasma couplé par induction et multicollecteur (MC-ICP-MS). Des analyses spatiales et temporelles des compositions isotopiques du Zn des échantillons de sédiments et de roches s'ajustent bien à un modèle de mélange entre trois principales extrémités : i) les matériaux continentaux charriés par les rivières ; ii) les sources marines ; et iii) une source anthropique majeure associée aux anciens déchets de galvanoplastie jetés dans la baie. Les carottes de sédiment collectées dans la vasière ont montré une haute corrélation entre la composition isotopique du Zn et le facteur d'enrichissement du Zn. Ceci suggère : i) une bonne préservation du registre isotopique des sources naturelle et anthropique, ii) l'absence de fractionnement isotopique significatif durant le transport de sédiments ou durant les réactions diagénétiques pos-dépositions dans le système estuarien. / Coastal areas worldwide are under strong pressure from anthropogenic contamination, as most of the global population and of economic activities are concentrated along the coasts and estuaries. The threaten of contaminant releasing into these ecosystems makes imperative the development of tools capable of detecting biogeochemical changes in order to help prevention, monitoring and prediction of risks in environmental studies. In this way, this thesis investigates the isotope biogeochemistry of Zinc (Zn) in order to develop a tool capable of tracing natural and anthropogenic sources, identifying biogeochemical processes and enabling the biomonitoring of metal contamination in coastal areas and mangroves. To this end, Zn isotopes compositions were determined in several natural samples collected from Sepetiba bay (southeastern Brazil), an estuarine-lagoon impacted by an industrialized coastal area near Rio de Janeiro. This bay constitutes an ideal natural laboratory for evaluating the Zn isotopic system to environmental issues, since it hosts important ecosystems of commercial and ecological interest - estuaries, mangroves and tidal flats - threaten by the metal contamination resultant of old electroplating activity and other anthropogenic diffuse sources. The collected samples include sediment cores, surface mangrove sediments, suspended particulate matter (SPM), leaves of mangrove's trees, tissues of bivalve mollusks (oysters and mussels) and rocks. Ores from Vazante deposit, Brazil were collected to represent the raw material used in the old electroplating industry. Firstly, an initial laboratory work established a method for accurate and precise determinations of Zn isotope compositions in natural samples by multi-collector inductively coupled plasma-mass spectrometry (MC-ICP-MS). Spatial and temporal analysis of Zn isotope compositions of sediment and rock samples fits well in a model of mixing between three main end-members: i) continental materials brought via rivers; ii) marine sources; and iii) a major anthropogenic source associated to the old electroplating wastes released into the bay. Sediment cores collected in the mud flat showed high correlation between Zn isotope compositions and Zn enrichment factors, suggesting (i) good preservation of isotopic records of natural and anthropogenic sources and (ii) no significant isotopic fractionation during sediment transport or as a result of diagenetic reactions post-deposition in the estuarine system. The sediment core sampled from a mangrove located in the zone impacted by the old electroplating activity presented levels of Zn up to 4% (dry weight) and preserved the isotopic signatures of electroplating wastes. However, there is evidence that biogeochemical processes triggered by hydrodynamics, bioturbation or rhizosphere processes slightly changed the isotopic signatures in some layers. Calculations based in this mixing model quantified contributions of the major anthropogenic source of Zn, ranging from negligible values in the pre-industrial period to nearly 80% during periods of electroplating activities between the 60's and 90's.

L’objectif de la thèse vise à déterminer les facteurs et processus qui contrôlent l’origine et la qualité des eaux souterraines alluviales et ainsi à mieux comprendre le fonctionnement et la vulnérabilité des aquifères alluviaux qui occupent une place prééminente dans le paysage hydrogéologique mondial tant pour leur rôle économique - production d'eau potable, développement agricole - que pour leur rôle écologique. Des mesures hydrodynamiques, hydrochimiques (ions majeurs, traces, molécules phytosanitaires et pharmaceutiques) combinées à des déterminations isotopiques (oxygène-18, deuterium, carbone-13) ont ainsi été effectuées sur 19 points incluant puits, piézomètres et eaux de surface, de février 2011 à novembre 2012, afin d’évaluer l’origine et la qualité de l’eau souterraine dans l’aquifère alluvial de la rivière Allier, un des principaux tributaires de la Loire. La zone d’étude, située près de la ville de Clermont-Ferrand (France), joue par ailleurs un rôle socio-économique majeur, la nappe alluviale de l’Allier constituant la principale ressource en eau potable pour une population d’environ 100 000 habitants. D’un point de vue hydrodynamique, l'eau souterraine circule généralement du sud au nord, avec une alimentation naturelle à partir des coteaux adjacents, dans la partie non-pompée de l'aquifère. Dans la zone de pompage, cette circulation naturelle est modifiée par le pompage qui fait pénétrer l’eau de la rivière Allier dans l’aquifère. La recharge de l’aquifère dépend alors de quatre pôles de mélange : pluie, rivière Allier, coteaux adjacents et partie sud, non-pompée, de l’aquifère. Les résultats chimiques et isotopiques obtenus permettent de cartographier la contribution de chaque pôle de mélange. [...] Ces résultats mettent en évidence la vulnérabilité de l’aquifère face aux pollutions. Les parties méridionale et orientale du site sont affectées par des arrivées d’eaux de qualité médiocre démontrant l’importance de la définition d’un périmètre de protection adaptée. Près de l’Allier, une attention particulière doit être portée non seulement aux pollutions ponctuelles qui peuvent se produire sur le cours de la rivière, mais également aux pollutions chroniques liées notamment aux rejets des stations d’épuration pourvoyeurs de polluants tels les molécules pharmaceutiques. Toutes les informations acquises devront être incluses dans les stratégies de gestion d'eau souterraine afin protéger la durabilité de cette ressource de valeur. Les résultats s’appuient sur les investigations menées sur la nappe alluviale de l’Allier, néanmoins la méthodologie utilisée et sa transposition à des systèmes analogues est l’une des perspectives majeures de cette étude. / Hydrodynamic, hydrochemical (major ions, traces, pharmaceuticals and pesticides), and isotopic investigations (oxygen-18 and deuterium) were carried out on 19 points, including boreholes, piezometer, surface water, and springs from February 2011 to November 2012, to assess groundwater quality in the unconfined shallow alluvial aquifer of the Allier River (one of the main tributary of the Loire River). The study area, located near the city of Clermont-Ferrand (France), plays an important socio-economic role as the alluvial aquifer is the major source of drinking water for about 100 000 inhabitants. The objective of the project aims at understanding the functioning and the vulnerability of alluvial aquifers that occupy a pre-eminent position in the hydrogeologic landscape both for their economic role - production of drinking water and agricultural development - and for their ecological role. Moreover, this study also targets at determining the factors and processes controlling shallow groundwater quality and origin. The water circulates from the south, with a natural alimentation from the hills in the non-pumped part of the alluvial aquifer. In the pumping zone, this general behaviour is altered by the pumping that makes the water from the Allier River enter the system in a large proportion. Four end-members have been identified for the recharge of the alluvial groundwater: rainfall, Allier River, surrounding hills’ aquifer and the southern non-pumped part of the alluvial system. Results indicate that, despite the global Ca-HCO3 water type of the groundwater, spatial variations of physico-chemical parameters do exist in the study area. Ionic concentrations increase from the Allier River towards east due either to the increase in the residence time or a mixing with groundwater coming from the aquifer’s borders. Stable isotopes of the water molecule show the same results: boreholes close to the river bank are recharged by the Allier River (depleted values), while boreholes far from the river exhibit isotopic contents close to the values of hills’ spring or to the southern part of the alluvial aquifer, both recharged by local precipitation. One borehole (B65) does not follow this scheme of functioning and presents values attesting of a probable sealing of the Allier River banks. Based on these results, the contribution of each end-member has been calculated and the functioning of the alluvial system determined. According to this general scheme of functioning, origins of pollution (agricultural, urban) have been determined and clues to the protection of such hydrosystems defined.

Dans l'optique de faire de la coquille Saint-Jacques, Pecten maximus, un outil de reconstruction environnementale, une approche liant la biologie, l'écologie et la biogéochimie a été développée. Dans un premier temps, l'étude des anomalies de croissance coquillière de la coquille Saint Jacques nous a permis de révéler des dysfonctionnements de la production primaire. En effet, ces anomalies sont associées à des efflorescences de diatomées carencées en certains éléments nutritifs (acide orthosilicique et/ou phosphates), et dont les propriétés qualitatives sont modifiées (agrégation). La mesure du δ15N et du δ13C dans les tissus de P. maximus et l'application des facteurs de fractionnement moyens admis dans la littérature, montrent que le phytoplancton n'est pas une ressource trophique majoritaire. Deux hypothèses principales découlent de cette observation 1) le phytoplancton constitue une source minoritaire de nourriture 2) les facteurs de fractionnement utilisés ne sont pas valables. D'autre part, les variations saisonnières du δ15N et δ13C ont pu être mises en relation avec les différentes priorités d'allocation d'énergie de cet organisme. Ce résultat ouvre des perspectives quant à l'utilisation de ces rapports isotopiques en tant qu'outils écophysiologiques. Les variations de δ18Ocalcite permettent de tracer l'évolution saisonnière de la température à ± 0,7°C. Le δ13C de la calcite décroît au cours de l'année et au cours de la vie des individus, il semble être contrôlé par des processus biologiques. Le δ13C pourrait devenir un outil d'étude du métabolisme des coquilles Saint-Jacques. Enfin, le développement méthodologique du système LA-ICP-MS permet l'obtention de profils d'éléments traces à une échelle journalière (Mg/Ca, Mn/Ca, Ba/Ca, Sr/Ca et Pb/Ca). Ces rapports semblent cependant être influencés par plusieurs facteurs environnementaux et/ou métaboliques. Des études supplémentaires sont nécessaires pour calibrer ces proxy élémentaires.

Dans les écosystèmes tropicaux de plantation à croissance rapide, la matière organique du sol (MOS) joue un rôle essentiel pour le maintien de la fertilité et la durabilité de la production. L'objectif principal de cette étude était de comprendre et de modéliser la dynamique de décomposition de la MOS sous plantation industrielle d'Eucalyptus, en relation avec les facteurs du milieu et les pratiques sylvicoles. L'utilisation couplée de traceurs isotopiques (13C en abondance naturelle dans une transition savane/eucalyptus et 15N en enrichissement) et de fractionnement granulométrique a permis de suivre le devenir d'intrants minéraux sous forme d'engrais marqué et organiques sous forme de chute de litière et de résidus d'exploitation. Des expériences de décomposition de litière enrichie en 15N, mises au point sur des hêtraies en milieu tempéré et reproduites au Congo, ont servi à l'élaboration et la calibration d'un modèle d'évolution continue du carbone et de l'azote dans la MOS.

Une technique de « spikage », ou dilution d'isotopes stables multi-élémentaire, a été développée afin de quantifier et caractériser simultanément les compartiments échangeables de Cd, Zn, Cu, Ni et Pb dans des sols contaminés. Cette technique a été ici validée par comparaison avec les résultats de spikage d'isotopes radioactifs de Cd, ainsi que ceux d'extractions chimiques. Par ailleurs, une étude intégrée des signatures isotopiques du Zn (δ66Zn) dans plusieurs compartiments d'écosystèmes contaminés (sites métallurgiques de Viviez-Decazeville, S.-O. France et de Kempen, N.-E. Belgique) permet de proposer un schéma cohérent des différents fractionnements isotopiques de Zn liés à son traitement métallurgique. L'existence de différents δ66Zn pour le zinc « enrichi » et « résiduel » s'avère donc un outil puissant de localisation de sources de contamination métallurgique. Ces résultats démontrent l'efficacité des isotopes stables comme traceurs de processus et de source de contamination.

Le Platreef est une formation noritique contenant des minéralisations en Éléments du Groupe du Platine. Elle se situe en bordure de la partie septentrionale du complexe du Bushveld. Afin de définir les spécificités de cette unité marginale, nous avons tout d'abord étudié des échantillons pouvant servir de point de comparaison : ils proviennent d'une zone centrale de l'intrusion, le forage de Bellevue. Les données en isotopie de l'oxygène indiquent des valeurs de δ18O proches de 6,5 à 7 ‰ et homogènes à travers la pile magmatique. Ces valeurs, plus lourdes de 1 à 1,5 ‰ que celles des autres produits issus du manteau du Kaapvaal, sont l'indice d'une contamination crustale à l'échelle de tout le complexe. L'isotopie de l'hydrogène et les teneurs en eau témoignent de cumulats peu ou pas altérés. <br /><br />Sur la base de critères pétrographiques et géochimiques, le Platreef apparaît beaucoup plus affecté par des phénomènes d'assimilation et de circulations de fluides. Il a été échantillonné sur 4 sites, en contact avec différentes roches encaissantes : granites Archéens, dolomies, quartzites et cornéennes. Les xénolithes calco-silicatés sont omniprésents dans ces portions du Platreef. Une contamination par des liquides de fusion partielle du granite est également mise en évidence. Les cumulats les plus affectés par l'altération se trouvent au contact des granites, qui constituent l'encaissant le plus fracturé. <br /><br />À l'échelle du complexe, le rapport fluide/roche des interactions est très faible : les circulations ont été confinées à des chenaux préférentiels. Les caractéristiques isotopiques et géochimiques des fluides ne correspondent pas à celles des eaux météoritiques. Ils étaient probablement originaires des formations sédimentaires proches et ont été expulsés lors de la perturbation thermique due à la mise en place des magmas du Bushveld. Ils contenaient du chlore et du CO2 leur permettant de jouer un rôle dans la distribution des PGE.

Ce travail est basé sur l'étude d'un continuum eau de pluie – eau de surface – eau minérale, en utilisant différents outils chimiques et géochimiques. La zone d'étude se situe en bordure Est du Massif Central Français. Elle comprend des entités géographiques et géologiques variées (complexe granito-gneissique et cristallophyllien – Monts du Forez et du Lyonnais d'âge hercynien, graben Oligocène du Forez à venues volcaniques miocènes).<br />La première partie repose sur l'étude en isotopes stables (18O, 2H) des précipitations locales (3 points de mesures ; prélèvements journaliers sur 1 à 3 ans), dont les contenus en tritium permettent de déterminer le bruit de fond atmosphérique actuel. Les mesures 18O, 2H ont permis de construire une droite locale des eaux météoriques et de quantifier les gradients d'appauvrissement des rapports isotopiques en fonction de l'altitude. Ceci permet aussi de déterminer les temps de transit de l'eau dans les aquifères superficiels et de détecter la présence d'eaux récentes dans des eaux plus minéralisées. De plus, une évaluation des quantités d'eau réellement disponibles à l'infiltration (et de leur signature isotopique) a été entreprise en se basant sur différentes méthodes de calcul de l'évapotranspiration.<br />La seconde partie consiste en l'étude de rivières et d'aquifères peu profonds, majoritairement situés en zone d'arène granitique et connaissant des variations de débit marquées. La détermination des contenus en éléments majeurs cations et anions donne des gammes de Solides Totaux Dissous variant de 30 à 500 mg/l pour les sources, de pH acide à neutre et de faciès Na-Ca-Cl-HCO3. Les calculs d'indice de saturation, incluant les phases minérales des sols locaux, montrent une interaction limitée avec les produits d'altération d'une matrice rocheuse granitique. Les rapports isotopiques en carbone 13 indiquent une forte proportion de matière organique dissoute. La détermination des d18O et dD permet d'envisager une recharge préférentielle en hiver ainsi que des gradients d'altitude proches de ceux enregistrés par les pluies. L'utilisation de modèles de transit souterrain de type « dispersion » permet d'estimer des temps de transit moyens de 10 à 15 mois en oxygène et 8 à 13 mois en hydrogène.<br />Enfin, 7 sources minérales, en contexte granitique faillé ou sédimentaire, ont également fait l'objet de prélèvements réguliers. Six d'entre elles sont carbogazeuses, deux ont un caractère thermal. Trois faciès chimiques, marquant une augmentation de la minéralisation, sont représentés : Ca-Mg-HCO3, Na-HCO3-Cl et Na-HCO3. Les indices de saturation indiquent une nouvelle fois une nette interaction avec le socle. Or, les précipitations/dissolutions d'espèces minérales modifient les concentrations en cations. Dès lors, les estimations de température profonde des réservoirs (géothermomètres à cations) donnent une gamme de variation de 150 à 240°C. Les rapports isotopiques en oxygène et hydrogène sont beaucoup plus stables que ceux des eaux de surface, les eaux Na-HCO3 ayant des deltas appauvris par rapport à leurs altitudes d'émergence. La détermination des altitudes des aires de recharge, en utilisant les gradients déterminés sur les pluies, donne des altitudes compatibles avec celles des reliefs locaux. Les signatures en carbone 13 sont influencées par la signature du CO2 profond pour les sources carbogazeuses. Une source thermale (faciès Na-Cl-HCO3) a des valeurs très différentes. Certaines sources du faciès Ca-Mg-HCO3, par leur contenu en tritium, attestent de mélanges avec des eaux de surface, de faible importance cependant (13C, 14C). Pour l'ensemble des sources minérales, les durées maximales de temps de transit obtenues par le carbone 14 sont de l'ordre de 20000 à 25000 ans, alors que cette durée est de 8000 ans pour la source thermale précédemment mentionnée.