Ces dernières décennies, les plantations à croissance rapide sont apparues comme un moyen de répondre à la demande croissante en produits forestiers ligneux et comme une alternative à l'exploitation des forêts naturelles en zone tropicale. Un enjeu majeur est aujourd'hui de garantir la durabilité de ces plantations souvent installées sur sols pauvres et avec de fortes exportations de biomasse tous les 6-7 ans. Les litières présentes à la surface des sols peuvent jouer un rôle crucial sur la fertilité minérale et organique des sols qui conditionnent la productivité à court et long terme de ces écosystèmes tropicaux. L'objectif de ce travail était de comprendre par quels mécanismes le retrait ou l'ajout de litières influencent le développement de plantations d'Eucalyptus. En parallèle de mesures de croissance des arbres, la dynamique de minéralisation d'azote (N) au cours de la décomposition des rémanents a fait l'objet de plusieurs expérimentations. Les flux de nutriments en solution ont été comparés aux stocks initiaux dans les différents compartiments de l'écosystème et à la minéralomasse des arbres à la fin de l'étude. Un bilan de recouvrement de 15N apporté sous forme de rémanents lors de la plantation a été réalisé à l'échelle de la plantation. L'impact de la manipulation des litières sur les stocks de MO du sol a été évalué à partir d'analyses de sol ainsi que d'un partitionnement complet des sources de CO2 émis à la surface du sol. Les résultats de cette thèse montrent que la rétention des rémanents doit être optimisée et l'exportation de biomasse ligneuse compensée par l'apport de fertilisants, la pratique du brûlage doit être prohibée et les feux sauvages évités / In the last decades, fast-growing plantations have emerged as an important option to supply a growing share of the increasing demand for woody forest products and as an alternative to reduce the pressure on tropical rainforests. A major stake is nowadays to ensure the sustainability of these plantations often established on poor soils with large amounts of biomass exported every 6-7 years. Aboveground litters may play a crucial role on the mineral and the organic soil fertility which drive short- and long-term productivity in these tropical ecosystems. The main objective of our study was to identify the mechanisms involved in the Eucalyptus growth response to aboveground litter removal or addition over the two first years after planting. Apart from measurements of tree growth, the dynamic of nitrogen (N) mineralization in decomposing harvest residues has been studied in several experiments. Nutrient fluxes in soil solutions were compared to nutrient stocks initially contained in ecosystem compartments and to nutrient content within trees at age two years. A complete recovery budget of 15N brought within residues at the harvest was made at the stand scale. The long-term impact of aboveground litter manipulations on soil OM stocks was also assessed. Standard soil analyses (C&N) as well as a complete partitioning of soil CO2 efflux were carried out. The qualitative and quantitative dynamics of dissolved OM received special attention. The results show that the rapid release of potassium and the more progressive release of N contained in aboveground litter largely explain tree growth differences observed among OM management treatments. Eucalyptus tree considerably benefit from the nutrient released throughout litter decomposition since losses by deep drainage were very low as a consequence of soil depth and of the very fast development of roots both in the deep soil layers and in the organic layer. Our study also highlighted the large contribution of the topsoil OM (0-15 cm) for the production of nitrate and dissolved OM in gravitational soil solutions. The use of 15N labelling demonstrated that N is initially retained within the organic layer probably by microbial immobilization; transferred in simultaneous and balanced ways between organic residues components (leaves, barks and branches); and finally transported in particulate OM toward the mineral topsoil layer by gravitational water, supplying thus the soil OM pool on which the soil fertility relies. The retention of aboveground litter contributed to maintain soil OM stocks after the clear-cutting while its removal led to an initial decrease in soil OM stocks at the beginning of the rotation, which seemed to be balanced thereafter by litterfall inputs. The addition of litter led to an increase in dissolved OM fluxes in the first 15 centimeters of the soil profile which remained insignificant in comparison with soil OM stocks and exhibited low interactions with soil OM. Despite the rapid recovery of the soil OM pool, some nutrients might limit the productivity of these plantations after several rotations, as a result of repeated biomass exportation. Consequently, the retention of organic residues at the harvest should be optimized and the exportation of woody biomass must be compensated by fertiliser addition, burning of organic residues must be prohibited and wild fires prevented

L'objectif principal de ce travail, a été d'étudier les phénomènes qui influencent la variation de la composition de gaz (CH4- CO2- H2S) pendant l'exploitation industrielle, dans le play Florida-Minero du Bloc Pirineo du Basin de Sabinas au Mexique. Entre le Jurassique et le Crétacé, le Basin de Sabinas dans le Nord-est au Mexique, a été un important réservoir de sédiments, formés principalement par des roches siliciclastiques carbonatées, riches en matière organique d'origine marine et continentale (prédominant). Ce bassin est actuellement un important producteur de gaz méthane dans la région, et les roches mères plus importantes, ils sont très matures, produit d'un enfouissement profond, jusqu'aux 8 km. Variations de flux de chaleur importants pendant l'enfouissement, est la raison principale ont été ce pourquoi le bassin produit seulement du gaz sec. Les effets diagénétique, influencent le fonctionnement du système pétrolier, et sont attribués en grande partie à l’up-lift de l'Orogénie Laramide (49 - 24 Ma). Ces effets en relation avec la circulation de fluides sont des produits de réactions de type TSR, lesquels est étudiés en détail dans ce travail. Afin de comprendre mieux, l'évolution géochimique de la formation, la migration et stocké du gaz, et d'évaluer l'histoire diagenética spécifiquement du bloc Pirineo, ce travail est développé, en utilisant de model géochimique (1D, 2D), et géométrique 3D. Pour calibrer les modèles en température et pression, ils ont été utilisés dans conjoint des données géochimiques et géophysiques. Les techniques pour effectuer cette recherche, ont été les micrographies ; optique, électronique de baillage et rayons X, ainsi come le Rock-Eval 6, dC13 gaz, dC13 y dO18 sur les roches. Les résultats de ces analyses, avec la thermométrie et l'spectrométrie Raman, appliqué à des inclusions fluides, ont permis de définir mieux les étapes de migration d'hydrocarbures et la chronologie de la charge des réservoirs. Les modèles géochimiques ont été calibrés en utilisant dans une première étape, le %Ro et le Bottom Hole Temperature (BHT), et dans une seconde étape la pression/température des inclusions fluides, qui représentent les conditions thermodynamiques des fluides au moment de la migration. Ainsi en fonction des résultats obtenus, nous pouvons définir deux hypothèses; - La première sur le cracking primaire du kerógeno sans migration de pétrole avant l'uplift, et - La deuxième, sur le cracking secondaire avec migration de gaz pendant et après l'uplift, ceci pour la roche mère plus importante (La Casita). Ce phénomène d’up-lift, à provoque une érosion calculée, entre 1.2 et 2.2 Km à cette époque, le système des failles, il resté en fonctionnant comme route de migration d'huile, et ceux-ci ont été stockés dans les réservoirs supérieurs, qui par des effets de l'érosion ont disparu. L'utilisation d'un modèle géochimique en 2D, a été déterminante pour impliquer dans la vitesse de sédimentation et ainsi connaître théoriquement le TOC initiale préservé. L'application de une cinétique mixte, pour produire CH4 et CO2, a été possible en appliquant deux cinétiques qui coïncident avec le comportement de la matière organique dans le bassin (TIII, Pepper et Corvi, 1995 ; CO2, IES 1993). Ceci a permis, pouvoir estimer le potentiel pétrolier initial des roches mères et l'évolution du système pétrolier, en particulier pour l'histoire formation et accumulation de l'huile. Après le Crétacé Moyen, l'huile stocke dans la Formation La Casita, a commencé sa transformation en gaz. La fracturation produit dans l’up-lift, il a permis un dégazage de CO2 d'origine magmatique, et ce dans l'ensemble avec la CH4 accumulé, à migre avec une circulation d'eau. Les réservoirs actuels de gaz, sont dans des pièges anticlinaux, en production actuellement. Il convient d'indiquer, que l'existence d'huile dans des inclusions fluides, dans affleurements minéraux de fluorine, dans les alentours à les Failles La Babia et San Marcos, est interprété en accord avec les résultats du modèle, comme huile migrée pendant l’up-lift, pour le cracking primaire d'une autre roche mère, comme la Formation La Peña. L'interprétation de sections séismiques 2D, on utilise dans la construction de modèles géochimiques 1D - 2D et géométrique 3D. Les résultats de ces modèles sont confirmés et sont comparés, avec les données de production. Ces ressources ont permis d'établir une histoire cohérente de la diagénesis pour le Bloc Pirineo. En accord avec les modèles, ils existent réservoirs de gaz non reportés dans anciens études, cette affirmation est soutenus, par les études pétrographiques et géochimiques de 27 échantillons de carottes, pour 4 puits exploratoires, ainsi que 162 échantillons de cuttings de 15 puits. Ce travail montre la combinaison des ressources pétrographiques, géochimiques et géophysiques, pour effectuer la construction d'un modèle intégral de bassin (1D-2D et 3D), en permettant de proposer une reconstruction régionale du système pétrolier. Dans cette étude on observe l'existence de phénomènes de sulfate réduction, qui provoque la transformation des roches réservoirs dans couvertures et vice versa, ainsi que la production de CO2 et H2S, en fonction des interactions eau-roche. / History the origin, evolution, migration and stock of hydrocarbons in the Sabinas Basin, (NE Mexico): Implication in the integration to petrography, geochemical and geophysics studies in the numeric models 1D, 2D and 3D. The main objective of this work was to study phenomena that influence the time variation of the composition of gases (CH4-CO2-H2S) during the industrial operation of the gas in the Florida-Minero field of the Pirineo Block, in Sabinas basin in the northeast of Mexico. Among the Latter Jurassic and Latter Cretaceous, the Sabinas basin in the northeastern of Mexico, was an important deposit of sediments formed by mainly mixed siliciclastic and carbonate sediments, rich in organic matter of marine and continental origin (predominant). This basin is now a major producer of methane gas in the region and the most important source rocks show the high maturity on the product of a deep burial reaching up to 8 km. Variations of major heat flow during the burial process were the main reason for why just basin produces only dry gas. The diagenetic effects influence in the operation of oil system and are attributed largely to the up-lift of the Laramide Orogeny (49 - 24 ma). These effects in relation to the circulation of fluids are reaction products of TSR, which are studied in detail in this work. To understand better the geochemical evolution of the formation, migration and storage of gas, and to assess the diagenetic history specifically of the Pirineo block, this work was developed using a geochemical modeling (petroleum system 1D, 2D) and geometric 3D. To calibrate the temperature and pressure were used in geochemical and geophysical data set. The geochemical techniques and observation for this investigation were the microscopes; SEM, DRX, and other techniques; Rock-Eval 6, dC13 gas, dC13 and dO18 on rocks. The results of these tests in conjunction with the observations and estimates of thermometry and Raman spectroscopy, applied to fluid inclusions, allowed defining better the stages of hydrocarbon migration and the chronology of the load of the reservoir rocks. The geochemical models were calibrated using as a first step, the% Ro and the BHT, and a second stage the pressure / temperature of the fluid inclusions, which represents the thermodynamic conditions of the fluids at the time of the migration. So based on the obtained results, we can define two hypotheses; - One on the primary cracking of the kerogen without petroleum migration before the uplift, and - A secondary cracking with gas migration during and after the uplift, this for the most important source rock La Casita. This phenomenon of up-lift bring a calculated erosion, between 1.2 and 2.2 km. To this time, the system of faults remained working like route of oil migration, and these were stored in the upper reservoir, which subsequently effects of erosion disappeared. The use of a geochemical model in 2D, was crucial to infer the sedimentation velocity, and thus to know theoretically initially the TOC preserved. The application of mixed kinetics to produce CH4 and CO2, it was possible to apply two kinetic that match with the behavior of organic matter in the basin (TIII, Pepper and Corvi, 1995; CO2, IES, 1993). This allowed estimating the initial petroleum potential of source rocks and petroleum system evolution, particularly the history of formation and accumulation of the oil and gas. After the Middle Cretaceous, the oil trapped in La Casita formation began its transformation into a gas. Fracturing of the up-lift product allowed a migration of CO2 of magmatic origin and this altogether with the accumulated CH4 migrated with a water circulation. The reservoirs rocks of these gases are found in anticline traps, currently exploited. It should be noted that the existence of oil in fluid inclusions in mineral outcrops of fluorite in the neighborhoods to the La Babia and San Marcos faults, is interpreted according to the model results as oil migrated in primary cracking of other bedrock is La Peña Formation, during the up-lift. The interpretation of 2D seismic sections was used in geochemical models and geometric 3D. The results of these models are confirmed and compared with production data. These resources allowed establishing a coherent history of diagenesis for the Pirineo block. According to the models, there are no reported gas reservoirs in the reports; this affirmation is supported by petrographic and geochemical studies of 27 samples for 4 exploratory wells, as well as 162 samples of cuttings from 15 wells. This research shows the combination of the petrographic, geochemical and geophysical resources, for the construction of a comprehensive model (1D-2D and 3D), allowing to propose a regional reconstruction of the petroleum system. In this study we observed the existence of sulfate phenomena reduction, causing the transformation of the rocks-store in stamps and vice versa, as well as the production of CO2 and H2S, based on water-rock interactions. / El objetivo principal de este trabajo, fue el estudiar los fenómenos que influyen, sobre la variación con el tiempo de la composición de gases (CH4-CO2-H2S), durante la explotación industrial del gas, en el campo Florida-Minero, del Bloque Pirineo de la Cuenca de Sabinas en México. Entre el Jurasico Tardío y el Cretácico, la Cuenca de Sabinas en el Noreste de México, fue un importante depósito de sedimentos, formados principalmente por rocas siliclasticas carbonatadas, ricos en materia orgánica de origen marino y continental (predominante). Esta cuenca es actualmente un importante productor de gas metano en la región, y las rocas madres mas importantes, muestran una sobre madurez, producto de un sepultamiento profundo que alcanzo hasta los 8 km. Variaciones de flujo de calor importantes durante el enterramiento fueron la razón principal por lo que la cuenca produce solamente gas seco. Los efectos diagenéticos influyen en el funcionamiento del sistema petrolero y son atribuidos en gran parte al up-lift de la Orogenia Laramide (49 – 24 Ma). Estos efectos en relación con la circulación de fluidos son productos de reacciones de tipo TSR, los cuales son estudiados en detalle en este trabajo. Con el fin de comprender mejor, la evolución geoquímica de la formación, migración y almacenado del gas, y de evaluar la historia diagenética específicamente del bloque Pirineo, este trabajo se desarrollo, utilizando un modelado geoquímico (1D, 2D), y geométrico 3D. Para calibrar los modelos en temperatura y presión se utilizaron en conjunto datos geoquímicos y geofísicos. Los técnicas geoquímicas y de observación para realizar esta investigación fueron las microscopias; óptica, electrónica de barrido y rayos X, así como el análisis Rock-Eval 6, dC13 gas, dC13 y dO18 sobre las rocas. Los resultados de estos análisis en conjunto con las observaciones y estimaciones de la termometría y espectrometría Raman, aplicado a inclusiones fluidas, permitieron definir mejor las etapas de migración de hidrocarburos y la cronología de la carga de los almacenes. Los modelos geoquímicos fueron calibrados utilizando en una primera etapa, el %Ro y el BHT, y en una segunda etapa la presión/temperatura de las inclusiones fluidas, que representan las condiciones termodinámicas de los fluidos en el momento de la migración. Así en función de los resultados obtenidos, podemos definir dos hipótesis; - una sobre el cracking primario del kerogeno sin migración de petróleo antes del uplift, y - un cracking secundario con migración de gas durante y después del uplift, esto para la roca madre más importante La Casita. Este fenómeno de up-lift provoco una erosión calculada, entre 1.2 y 2.2 Km. A esta época, el sistema de fallas permaneció funcionando como ruta de migración de aceite, y estos se almacenaron en los reservorios superiores, que posteriormente por efectos de la erosión desaparecieron. La utilización de un modelo geoquímico en 2D, fue determinante para inferir en la velocidad de sedimentación y así conocer teóricamente el TOC inicial preservado. La aplicación de una cinética mixta para producir CH4 y CO2, fue posible al aplicar dos cinéticas que coinciden con el comportamiento de la materia orgánica en la cuenca (TIII, Pepper y Corvi, 1995; CO2, IES, 1993). Esto permitió, poder estimar el potencial petrolero inicial de las rocas madres y la evolución del sistema petrolero, en particular para la historia de formación y acumulación del aceite. Después del Cretácico Medio, el aceite entrampado en la Formación La Casita comenzó su transformación en gas. La fracturación producto del up-lift permitió un dégazage de CO2 de origen magmático y este en conjunto con el CH4 acumulado migro con una circulación de agua. Los almacenes de estos gases se encuentran en trampas anticlinales, explotados actualmente. Cabe señalar que la existencia de aceite en inclusiones fluidas en afloramientos minerales de fluorita en las cercanías a las fallas La Babia y San Marcos, se interpreta de acuerdo a los resultados del modelo como aceite migrado durante el up-lift, durante el cracking primario de otra roca madre, como la Formación La Peña. La interpretación de secciones sísmicas 2D, se utilizo en la construcción de modelos geoquímicos 1D - 2D y geométrico 3D. Los resultados de estos modelos son confirmados y comparados con los datos de producción. Estos recursos permitieron establecer una historia coherente de la diagénesis para el bloque Pirineo. De acuerdo a los modelos, existen reservorios de gas no reportados en los informes, esta afirmación esta sostenida, por los estudios petrográficos y geoquímicos de 27 muestras de núcleos para 4 pozos exploratorios, así como 162 muestras de esquirlas de 15 pozos. Este trabajo muestra la combinación de los recursos petrográficos, geoquímicos y geofísicos, para realizar la construcción de un modelo integral de cuenca (1D-2D y 3D), permitiendo proponer una reconstrucción regional del sistema petrolero. En este estudio se observo la existencia de fenómenos de sulfato reducción, que provocan la transformación de las rocas almacén en sellos y viceversa, así como la producción de CO2 y H2S, en función de las interacciones agua-roca.

Les activités anthropiques ont apporté des changements majeurs à notre système global. Par ailleurs, la matière organique dissoute(MOD) du littoral a une grande influence sur le cycle global du carbone et donc sur le changement climatique. L'apport côtier enMOD représente la matière organique terrestre. Les rivières urbanisées sont fortement impactées par la MOD anthropiqueprovenant des usines de traitement des eaux usées. La MOD chromophorique est un sous-groupe de la MOD qui peut absorber lalumière. La MOD fluorescente est à son tour un sous-groupe de la MOD chromophore. Le signal de fluorescence de la MODanthropogénique dans la zone côtière n'est pas bien caractérisé et évalué dans la littérature. Les dégradations induites parphotochimie et les changements au niveau moléculaire sont peuvent de plus influencer la MOD. Dans la présente étude, plusieursexpériences d'irradiation solaire ont été menées avec plusieurs modes de filtration de mélange d’eau de rivière, d’eau de mer et d'uneffluent de station de traitement des eaux usées dans le but de trouver un signal spécifique de fluorescence comme un traceur de laMOD anthropique en utilisant les matrices d'émission d'excitation de la spectroscopie de fluorescence (EEMs) couplées à latechnique statistique chimiométrique de l'analyse factorielle parallèle CP/PARAFAC. Un modèle de régression multilinéaire a étédéveloppé entre la contribution des composantes CP/PARAFAC et la composition du mélange. La cinétique des paramètres derégression multilinéaire a également été étudiée. Des suivis géographiques de l'évolution du signal de fluorescence dans la rivièreGapeau jusqu'à la mer ont été menées ainsi qu’une étude temporelle du signal de fluorescence. Le modèle de régressionmultilinéaire développé a été appliqué pour modéliser les résultats des expériences de champs géographiques et temporelles. Lesrésultats ont montré que le modèle de régression multilinéaire est excellent. Par contre la recherche d'un signal ou d'une signaturede fluorescence spécifique pour l'eau de rivière, les stations d'épuration des eaux usées ou l'eau de mer n'a pas pu être réalisée dansce travail. Dans la zone côtière affectée par l'homme, les matières organiques fluorescentes résiduelles proviennent principalementsinon uniquement de l'usine de traitement des eaux usées, et aucun signal spécifique provenant de l'eau de mer n'a pu être détectéprès de la côte. / Anthropogenic activities have done major changes to our global system. The coastal dissolved organic matter has great influenceon the global carbon cycle and hence climate change. The riverine input of dissolved organic matter represents the terrestrialorganic matter. Urbanized rivers is greatly impacted by the anthropogenic dissolved organic matter coming from wastewatertreatment plants . Chromophoric dissolved organic matter is a subgroup of the dissolved organic matter which can absorb light.Fluorescent dissolved organic matter in turn is a subgroup of the chromophoric dissolved organic matter .The fluorescence signalof the anthropogenic dissolved organic matter in the coastal zone is not well characterized and evaluated in the literature.Photochemically induced degradations and changes at the molecular level is considered to be a great process which could influencethe dissolved organic matter . In the present study, Laboratory mixing experiments several sunlight irradiation experiments wereconducted with several modes of filtration of three endmember mixing components ( River water, Sea water , wastewater treatmentplant effluent discharge) with the objective of finding a specific signal of fluorescence which could be a tracer of the anthropogenicdissolved organic matter through using the fluorescence spectroscopy excitation emission matrices (EEMs) coupled with thechemometric statistical technique of Parallel Factor analysis CP/PARAFAC. Moreover, multilinear regression model between thecontribution of CP/PARAFAC components and two content fraction of River water and Seawater endmember was developed. Inaddition the kinetics of the multilinear regression parameters were investigated. On top of that , geographical investigations of theevolution of fluorescence signal in the Gapeau river till the sea were conducted. Furthermore, Temporal investigation of thefluorescence signal for four water points in the pathway of Gapeau river were done. The multilinear regression model developedwas applied to model the results of the geographical and temporal field experiments. Results have shown that Multilinearregression model for contribution of CP/PARAFAC components is excellent and could be done for the three endmembers. Inaddition the search for specific fluorescence signal or signature for river water, wastewater treatment plants and sea water couldn’tbe done in this work. In human impacted coastal zone, residual fluorescent organic matter come from wastewater treatment plant,and no specific signal from sea water could be detected near the coast.

En raison de leur accumulation possible dans la glande thyroïde, les radio-isotopes de l'iode, 131I (t1/2 = 8,07 jours) et 129I (t1/2 = 15,7 106 ans), sont préoccupants pour la santé humaine. En raison de sa longue demi-vie, 129I est également d’une importance radio-écologique majeure du fait de son intégration potentielle au cycle biogéochimique naturel de son isotope stable (127I). Les forêts dont la surface couvre près du tiers du territoire en France et en Europe, se caractérisent par leur longévité, un haut niveau de recyclage de la biomasse et une forte influence sur les cycles hydrologiques et des nutriments. La végétation forestière peut intercepter puis recycler et accumuler les polluants et radionucléides émis dans l’environnement. Dans ce contexte, des axes de recherche ont été développés dans cette thèse afin de décrire qualitativement et quantitativement le cycle de l’iode et améliorer les prédictions à long-terme du comportement de 129I dans les écosystèmes forestiers.Les pluies constituent une source majeure d’iode pour les sols et la végétation forestière, les quantités apportées dépendant de la distance côtière et de la pluviométrie. La végétation modifie les quantités et la spéciation de l’iode apporté par les pluies. L'humus représente un compartiment d'accumulation provisoire d'iode associé à la matière organique. Ce compartiment constitue également une zone de réémission possible de l’iode par lessivage lors d’évènements pluvieux et/ou par volatilisation. Cette thèse a montré que les teneurs d'iode dans les sols forestiers dépendaient à la fois des apports atmosphériques et des chutes de biomasse, mais également de la capacité du sol à fixer l'iode. Ainsi, les conditions environnementales conduisant à une accumulation de matière organique et la présence d’(hydr)oxydes métalliques dans les sols favorisent la rétention de l’iode. A l’échelle de la placette forestière, le sol constitue le principal réservoir en iode (~99,9%). Du fait de la proportion d'iode au sein des arbres (< 0,03% du stock total en iode), les quantités d’iode recyclées par la végétation sont faibles, l’iode n’étant pas un oligo-élément pour les végétaux. Ainsi ces travaux de thèse ont permis de combler le manque de données relatives d’une part à la répartition de l’iode au sein des écosystèmes forestiers et d’autre part, aux processus de réémissions (lessivage et volatilisation) liés à la dégradation de la matière organique. Les données générées par cette thèse permettent de mieux appréhender la modélisation du cycle de l’iode dans cet écosystème forestier. / As radioisotopes of iodine may concentrate in thyroid gland, 131I (t1/2 = 8.07 days) and 129I (t1/2 = 15.7 106 years) are of health concern. 129I is of major radioecological importance because it can potentially integrate natural biogeochemical cycle of its stable isotope (127I) due to its long half-life. Forests, characterized by their longevity, a high biomass turnover and a strong influence on hydrological and nutrients cycles, can intercept, recycle and accumulate a significant amount of pollutants and radionuclides released into environment. In this context, research developed in this thesis had the purpose of correct long-term prediction of iodine behaviour in forest ecosystems.Rainfall appears to be a significant input flux of iodine in forest soils and vegetation, depending on coastal distance and precipitation amount. Forest canopy modifies quantities and speciation of iodine initially present in rainfall. Humus would act as temporary iodine accumulation layer through its association with organic matter. However, humus layer also behaves as potential iodine mobilisation source by leaching and/or volatilization. This thesis has demonstrated that iodine levels in soils depend both on its atmospheric and litterfall inputs, but also on the soil's ability to fix iodine. Thus, environmental conditions characterized by organic matter accumulation and presence of metal (hydr)oxides in soils promote iodine retention. Thereafter, soil is the main iodine reservoir at the forest plot scale (~99.9%). Given small amounts of iodine in the trees (<0.03% of the total iodine stock), recycling of iodine by vegetation is low, iodine being not an essential element for vegetables.This thesis contributes to fill some gaps in the knowledge of iodine distribution within forests and on the processes of iodine reemission related to organic matter degradation. Data generated by this thesis help to better understand the modeling of iodine cycle in this forest ecosystem.

Ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer la possibilité d'utilisation des foraminifères benthiques comme bio-indicateurs des phénomènes d'eutrophisation en milieu marin ouvert. Le but de notre étude est de comparer différents types d'environnements eutrophiés, sous des conditions naturelles (sédiments du prodelta du Rhône) et anthropiques (déblais de forages pétroliers au large du Congo et du Gabon ; boues d'épuration dans le Firth of Clyde en Écosse). Dans ce contexte, nous avons étudié la distribution spatiale des foraminifères benthiques et l'avons comparée aux paramètres physico-chimiques mesurés. Ces micro-organismes font partie des protistes les plus abondants dans les environnements marins benthiques. En raison de leur forte biodiversité, des courts cycles de vie et des exigences écologiques très variables des différentes espèces, les faunes de foraminifères réagissent rapidement aux perturbations environnementales. Notre étude révèle l'existence d'une succession faunistique typique en réponse à un gradient croissant d'enrichissement organique. Ainsi, en s'approchant de la zone la plus eutrophiée, une diminution des espèces caractéristiques des environnements stables est observée ; ces espèces sont remplacées progressivement par des espèces opportunistes en milieu fortement enrichi. Si la perturbation environnementale est persistante, seules des espèces très résistantes au stress environnementale sont présentes, généralement avec des faibles densités. Les foraminifères benthiques représentent donc un très bon outil d'évaluation de l'état de santé d'un environnement. Ces bio-marqueurs peuvent être employés avec succès dans des suivis d'impact environnemental et dans des réseaux de surveillance des milieux marins afin d'aider à évaluer les perturbations des écosystèmes.

Le but de cette thèse est d'étudier l'influence des conditions trophiques en milieu océanique profond sur la composition isotopique de foraminifères benthiques vivants, afin d'améliorer leur utilisation en tant que proxies potentiels de paléoproductivité. Nous avons étudié trois zones de l'Atlantique Nord-Est : la Marge du Portugal (milieu oligotrophe), le Golfe de Gascogne (milieu méso-oligotrophe), et la zone à upwelling au large de Cap Blanc (Mauritanie, milieu eutrophe). Nous avons établi le rôle majeur du flux et de la qualité de la matière organique sur la densité, la répartition bathymétrique et le microhabitat des espèces de foraminifères. Les faunes superficielles réagissent aux apports de matière organique labile, alors que les faunes endopéliques profondes dépendent de matière organique plus réfractaire. Par ailleurs, nous avons mis en évidence l'existence d'un seuil critique de flux total de matière organique d'environ 2gC/m²/an en dessous duquel le développement de l'endofaune est impossible. L'étude de la composition isotopique de certaines espèces clés a révélé que l'écart en δ13C entre une espèce au microhabitat endopélique superficiel (e.g. Uvigerina peregrina) et une espèce au microhabitat endopélique profond (e.g. Globulimina spp.) permet de différencier un milieu eutrophe (δ13C<0.5%) d'un milieu oligotrophe (δ13C>0.5%). De plus, dans les zones oligotrophes, nous avons observé une diminution graduelle de ce delta δ13C en fonction du flux croissant de matière organique, témoignant de l'influence directe de ce dernier sur la composition des eaux interstitielles du sédiment.

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.

Puisque les premières formes de vie connues à ce jour (> 3 Ga) ont été préservées grâce à la précipitation de silice sur les structures cellulaires (silicification), nous avons mené la fossilisation expérimentale de différentes souches microbiennes (les Archées Methanocaldococcus jannaschii et Pyrococcus abyssi, les Bactéries Chloroflexus aurantiacus et Geobacillus sp.), représentatives des micro-organismes thermophiles, anaérobies et autotrophes qui auraient pu exister dans les conditions environnementales de la Terre primitive ou de Mars. Il s'agit de la première fossilisation expérimentale d'Archées, et l'une des toutes premières concernant des micro-organismes thermophiles.<br />La fossilisation expérimentale a été suivie en microscopie électronique (MEB, MET, Cryo-MEB) pour l'étude morphologique, et par des analyses chimiques (GC, GC-MS, HPLC) pour l'étude de la dégradation ou de la préservation de la matière organique durant la fossilisation.<br />Cette étude a montré que tous les micro-organismes ne pouvaient pas être silicifiés. Les cellules de M. jannaschii ont ainsi lysé rapidement tandis, qu'à l'inverse, celles de P. abyssi, Geobacillus sp. et C. aurantiacus ont été préservées, avec des intensités de la fossilisation variables selon les espèces. Les micro-organismes ont souvent mis en place des mécanismes actifs pour se protéger de la silicification, comme la production d'EPS, ou la répulsion de la silice. Ces résultats suggèrent que les différences entre espèces ont une forte influence sur le potentiel des différents micro-organismes à être préservés par la fossilisation.<br />Cette étude fournit un bon aperçu des processus de silicification et de préservation des types de micro-organismes qui auraient pu exister sur la Terre primitive. La connaissance de ces mécanismes peut être utile pour la recherche et l'identification de microfossiles dans les roches terrestres et extraterrestres, tout particulièrement dans le cas de Mars.

Ma thèse porte sur l'analyse par SXRM (Synchrotron X-Ray Microscopy) et spectroscopie µ-FTIR (micro Fourier Transformed InfraRed) des échantillons de la comète Wild 2 collectés par la mission Stardust. Les analyses SXRM ont permis de déterminer la composition élémentaire des grains de Wild 2, tout en étudiant leur ralentissement dans l'aérogel. Une étude XANES (X-Ray Absorption Near Edge Structure) au seuil du fer d'analogues des échantillons Stardust a permis de valider la méthode de collecte des grains en se basant sur l'état d'oxydation du fer. Malgré l'élévation de température subie par la particule lors de son entrée dans l'aérogel, les informations concernant la particule incidente, en particulier concernant sa minéralogie, sont préservées dans la particule finale. Des cartographies de µ-fluorescence X ont permis de déterminer la composition élémentaire des grains de Wild 2. Les abondances élémentaires, normalisées au fer, sont chondritiques pour Ca, Ti, Cr, Mn, Ni, Ge, et Se. Un enrichissement en Cu, Zn et Ga est en revanche observé et indiquerait qu'au moins une partie de la matière réfractaire de Wild 2 s'est formée tardivement, à partir d'un gaz appauvri en les éléments les plus réfractaires. Le soufre semble quant à lui sous-abondant, ce qui signe sans doute un processus de condensation incomplet, stoppé avant que la totalité du soufre ait pu se condenser. L'analyse par µ-FTIR, complétée par de la spectroscopie Raman, de grains extraits de l'aérogel montre que la matière organique de Wild 2 est dominée par la présence d'îlots de carbone aromatique reliés entre eux par des ponts aliphatiques. L'étude de la bande à 3.4 µm montre que les chaînes aliphatiques sont plus longues (ou moins ramifiées) que dans les IDPs et les grains du milieu interstellaire (MIS). La comparaison avec les observations du MIS diffus montre que la matière organique de Wild 2 n'est clairement pas interstellaire et semble plus simple que celle contenue dans les grains du MIS.

Les chondrites carbonées peuvent contenir jusqu'à 4% en masse de carbone, principalement présent sous la forme d'une fraction organique insoluble (MOI) enrichie en deutérium par rapport aux échantillons organiques terrestres. Cet enrichissement a été interprété comme la signature de processus interstellaires. La MOI est constituée d'unités aromatiques assez petites (de 2 à 3 cycles contigus) reliées entre elles par des chaînes aliphatiques courtes et ramifiées. La MOI d'Orgueil et de Murchison a été étudiée par des dégradations thermique et chimique, ainsi que par spectroscopie. Il apparaît à travers les données récoltées que les chaînes aliphatiques contiennent moins de 7 carbones et qu'elles sont très ramifiées. Par ailleurs, elles peuvent contenir des fonctions éther et ester. Ces chaînes peuvent lier deux ou trois unités aromatiques entre elles. Les chaînes aliphatiques non liantes (avec une extrémité libre) sont plus courtes: moins de 3 carbones. Les données acquises nous ont aussi permis de montrer que l'azote était contenu dans des hétérocycles. Cette observation, ainsi qu'une comparaison de données isotopiques, implique qu'il n'y a pas de lien génétique entre la MOI et les acides aminés présents dans la fraction soluble des météorites. Ceci n'exclut pas que d'autres classes de composés solubles puissent dériver de la MOI par altération hydrothermale sur le corps parent, ce qui indiquerait une origine complexe pour la fraction soluble. Le rapport isotopique D/H des briques élémentaires de la MOI d'Orgueil, obtenues par pyrolyse et dégradation chimique, a été interprété en considérant la macromolécule avant sa dégradation. Les résultats montrent que la MOI est un produit solaire et qu'elle s'est enrichie en D à la périphérie de la nébuleuse protosolaire sous des conditions proches du milieu interstellaire. Cette conclusion est majeure pour la MOI, qui a pu être la plus grosse partie de la matière organique abiotique sur la Terre primitive.