Patagonie et la Namibie sont deux sources importantes d'aérosol minéral qui alimente la section Atlantique Sud de l'océan Austral avec les micronutriments.L'objet de ma thèse est d'étudier 1) la concentration atmosphérique et la variation temporel de la poussière en Patagonie, 2) l'hétérogénéité spatiale de composition élémentaire de poussière en Patagonie et en Namibie, et 3) la solubilité élémentaire de poussière en Patagonie et en Namibie. Ces trois aspects sont les principaux enjeux pour modéliser les inventaires des émissions de micronutriments biodisponibles à partir de sources de poussière.La concentration en poussière mesurée en Patagonie montre une variation saisonnière avec un niveau plus bas en hiver. Les données météorologiques suggèrent que cette variation saisonnière est associée à la variation de l'humidité du sol dans les zones source plutôt qu'à la vitesse du vent. Des échantillons d'aérosol minéral ont été générés à partir des sols de Patagonie et de Namibie. La composition élémentaire des poussières diffère de celles des sols parents, en particulier en Namibie en raison de l'effet de dilution par le quartz dans les sols. Des compositions élémentaires varient spatialement aux échelles continentale et régionale en Patagonie et Namibie. Les variations de Ca et Mg sont les principales raisons conduisant à l'hétérogénéité spatiale de la composition élémentaire des poussières. Les solubilités élémentaires des aérosols minéraux de Patagonie et de Namibie augmentent avec l'acidité de la solution altérante. Les poussières riches en calcium présentent une solubilité plus élevée pour les éléments les plus solubles (Ca, etc.) en raison de la présence de carbonate. Le suivi de la concentration en poussières obtenu en Patagonie peut aider à mieux en quantifier les émissions dans la région subantarctique et ainsi à mieux contraindre les modèles. La base de données que nous avons obtenue sur les poussières et leur solubilité contribue également à l'évaluation des émissions d'éléments solubles dans la région Australe. / Mineral dust is considered to be an important supplier of micronutrient for the Southern Ocean where the primary production is limited by insufficient supply of micronutrients. Patagonia (South America) and Namibia (Southern Africa) are two main dust sources for the South Atlantic section of the Southern Ocean. Emission inventories of bioavailable micronutrients from these two regions regulate the final biological impact on marine ecosystem in the South Atlantic Ocean. This thesis is mainly focused on the investigation of 1) the atmospheric dust concentration and its temporal pattern in Patagonia, 2) the spatial heterogeneity of dust elemental composition in Patagonia and Namibia, and 3) the pH dependence of elemental solubility in Patagonian and Namibian dust. These three aspects are the key issues to model the emission inventories of bioavailable micronutrients from dust sources. Dust concentration measurements were conducted in Patagonia-Atlantic Coast and revealed a seasonal pattern of dust concentration with lower dust level in winter than the other three seasons. Meteorological records suggest that this seasonal pattern is associated with the variation of soil moisture in source areas rather than the recurrently high wind speed. Dust samples were generated from Patagonian and Namibian soils to investigate the elemental composition and the elemental solubility of source dust. Dust elemental composition differs to different degrees from their parents soils, particularly in Namibia due to the dilution effect of quartz in soil. Spatial variability of dust elemental composition was observed at both continental scale and regional scale in Patagonia and Namibia. Variations in Ca and Mg content are the main reasons for the spatial heterogeneity of dust elemental composition. Elemental solubility of Patagonian and Namibian dust increased with acidity of leaching solution. More soluble elements namely Ca, K, Mg, Mn, Sr and Ba showed much higher solubility in calcium-rich dust due to the presence of carbonate. The dust concentration record obtained in Patagonia may help to better quantify the dust emission in subantarctic region and to constrain dust models. Database of dust elemental composition and elemental solubility in Patagonia and Namibia also contributes to the evaluation of emission inventories of soluble elements from dust sources to the Southern Ocean.

La propriété de graphite des lacs Guéret et Guinécourt est localisée à environ 300 km au nord-nord-ouest de la ville de Baie-Comeau. Cette propriété se situe dans le Terrane de Gagnon, dans la région Parautochtone de la Province de Grenville. Ce secteur n'est pas étranger à l'exploration minière. En effet, dans les années 1950, plusieurs travaux furent menés, le but de ceux-ci étant de définir le potentiel en formations de fer apparentées à celles du Groupe de Knob Lake comme celles trouvées à Fermont, Labrador City, Schefferville et Gagnon. Puis au début des années 2000, après un hiatus de quarante années, de grandes quantités de graphite furent mises au jour par les compagnies Exploration Esbec, Quinto Technology Inc. et SOQUEM Inc.. On dénombre trois types de graphite dans la région, soit du graphite macrocristallin, du graphite microcristallin et du graphite en veine. La minéralisation graphiteuse est contrôlée par la Formation de Menihek du Groupe de Knob Lake et confinée dans celle-ci. Les trois types de graphite ont une distribution particulière à l'intérieur de la Formation de Menihek. Le graphite macrocristallin est associé à un schiste quartzo-feldspathique tandis que le graphite microcristallin et celui en veine sont associés à un méta-mudstone graphiteux. Le contrôle stratigraphique du graphite s'observe tant au niveau local qu'au niveau régional, soit entre les lacs Guinécourt au Québec et Wabush Lake au Labrador. L'étude de la répatition des gisements de graphite en comparaison avec les types de formations de fer de la Formation de Sokoman a permis l'élaboration d'un outil d'exploration. Cet outil est minéralurgique et met en compte la dichotomie existante entre le graphite et l'hématite. Cette dichotomie montre que la minéralisation graphiteuse est absente lorsqu'il y a présence d'hématite primaire. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Graphite, Hématite, Dichotomie, Formations de fer, Province de Grenville, Terrane de Gagnon, Groupe de Knob Lake.

Les bronzes mixtes de forume MxV2-yTyO5 étudiés par J. Darriet (1 à 4) constituent une extension importante des bronzes oxygénés de vanadium MxV2O5 ou MxV5+2-xV4+xO5 ; le bronze mixte correspond alors à la substitution couplée : ...

Dans une perspective d'avenir pour le développement durable, les gisements de zinc non-sulfurés seront favorisés relativement aux gisements sulfurés conventionnels. Les marbres mésoprotérozoïques du Supergroupe de Grenville ainsi que leurs équivalents dans les terrains grenvilliens exposés au New Jersey contiennent deux types de minéralisations zincifères SEDEX : (1) Les gisements plus communs et compris de zinc sulfuré SEDEX (i.e. district de classe-mondial de Balmat-Edwards, New York), et (2) les gisements hypogènes et stratiformes rares, et moins compris, de zinc non-sulfuré (i.e. gisements de classe-mondial de Franklin et Sterling Hill, New Jersey). La rareté et la localisation isolée des gisements de Franklin et Sterling Hill ne permettent pas d'imaginer une relation entre les gisements SEDEX sulfurés et non-sulfurés de zinc. Cependant, un horizon de marbre contenant un oxyde de zinc est présent près du village de Bryson (Québec), à environ 30 kilomètres au nord du gisement SEDEX de zinc sulfuré de Cadieux (Renfrew, Ontario). La région de Bryson-Renfrew nous offre conséquemment l'opportunité d'étudier la relation pouvant exister entre les deux pôles de minéralisation zincifère SEDEX. La région de Bryson-Renfrew est caractérisée par (1) une abondance de marbres dolomitiques pures, (2) par la présence d'horizons stratiformes d'anhydrite ainsi que (3) par des niveaux riches en magnésium (i.e. brucite). De telles caractéristiques indiquent une précipitation de carbonates dans un environnement évaporitique peu profond. Ce type d'environnement est typique des gisements SEDEX de zinc sulfuré du type McArthur (i.e. district de Balmat-Edwards). La région de Bryson-Renfrew contient plusieurs indices de zinc sulfuré, associés aux unités de marbres dolomitiques riches en minéraux silicatés. Elle contient aussi plusieurs indices de zinc non-sulfuré également encaissées dans des marbres dolomitiques riches en silicates. Ainsi, les minéralisations SEDEX zincifères non-sulfurés et sulfurés de zinc se forment dans un environnement géologique similaire. Les études pétrographiques sur l'assemblage zincifère non-sulfuré révèlent des exsolutions dendritiques de wurtzite/sphalerite dans des grains de magnétite. De plus, des analyses de diffraction au rayons-X et à la microsonde révèlent que le silicate zincifère est une serpentine contenant jusqu'à 4.31% de ZnO. D'autres serpentines sont plutôt caractérisées par la présence d'inclusions fines de pyrophanite zincifère ((Fe,Mg,Zn,Mn)TiO3) , une ilmenite zincifère rare mais connue aux gisements de Franklin et Sterling Hill. Les exsolutions dendritiques de wurtzite/sphalerite sont interprétés comme résultant de la déstabilisation rétrograde de la franklinite. De plus, le produit d'altération de la willémite (Zn2SiO4), le principal minerai de zinc aux gisements de Franklin et Sterling Hill, résulte en une serpentine lors d'une déstabilisation métamorphique rétrograde. Des minéralisations zincifères non-sulfurées de type-Franklin sont ainsi confirmées. Un lien entre les gisements SEDEX zincifères sulfurés et non-sulfurés existe donc puisqu'ils se présentent dans le même environnement géologique. La présence de minéralisations SEDEX zincifères non-sulfurées pourrait de ce fait être expliquée et indiquer la présence d'un système exhalatif à haute température plutôt qu'un système à température moyenne déposant des sulfures de zinc. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Supergroupe de Grenville, sulfures de zinc, silicates de zinc, oxydes de zinc

L’Agriculture de conservation (AC) repose sur trois principes: le minimum de travail du sol, la couverture permanente du sol et la diversification des espèces cultivées. Elle a été introduite vers la fin des années 90 dans la région du lac Alaotra, Madagascar, dans l’objectif d’augmenter la productivisté de l’agriculture pluviale qui, généralement, pâtit des problèmes liés à la faible fertilité des sols, aux contraintes hydriques et à l’enherbement. L’objectif principal de la thèse consiste à quantifier et caractériser les impacts des fonctions agro-écologiques de l’AC dans l’amélioration du rendement en riz pluvial par rapport aux pratiques conventionnelles (CT). Une revue de la littérature sur les fonctions agro-écologiques du mulch en fonction de leur quantité retenue sur la parcelle a tout d’abord montré que la quantité de couverture nécessaire va dépendre essentiellement des fonctions agro-écologiques attendues. Une quantité de couverture de 2 à 3 t ha-1 permet d’obtenir des effets très nets en ce qui concerne l’amélioration de l’infiltration de l’eau, la limitation du ruissellement et de l’érosion du sol. En revanche, les données sur le contrôle de l’enherbement, la disponibilité des nutriments ainsi que la faune du sol en fonction de la quantité de mulch étaient très variables, suggérant l’interaction de ses fonctions agro-écologiques avec d’autres facteurs, notamment le type de résidus et les conditions pédoclimatiques. Une première expérimentation dont l’objectif était la quantification des effets physiques du mulch sur l’enherbement, avec différentes quantités de résidus de 0 à 45 t ha-1 a montré que l’émergence et la biomasse des adventices sur les parcelles couvertes dépend essentiellement de la quantité et de la distribution de la pluviométrie durant la saison culturale. L’émergence ainsi que la biomasse des mauvaises herbes diminuent en général avec l’augmentation de la quantité de mulch maintenue sur les parcelles. Toutefois, une quantité de résidus de l’ordre de 10 t ha-1 est nécessaire pour réduire significativement la pression des adventices sur le riz par rapport à un sol nu dans les conditions de notre dispositif expérimental. Un deuxième dispositif maintenu durant 6 ans (2009/10 à 2014/15), combinait une rotation biennale de maïs + dolique // riz et une rotation triennale de maïs + stylosanthes // stylosanthes // riz ; trois modes de gestion du sol et des résidus et deux niveaux de fertilisation. Deux niveaux d’enherbement en split plot ont été ajoutés en 2013/14 et 2014/15. L’amélioration du rendement en riz sur les parcelles en AC par rapport aux parcelles en CT est essentiellement liée à une diminution de la pression des adventices sur les parcelles AC pendant la période de végétation du riz. La dynamique de l’eau dans le sol ainsi que la dynamique de l’azote minéral sont fortement influencées par le régime pluviométrique et ne différent généralement pas entre AC et CT. Enfin, l’analyse de stabilité et l’écart de rendement au potentiel utilisés pour étudier les variations de rendements en riz sur les 6 saisons culturales du second dispositif expérimental ont montré que les effets des traitements étaient en interaction avec d’autres facteurs probablement liés à la variabilité spatiale du sol sur le dispositif expérimental. Les résultats de cette étude nous suggèrent de tenir compte aussi bien des fonctions agro-écologiques du mulch attendues que les régimes pluviométriques lors de la promotion d’un système AC pour améliorer la productivité des cultures. L'AC avec une quantité de résidus généralement retenus dans les parcelles de l'agriculteur (i.e. 1 - 2 t ha-1) serait efficace pour lutter contre le ruissellement et l'érosion. Cependant, des quantités supplémentaires de résidus, qui pourraient être produites avec l’introduction de rotations culturales avec une forte production de biomasse, seraient nécessaires pour lutter efficacement contre les adventices et diminuer les charges liées au sarclage. / Conservation agriculture (CA) is based on the principles of minimum soil disturbance, permanent soil cover and diversification of crop species grown in rotations and/or associations. CA was introduced in the late 90s in the Lake Alaotra region, Madagascar, in order to improve rainfed crop productivity which is commonly constrained by low soil fertility, soil water stress and weed infestation. The main objective of this study was to quantify and understand the impact of CA on rainfed rice productivity as compared to the practice of conventional tillage (CT). First, a review of literature was conducted on the agro-ecological functions of mulching with crop residues in relation to their quantity. The literature review showed that the optimal amount of residues required principally depends on the agro-ecological function searched for. Residue amounts of 2 to 3 t ha-1 had clear positive effects in terms of improving water infiltration and limiting water runoff and soil erosion. On the other hand, results on weed control, nutrient availability and soil fauna in relation to the amount of mulch were highly variable, suggesting the interaction of these agro-ecological functions with other factors, including residue type and soil-climate conditions. Second, two field experiments were monitored at the research center of FOFIFA in the Lake Alaotra region. A first experiment aiming at quantifying the physical effect of a mulch of crop residues on weed infestation, with amounts of surface residues ranging from 0 to 45 t ha-1 showed that the emergence and biomass of weeds on mulched plots depend mainly on the quantity and distribution of rainfall during the cropping season. Overall, weed emergence and biomass decreased with increasing amounts of mulch. However, a large quantity of residues, i.e. in the order of 10 t ha-1, was required to significantly (p<0.05) reduce weed pressure as compared to a bare soil under the agro-ecological conditions of our experiments. The second experiment was conducted during six years (2009/10 to 2014/15), and a 2-year rotation of maize + Dolichos lablab // rice and a 3-year rotation of maize + Stylosanthes guianensis // S. guianensis // rice were combined with three soil/residue management practices and two level of fertilization. Two levels of weed pressure were added as split-plot in 2013/14 and 2014/15. Higher rice grain yields on CA plots as compared to CT plots in the fifth and sixth year of the CA practice were mainly related to a decline of weed pressure under CA. Soil water and mineral nitrogen dynamics did not differ markedly between CA and CT and were strongly influenced by the rainfall pattern. Finally, the use of the concept of stability analysis and the yield gap approach to analyze the variation of rice yield under the 6 crop seasons from 2009/10 to 2014/15 showed that the effects of treatments including crop rotation, soil and residue management, and fertilization levels interact with other factors likely related to the spatial variability of the experimental design. Results of our study suggest that both agro-ecological function of mulch searched for and rainfall conditions should be taken into account when promoting CA systems to improve crop productivity in the Lake Alaotra region. Practicing CA with typical amounts of residues that are produced on farmer’s field (i.e. 1 – 2 t ha-1) is sufficient to control water runoff and soil erosion. However, extra amounts of crop residues are required to effectively control weed infestation. These extra amounts could be produced with the introduction of high biomass-producing crop rotations and could decrease the labor pressure from weeding.

Dans l'objectif d'évaluer l'influence de la forêt sur l'hydrologie des bassins versant, une méthode de modélisation du bilan hydrique en milieu forestier a été développée et validée sur l'hydrosystème de Volvic. Cette méthode, facilement transposable, a permis de simuler l'impact hydrologique de scénarios de gestion forestière.La compréhension du fonctionnement de l'hydrosystème volcanique complexe de Volvic a été améliorée, depuis les processus de recharge jusqu'au fonctionnement des exutoires. La structure géologique complexe du site a été modélisée en utilisant l'ensemble des données disponibles et en mettant en œuvre une approche géologique génétique. Le fonctionnement hydrogéologique détaillé a ensuite pu être étudié dans plusieurs secteurs clés. L'hydrosystème de Volvic a été modélisé en utilisant le code MODCOU. Afin de prendre en compte les processus physiques spécifiques du site, des modules ont été développés et couplés à l'outil existant. Le modèle permet ainsi de simuler le débit à l'exutoire de l'aquifère. La modélisation et l'interprétation de données ont également permis de proposer un nouveau modèle conceptuel de fonctionnement hydrogéologique. La simulation du transport de traceurs tels que le chlorure et le 18O valide la fonction de transfert et les hypothèses retenues quant aux processus de recharge. Le modèle a ensuite été utilisé pour simuler des scénarios d'évolution climatique contrastés.Le modèle de fonctionnement l'hydrosystème de Volvic constitue ainsi un outil de gestion opérationnelle mais surtout un outil pilote permettant d'apporter des réponses à des questions scientifiques d'actualité relatives au rôle hydrologique de la forêt ou à l'impact du changement climatique à l'échelle de petits bassins versants de moyenne montagne. / In order to take account of hydrological forest role at the catchment scale, a method for evapotranspiration computation in forest context has been developed and validated on the Volvic site. This method, easily transposable, allows simulating forest management scenarios impact on hydrosystems recharge.Functioning understanding of the Volvic volcanic hydrosystem has been improved, from recharge processes to outlet functioning. The complex geological structure of the Volvic site has been modeled based on data interpretations and using a geological genetic approach. Detailed hydrogeological functioning was studied in several key sectors. The hydrogeological functioning of the Volvic hydrosystem has been modeled using the MODCOU code. In order to take account of the physical processes observed in Volvic, several modeling units has been developed and coupled to the existing tool. This model allows simulating the Volvic outlet discharge since 1985. This modeling allows suggesting a new conceptualization of hydrogeological functioning. The conservative transport modeling (chloride, 18O) validates the transfer function modeling and the evaluated altitudinal variation of climatic parameters. Then contrasted climate change scenarios were simulated.The Volvic hydrosystem functioning model constitutes an operational tool but also a pilot contributing to scientific progress in forest hydrology or in order to evaluate climate change impact on small mountainous watershed.

En dépit de leurs propriétés uniques, les polymères sont très sensibles à la température et sont susceptibles de s'enflammer en présence d'une source de chaleur et au contact de l'air. Afin de remplacer les additifs retardateurs de flammes halogénés, soumis à certaines inquiétudes et restrictions, nous avons étudié de nouveaux systèmes retardateurs de flammes à base d'oxydes minéraux nanométriques concernant deux polymères : le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et le polystyrène (PS). Trois stratégies ont été mises en place. Nous avons examiné dans un premier temps l'influence des oxydes d'aluminium et de silicium nanométriques sur les propriétés ignifuges et les mécanismes de stabilité thermique des nanocomposites à matrices thermoplastiques. Divers paramètres ont été évalués comme le taux d'incorporation, la composition chimique des oxydes et le type de matrice polymère. L'impact de la modification de surface des nanoparticules sur la réaction au feu des composites a été également analysé. Les traitements de surface des oxydes concernent des greffages de molécules organiques de faible masse molaire, le dépôt de couches inorganiques et le greffage d'oligomères. Enfin, des combinaisons d'additifs phosphorés et de nanocharges, vierges ou modifiées, ont mis en évidence des synergies notables sur la réaction au feu. L'étude du procédé d'ignifugation des composites a été réalisée notamment par l'analyse approfondie des résidus charbonnés.

Les phases cristal-liquides minérales se situent à l'interface de la chimie colloïdale, de la physique de la matière molle et de la physique du solide. Largement utilisées dans l'industrie, les nanoparticules de TiO2 de variété rutile sont des candidates de choix à une étude visant à relier propriétés du matériau massif et propriétés d'une assemblée orientée de petits objets anisotropes.<br />Le travail présenté montrera comment il est possible d'élaborer par Chimie Douce des nanoparticules anisotropes afin d'obtenir en milieu aqueux une mésophase, de nature nématique, et de la caractériser. De plus, des suspensions de bâtonnets, même relativement diluées, s'orientent sous cisaillement, ce qui permet de produire par spin-coating des films anisotropes. Ces films sont des échantillons de choix pour effectuer des mesures, sous irradiation ultraviolette, de photocatalyse d'espèces organiques dissoutes ou encore de photoconduction. Ces mesures peuvent être comparées avec les résultats obtenus à l'aide d'un monocristal de TiO2 présentant les mêmes facettes cristallographique [110] que les nanoparticules.<br />Un film orienté de bâtonnets de rutile présente naturellement des propriétés anisotropes. En outre, nous avons mis en évidence une forte dépendance des propriétés catalytiques et de la conductivité électronique avec la polarisation de l'irradiation ultra-violette. Nous montrerons dans quelle mesure la théorie des bandes permet d'expliquer ces effets.

Notre travail a porté sur différents cristaux liquides minéraux, et principalement sur les suspensions aqueuses de goethite. Après les avoir caractérisées, nous avons démontré qu'elles forment une phase nématique, et décrit la transition isotrope-nématique grâce aux modèles de la littérature. La phase isotrope présente trois propriétés originales sous champ magnétique : un ordre paranématique très élevé, une composante dipolaire de l'ordre orientationnel non nulle et le changement d'orientation de la phase suivant la valeur du champ (parallèle à un champ statique faible, mais perpendiculaire à un champ fort). Nous avons déterminé le paramètre d'ordre nématique par des mesures de biréfringence ainsi que par diffusion des rayons X aux petits angles, et le paramètre d'ordre dipolaire par des mesures d'aimantation. Nous avons interprété et modélisé le changement d'orientation comme la compétition entre un moment magnétique longitudinal indépendant du champ (probablement dû à des spins non compensés en surface), et le moment magnétique induit par le champ (anisotropie magnétique négative). Le premier domine à champ faible, le second à champ fort. Sous ces hypothèses, l'orientation est toujours perpendiculaire sous un champ de fréquence élevée, ce que nous avons observé. Le modèle donne des résultats en accord avec les mesures. Puis nous avons étudié les propriétés de la phase nématique sous champ magnétique. Le seuil de Frederiks est très bas, et l'ordre nématique extrêmement élevé. Les particules basculent perpendiculairement au champ magnétique lorsqu'il croît, par une seconde transition de Frederiks, formant un domaine nématique biaxe. A champ encore plus élevé se forme un cristal colloïdal bidimensionnel de groupe d'espace c2mm. On observe la même phase en champ nul à forte concentration. Enfin, nous incluons nos publications, sur les suspensions de goethite, de plans covalents rigides de H3Sb3P2O14, de polymères flexibles de NaNb2PS10 et de plaquettes de laponite.

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la modélisation et à la simulation numérique de l'échange et du transfert de matière entre fluide aqueux et minéraux dans un processus qui associe réactions chimiques et transport. Notre application porte sur les skarns constitués de grenat ou de pyroxènes. Nous situons d'abord le problème dans son cadre thermodynamique et nous présentons un modèle de solution pour chaque phase et deux modèles de construction de la fonction isotherme obtenus à partir des potentiels chimiques ou en utilisant les constantes d'équilibre. Le modèle quantitatif a été obtenu en exprimant un bilan total isovolumique de matière ou en se restreignant à un bilan sur la phase fluide. En se plaçant sous l'hypothèse de la roche et les paramètres hydrogéologiques, nous obtenons un système hyperbolique de type <i>'modèle de la chromatographie'</i>. Nous avons également étudié le problème d'interaction fluide-minéral dans un cas général et aussi quand la température devient assez grande. L'isotherme s'exprime sous la forme d'une isotherme de Langmuir. L'étude du modèle à un constituant nous permet de retrouver la condition de stabilité thermodynamique du système et d'envisager les conditions permettant de simplifier le modèle de la chromatographie à plusieurs constituantes. La partie numérique de ce travail consiste à tester l'influence des paramètres thermodynamiques sur la stabilité du système et sur le processus de la transformation et de valider le modèle en procédant à une confrontation aux observations géologiques sur divers cas tests.