La croute océanique formée aux dorsales lentes a une composition hétérogène. Pour expliquer sa formation, il est nécessaire d’invoquer des processus d’interactions magma-roche. Afin de contraindre la contribution des processus de cristallisation et d’interaction magma-roche sur le budget géochimique et l’architecture de la croute océanique hétérogène, j’ai étudié deux séquences gabbroiques échantillonnées in situ à l’Atlantis Massif (AM, 30°N, Dorsale Médio-Atlantique, MAR) et l’Atlantis Bank (AB, 57°E, Dorsale Sud-Ouest Indienne, SWIR). J’ai effectué (i) une étude multi-échelle pétro-structurale et géochimique, combinée à une modélisation numérique, de gabbros primitifs forés à l’AM, et (ii) une étude pétrographique et géochimique de gabbros à olivines forés à l’AB. La croute océanique inférieure hétérogène échantillonnée au Site U1309 (AM) présente des troctolites riches en olivines (Ol-T). Elles se distinguent par des olivines partiellement dissoutes, relativement riches en Fo et en Ni, ainsi que par la co-précipitation de clinopyroxènes riches en Mg et de plagioclases. Ces caractéristiques suggèrent que les Ol-T sont le résultat de l’imprégnation d’un protolithe riche en olivines par un magma sous-saturé en olivine. Les profils géochimiques plats entre les minéraux adjacents suggèrent que la composition du protolithe a été modifiée par le magma entrant. Pourtant, le Ni, Li et Co montrent des compositions extrêmement variables à Mg# de l’olivine constant, ce qui suggère qu’ils préservent la signature géochimique du protolithe. La modélisation géochimique indique que ces variations sont héritées d’une hétérogénéité dans les harzburgites U1309. Les expériences en laboratoire ont démontré que la distribution de magma en milieux poreux est contrôlée par la composition modale de la roche percolée. La distribution hétérogène d’orthopyroxène dans le protolithe mantellique contrôle la quantité de magma entrant, et ainsi la quantité d’olivine dissoute, comme indiqué par les variations modales et compositionnelles observées dans les Ol-T à l’AM. La modélisation géochimique indique que la formation des Ol-T peut être expliquée par la percolation de magma et l’assimilation de 5% de protolithe mantellique. Une conséquence de ce processus de réaction est le décalage des compositions du magma à l’AM vers de cristallisation fractionnée apparentes à haute pression. Pourtant, aucune signature géochimique de haute pression n’est observée dans les MORBs à l’AM, alors qu’elles sont observées dans les MORBs d’une portion amagmatique de la SWIR (61°-67°E). La croute océanique à l’AB est faite de gabbros à olivines (75%) et de gabbros à oxides (20%), et par endroits intensément déformée. Les études préliminaires ont mis en évidence des textures indiquant l’assimilation de plagioclase par un magma d’imprégnation, ainsi que la cristallisation de clinopyroxène. Les gabbros à olivines montrent des compositions relativement évoluées. Des études précédentes des gabbros à olivines de l’AB ont montré que leur formation peut être attribuée à l’assimilation de la croute océanique par un magma saturé en clinopyroxène. Les études de l’AM et de l’AB révèlent des processus d’interactions magma-roche associés au transport de magma dans la croute océanique inférieure. Des caractéristiques texturales et géochimiques similaires ont été documentées à Kane (24°N, MAR) et dans les ophiolites Alpines-Apennines. Elles indiquent que les interactions magma-roche sont omniprésentes et contribuent à façonner la croute océanique inférieure aux dorsales lentes. L’étude de roches gabbroiques forées à Hess Deep suggèrent que les interactions magma-roche interviennent également aux dorsales rapides. Le transport réactif de magma dans la croute océanique joue un rôle majeur dans le processus de formation de la croute océanique dans son ensemble. Leur contribution dans la composition des MORBs est probablement contrôlée par la production de magma durant la remontée mantellique. / At slow-spreading mid-ocean ridges the lower oceanic crust is extremely heterogeneous, and its formation must be related to some extents of melt-rock interactions. To constrain the relative contribution of crystallization processes and melt-rock interactions on the geochemical budget and architecture of the slow-spread oceanic crust, I investigated two gabbroic sequences sampled in situ at the Atlantis Massif (AM, 30°N, Mid-Atlantic Ridge, MAR) and the Atlantis Bank (AB, 32°S, 57°E, Southwest Indian Ridge, SWIR), where gabbros are exposed by long-lived detachment faults. I performed (i) a multi-scale petro-structural, geochemical and numerical modeling study of primitive gabbroic rocks drilled at the AM, and (ii) a petrographic and geochemical study of olivine gabbros recovered at the AB. AM was drilled during IODP Expeditions 304/305. The heterogeneous lower oceanic crust recovered at Site U1309 presents discrete intervals of olivine-rich troctolites (Ol-T). They are distinguished by partially dissolved olivines with relatively high Fo (86) and Ni contents (>2000 ppm), and they are characterized by the co-precipitation of high Mg# (86-88) clinopyroxene and plagioclase. These characteristics suggest that Ol-T result from impregnation of an olivine-rich protolith by a melt undersaturated in olivine. The flat geochemical profiles across olivine and adjacent minerals suggest that the composition of the protolith was modified by this impregnating melt. Yet, Ni, Li and Co display extremely variable compositions at constant olivine Mg#, suggesting that they retain the signature of the precursor material. Modeling indicates that these chemical variations are likely inherited from the U1309D harzburgites. Experiments show that the melt distribution and paths in a porous media is controlled by the mineral modes of the host rock. The heterogeneous distribution of orthopyroxene in the precursor harzburgitic mantle locally drives the abundance of impregnating melt, leading to different extents of olivine dissolution, as evidenced by variations in mineral modes and chemistry of the AM Ol-T. Geochemical modeling indicates that the melt percolation and assimilation of about 5% of a mantle protolith can explain the formation of the Ol-T. One consequence of this reactive process in Hole U1309D is the shift of melt compositions toward apparent high pressure fractionation. However, no high pressure chemical signature is observed in MORBs from the AM, while it is recorded in MORBs from the nearly amagmatic region along the SWIR (61°-67°E). AB was drilled during IODP Expedition 360. The recovered lower oceanic crust is dominated by olivine gabbros (75%) and oxide gabbros (20%). The section is in places intensively deformed. Shipboard studies have documented textures of plagioclase assimilation by an invading melt crystallizing clinopyroxene. Compositions of olivine gabbros reach relatively evolved signature (Yb = 3-10 x C1-chondrite; MORB Yb = 19). Previous studies on olivine gabbros from AB showed that their formation can be ascribed to assimilation of an oceanic crust by clinopyroxene-saturated trace element enriched melts. The study of AM and AB reveals melt-rock interactions and mineral assimilation associated to melt transport through the accreting lower oceanic crust. Similar textural and chemical features are observed at Kane (24°N, MAR) and in ophiolite complexes (e.g., Alpine and Appennine ophiolites). These evidences indicate that melt-rock interactions are probably ubiquitous, and contribute to shaping the slow-spread lower oceanic crust. The characterization of gabbroic rocks drilled at Hess Deep suggests that melt-rock interactions may take place also at fast-spreading ridge. Melt transport and associated mineral assimilation processes likely play a major role in the building of the oceanic crust overall. Their contribution to the formation of MORB is likely controlled by melt productivity in the upwelling mantle.

Dans le bassin de Franceville (Gabon), les sédiments détritiques non-métamorphosés d’âge Paléoprotérozoïque (2,15 Ga) des formations FA et FB ont fait l’objet d’une étude faciologique, pétrographique et géochimique. L’objectif était de déterminer l’origine de ces matériaux clastiques et des minéralisations uranifères associées, mais aussi d’en retracer l’histoire diagénétique à travers l’évolution des paléoconditions rédox et des fluides qui les ont percolés.La pétrographie des faciès montre que la minéralogie et la texture initiales de ces sédiments ont été fortement modifiées au cours de la diagenèse précoce. Au toît de la formation FA, les quartz-arénites faiblement granoclassées ont été très tôt cimentées par du quartz, s’opposant ainsi à l’action ultérieure de la diagenèse d’enfouissement. Dans les arènes arkosiques, la séquence paragénétique liée aux ciments authigènes suggère que les interactions fluides-roches ont été polyphasées et que les éléments chimiques nécessaires à leur précipitation trouvent leur origine dans l’altération de minéraux détritiques. Pour un ensemble lithologique donné, les effets de la diagenèse varient peu d’un faciès à l’autre, ce qui indique un fort contrôle des paramètres initiaux tels que la minéralogie, la texture et la composition du fluide poral. Par conséquent, ces faciès sédimentaires nous informent directement sur les propriétés hydrologiques qui régnaient dans le bassin sédimentaire, et sur la nature de la diagenèse précoce qui les a affectés.Les données pétrographiques et géochimiques montrent que la précipitation de l’hématite en lits ferrugineux a débuté juste après le dépôt des sédiments, dont l’altération des minéraux primaires a libéré le fer, plus tard redistribué durant la diagenèse. Ainsi, la mise en évidence d’une corrélation positive entre les valeurs de "delta" 56Fe et les rapports Fe/Mg mesurés sur échantillon total suggère que le fer se répartit entre deux pôles que sont l’hématite authigène et les silicates porteur du fer. En revanche, l’absence de relation entre les rapports Fe3+/FeT et les compositions isotopiques du fer démontre que des oxydes riches en isotopes lourds du fer préexistaient dans les sédiments lorsque la diagenèse précoce a débuté. Le fer présent initialement à l’état réduit dans des faciès sédimentaires verts s’est progressivement oxydé au cours de la diagenèse, processus à l’origine de la formation des lits ferrugineux.Dans la formation FA du Bassin de Franceville, les gisements uranifères résultent de la libération de l’uranium contenu à l’origine dans les grès oxydés des dépôts fluviatiles inférieurs puis de sa migration et de son piégeage dans les grès réduits et les mudstones silteux des formations de deltas de marée supérieures, où il s’est concentré par un mécanisme de type roll-front.L’analyse des éléments chimiques majeurs et traces des formations FA et FB indique que leurs matériaux constitutifs trouvent leur source dans des roches ignées felsiques. Tandis que les diagrammes de terres rares normalisés aux chondrites, les anomalies négatives en Eu et les rapports GdN/YbN plaident plus précisément en faveur des roches archéennes et paléoprotérozoïques. Enfin, des diagrammes discrimants et des rapports en éléments majeurs et traces montrent que, si la plupart des grès de la formation FA se sont déposés sur une marge passive, les mudstones et les grès fins des formations FA et FB ont sédimenté sur une marge continentale active en relation avec la tectonique paléoprotérozoïque de la Ceinture orogénique du Centre-Ouest de l’Afrique. / The FA and FB Formations clastic sediments have been subjected to detailed facies, petrographic, and geochemical analyses in relation to diagenesis, fluid flow, paleo-redox conditions, provenance, and uranium mineralization during the evolution of the unmetamorphosed Paleoproterozoic (ca 2.15 Ga) Franceville Basin, Gabon. Lithofacies analyses in combination with petrographic studies indicate that the original mineralogical and textural properties of the sediments have been greatly modified during diagenesis. The moderately sorted quartz arenite at the top of FA underwent early quartz cementation; thus preventing it from subsequent burial diagenetic processes. The inferred paragenetic sequence of authigenic cements in the arkosic arenites suggest a multiphase of fluid-rock interactions with most of the ions needed for their precipitations likely sourced during alteration of detrital precursors. The observed slight variations in the diagenetic pathways in different lithofacies associations are closely related to primary mineralogy, texture, and nature of pore fluid. This relationship suggests that depositional facies can provide an insight into the diagenetic pathways and hydrologic properties of sediments in sedimentary basins. Petrographic features coupled with whole rock geochemical and iron isotope analyses suggest that hematite precipitation in the red beds started after sediment deposition with the iron internally derived by alteration of iron-bearing minerals and redistributed during late diagenesis. Positive correlation between Fe/Mg ratio and "delta" 56Fe values of bulk samples suggests mixing relationship with end members being authigenic hematite and iron-bearing silicates. The lack of relationship between Fe3+/FeT ratios and iron isotope compositions suggest that the isotopically heavy iron oxide was already present in the sediments during early diagenesis, and was incorporated into green (reduced) facies that likely replaced red facies during diagenesis or burial. Uranium released from the lower, fluvial oxidized sandstones and added to the reduced sandstones and silty mudstones in the upper tidal-deltaic sediments potentially resulted in a uranium mineralization of a roll-front type in the FA Formation of the Franceville Basin. Major and trace element geochemical data for the FA and FB formation are consistent with sediments derived exclusively from felsic igneous source. Chondrite-normalized patterns with high LREE/HREE ratios, negative Eu anomalies, and GdN/YbN ratios favour mixture of Archean and Post-Archean felsic sources. Discriminant diagrams and elemental ratios of major and trace elements suggest deposition of most of the FA sandstone in a passive margin, while the mudstones and fine-grained sandstones of FA and FB were deposited in an active continental margin during Paleoproterozoic tectonic regimes of the West Central African Belt.

Ce travail de thèse a appréhendé les mécanismes de stockage/libération, d’un point de vue élémentaire et isotopique, du calcium (Ca) et du strontium (Sr) sur ou dans des phases minérales communes des sols (minéraux primaires, minéraux argileux, oxy-hydroxydes, carbonate pédogénétiques). Une méthode de mesure robuste du δ88Sr a dû être développée et validée par la mesure de matériaux de références internationaux, pour la plupart jamais mesuré dans la littérature. Les résultats montrent que l’adsorption du Ca sur des minéraux phyllosilicatés génère un fractionnement isotopique par prélèvement préférentiel de l’isotope léger (40Ca) dans nos conditions expérimentales lorsque les minéraux possèdent une charge structurale et une surface spécifique importante et/ou un espace interfoliaire ouvert à l’adsorption de cations hydratés. Une étude sur des rhizolithes en milieu naturel a mis en avant que l’utilisation des isotopes du Ca et du Sr permet un traçage de source et de mécanismes efficaces dans les thématiques touchant au stockage de ces deux éléments dans les sols. / This PhD thesis examined the mechanisms of storage and release, from and elementary and isotopically point of view, of calcium (Ca) and strontium (Sr) onto or into mineral phases commonly encountered within soils (primary minerals, clay minerals, oxy-hydroxides, pedogenic carbonate). A robust δ88Sr measurements method had to be developed in the laboratory and validated by the measurement of international reference materials, mostly never measured in the literature. The results of this work show that Ca adsorption onto phyllosilicate minerals generates a quantifiable isotopic fractionation by preferential uptake of the light isotope (40Ca) under our experimental conditions when the minerals have a significant structural charge and specific surface area and/or an interlayer space open to hydrated cations adsorption. A study on rhizoliths in natural environment has also highlighted that the combination of Ca and Sr isotopes allows an effective tracing of sources and mechanisms in the problematic related to the storage of these two elements within soils.

Le Sud du Brésil est une région où l'agriculture est très intensive et la pression sur les sols est beaucoup plus importante que dans la région amazonienne. Ainsi, il est important d'étudier les processus d'altération des roches qui constituent des étapes clés du développement des sols et de leurs fonctions environnementales.Dans ce contexte, ce travail vise à : (i) caractériser la morphologie, les propriétés physiques et chimiques de profils d'altération développés en l'absence ou avec une intervention humaine minimale : (ii) établir les évolutions géochimiques et minéralogiques des sols dans un environnement subtropical ; et (iii) évaluer l'impact des actions anthropiques sur la minéralogie des horizons de surface. Cette étude concerne des sols du Rio Grande do Sul dont le climat subtropical (T ~17°C et P ~1800 mm/an) favorise l'accumulation de matière organique ainsi que la formation de minéraux argileux 2:1 en faible proportion. Les indices d'altération (Weathering Intensity Scale – WIS, Chemical Index of Alteration - CIA) permettent de classer les profils selon leur degré d'altération et de leur composition minéralogique différente (smectite, smectite + kaolinite, kaolinite). Dans la dernière partie les résultats montrent qu'après 12 ans de culture des sols avec un système intégré culture-élevage les surfaces non pâturées présentent une proportion moins importante de minéraux 2:1. Les surfaces sous pâturage intensif et modéré présentent une aluminisation plus élevée de la couche interfoliaire des minéraux 2:1. La fixation d'une partie de l'aluminium dans la phase solide du sol, ce qui pourrait le rendre moins disponible pour les plantes et diminuer sa phytotoxicité. / Southern Brazil is a region with a very intensive agriculture and the pressure on soil is considerably more intense than in the Amazonian region. Thus, it is necessary to study weathering processes as they control soil development and their environmental functions.In this context, this work aims to: (i) characterize the morphological, physical and chemical properties of weathering profiles developed in the absence, or with minimal human action; (ii) establish the geochemical and mineralogical evolution of soils in a subtropical environment; and (iii) assess the impact of anthropogenic actions on on the mineralogy of surface horizons. This study concerns soils of Rio Grande do Sul where the subtropical climate (T ~17°C and P ~1800mm/yr) favored the accumulation of organic matter and occurrence of 2:1 clay minerals in low proportion. The weathering indices (Weathering Intensity Scale - WIS and Chemical Index of Alteration - CIA) make it possible to classify the profiles according to their weathering intensity and their different mineralogical compositions (smectite, smectite + kaolinite, kaolinite).In the last chapter, the results show that after 12 years of cultivation under an integrated soybean–beef cattle production system, the ungrazed areas presented lower proportion of 2:1 minerals. The areas under intensive grazing and moderate grazing presented higher aluminization of the interlayer of 2:1 minerals. The higher aluminization under intensive and moderate grazing managements may be a drain of aluminum in the soil solid phase and possibly making it less available to plants and decreasing its phytotoxicity. / O sul do Brasil é uma região com uma agricultura muito intensa e com grande pressão de uso do solo, consideravelmente mais intenso do que na região da Amazônia. Assim, é necessário desenvolver estudos que relacionem o desenvolvimento do solo com seu respectivo material de origem, detalhando as transformações na zona de transição solo-rocha e suas implicações para as atividades ambientais e humanas. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo: (i) caracterizar os aspectos mineralógicos, pedoquimicos e geoquimicos dos perfis de alteração desenvolvidos na ausência ou mínima ação humana; (ii) caracterizar qualitativa e semi-quantitativamente os minerais primários e os minerais pedogênicos em solos inseridos em regiões ecossistêmicas importantes do Rio Grande do Sul; e (iii) avaliar o impacto de diferentes intensidades de pastejo na mineralogia de um Latossolo, sob sistema de produção integrada soja-bovinos de corte no sul do Brasil. Este estudo foi realizado em solos do Rio Grande do Sul, onde o clima subtropical (temperatura média anual ~ 17°C, precipitação anual média de 1800mm/ano) favorece o acúmulo de matéria orgânica ea ocorrência de argilominerais 2:1.Os índices de intemperismo (Weathering Intensity Scale - WIS e Chemical Index of Alteration - CIA), considerando a composição mineralógica dos perfis de alteração, indicaram a seguinte sequência crescente do grau de intemperismo: esmectita < caulinita - esmectita < caulinita. O estudo mostrou diferenças importantes nos solos, mesmo entre aqueles formados a partir do mesmo material de origem, devido às diferenças climáticas e de relevo. Por fim, após 12 anos sob um sistema integrado de produção de soja-bovinos de corte, as áreas não pastejadas apresentaram menor intensidade para os argilominerais 2:1. Por outro lado, as áreas sob pastejo intensivo e pastejo moderado apresentaram comportamento semelhante, devido à maior aluminização da entrecamada dos argilominerais 2:1. A maior aluminização sob pastejo intensivo e moderado pode ser um dreno de alumínio na fase sólida do solo, tornando-o menos disponível para as plantas e diminuindo sua fitotoxicidade.

Les gisements de type roll-front du Kazakhstan représentent près de 13% des réserves mondiales en uranium en 2015. Les minéraux argileux, présents à chaque étape du cycle minier, ont récemment suscité l’intérêt des exploitants. L’étude de la distribution et des proportions de ces minéraux dans les sédiments à l’échelle d’un gisement permettraient d’améliorer à la fois l’exploration, l’exploitation et la réhabilitation de ce type de gisement.Différentes méthodes ont été développées pour identifier et quantifier les minéraux d’intérêt à partir de la spectrométrie infrarouge (IR), une technique instrumentale rapide, adaptée à une utilisation sur le terrain. Ces méthodes ont été calibrées à l’aide d’une large base de données de spectres IR et la préparation de sables artificiels.Il est possible d’obtenir, à partir d’une seule mesure spectrale, la teneur en argiles des sables et particulièrement celle en smectite afin d’identifier les zones les plus riches et adapter l’extraction de l’uranium. L’ensemble de ces méthodes permettent de réaliser des cartographies de la répartition des minéraux argileux à l’échelle du gisement pour comprendre sa géométrie et sa mise en place.La migration des corps minéralisés à l’échelle régionale a été mise en évidence par spectrométrie de résonance paramagnétique, avec l’étude des défauts structuraux engendrés par la proximité des minéraux argileux avec les minéraux uranifères. / Uranium roll-front type sandstone-hosted deposits from Kazakhstan account for about 13% of the worldwide uranium reserve in 2015. Clay minerals occur at every step of the mining cycle and recently begun to be considered by mining companies.The proportions and distribution of these clay minerals in the sediments at the roll-front deposit scale could improve the exploration, exploitation and rehabilitation of such uranium deposits.Several methods were developed to identify and quantify minerals using a portable near-infrared spectrometer, a convenient and fast analytical tool for use in the field. These methods were calibrated with the help of a wide spectral database and the conception of artificial sands.The clay mineral content, and more importantly, the smectite content can be obtained from a single spectral measurement. It enables the detection of smectite-rich areas to optimise the uranium extraction process where they occur. Combination of the methods provide a mapping tool for clay minerals at the ore deposit scale, yielding information about its actual geometry and formation.Uranium ore bodies migration was observed at the ore deposit scale with the use of the electron paramagnetic resonance spectroscopy. Crystalline radiation induced defects in clay minerals that were in close contact with uranium showed records of the past migration.

Le projet de thèse s’inscrit dans le Projet Investissement d’Avenir (PIA) DEMETERRES, dont l’objectif est le développement de méthodes et de technologies pour la décontamination et la remédiation des sols et effluents contaminés après un accident nucléaire. L’objectif de cette thèse est de mieux appréhender les interactions de 137Cs et 90Sr avec les différentes composantes des terres agricoles et ainsi être capable de prédire l’état chimique dans lequel ces éléments se trouveraient dans les sols en cas d’accident nucléaire. Une base de données dans le formalisme des échangeurs d’ions multi-sites a été mise en place, représentant les comportements d’adsorption de Cs+ et Sr2+ dans les illites et smectites (deux des principaux minéraux argileux) vis-à-vis des cations majeurs environnementaux H+, Na+ et Ca2+. Cette base de données a par la suite été utilisée pour tenter de prédire le comportement d’adsorption de Cs+ et Sr2+ dans des échantillons de sols agricoles français (Pusignan, Etoile-sur-Rhône et Herqueville). De bonnes simulations du comportement d’adsorption de Cs+ et Sr2+ ont été obtenues sur Pusignan et Etoile-sur-Rhône. Dans le cas d’Herqueville, la suppression de la MON n’a pas amélioré l’accord entre les simulations et les expériences, tandis que l’élimination de l’aluminium échangeable a lui permis une meilleure simulation de l’adsorption de Sr2+, mais pas de Cs+. Ces travaux permettent de simuler efficacement le comportement d’adsorption de Cs et Sr dans des sols et ainsi d’appuyer les stratégies de décontamination et remédiation après un accident nucléaire / This study is part of the DEMETERRES project, which aims to develop new methods and technologies in the field of decontamination and remediation of contaminated soils and effluents after a nuclear accident. The objective of this PhD is to obtain a better knowledge of 137Cs and 90Sr interactions onto agricultural soils and to better predict the chemical state of these elements in soils after a nuclear accident. A database in the multi-sites ion exchanger formalism has been built, reflecting the adsorption behaviours of Cs+ and Sr2+ onto illite and smectite (two major clay minerals) with regards to major environmental cations: i.e. H+, Na+, and Ca2+. It was used to predict the adsorption of Cs+ and Sr2+ onto French agricultural soil samples (Pusignan, Etoile-sur-Rhône and Herqueville). Good simulations of the adsorption of Cs+ and Sr2+ onto Pusignan and Etoile-sur-Rhône are obtained. In the case of Herqueville, the removal of NOM does not improve the agreement between experimental results and simulations, but the removal of exchangeable aluminum allows a better representation of the adsorption results of Sr2+ onto Herqueville, but not for Cs+. This work allows efficiently simulating the adsorption of Cs and Sr onto soils and support decontamination and remediation strategies after a nuclear accident

Cette thèse s'inscrit dans une démarche d'exploration de méthodes de synthèse innovantes conduisant à des matériaux hydrides structurés à l'échelle nanométrique par les voies de la chimie douce. Cette exploration s'est appuyée sur le développement d'un matériau hybride constitué d'une matrice de zircone yttriée au sein de laquelle est incorporé un cristal liquide minéral d'oxyde de vanadium V2O5. L'oxyde de vanadium en solution aqueuse forme des espèces colloïdales anisotropes ayant la forme de rubans de dimensions typiques 1 nm x 25 nm x 500 nm. Ces colloïdes sont stabilisés par une charge de surface négative, et s'organisent, à partir d'une certaine concentration, en une phase cristal liquide nématique, dont les domaines peuvent être orientés le long d'une direction commune à l'échelle macroscopique par l'application d'un champ magnétique faible. L'objectif est donc d'utiliser ces colloïdes anisotropes comme « template », en tirant parti de leurs propriétés d'organisation collective pour amener un ordre supplémentaire au sein du matériau hybride. Les expériences préliminaires ayant révélé une réactivité particulière de l'oxyde de vanadium vis-à-vis des composés moléculaires du zirconium, les études se sont tournées vers la préparation d'une suspension colloïdale mixte composée de nanoparticules de zircone et de rubans de V2O5, et constituant un sol précurseur du solide hybride envisagé. Les nanoparticules de zircone sont préparées par une synthèse hydrothermale remarquable conduisant à des nanoparticules monocristallines de l'ordre de 5 nm stables en suspension dans l'eau pure. Cependant, la préparation d'un sol mixte d'oxyde de vanadium et de zircone yttriée est très délicate, puisqu'il s'agit de stabiliser ensemble deux types de colloïdes, non seulement de forme et de taille différentes, mais aussi et surtout de charge de surface opposées. De plus, les conditions d'existence des rubans de V2O5 imposent un milieu de pH acide et de force ionique faible. Une première partie de cette thèse est donc dédiée à l'étude de la stabilisation électrostérique de suspensions de zircone par l'ajout de polyélectrolytes acides. L'effet de l'ajout de différents polymères présentant des fonctions acide carboxylique et acide sulfonique a ainsi été étudié. En particulier, l'influence de la masse moléculaire ou de la charge du polymère est discutée à travers les mesures de potentiel zêta et la détermination d'isothermes d'adsorption. Parmi les polymères étudiés, l'acide poly (vinyl sulfonique) (PVS) a permis d'obtenir des suspensions de zircone présentant des propriétés intéressantes en vue de la mise en contact avec les sols aqueux de V2O5. Ainsi, des sols mixtes zircone yttriée / PVS / V2O5 stables ont pu être préparés. Les limites de stabilité de tels sols mixtes sont discutées. Notamment, une compétition entre un effet de déplétion dû au mélange de colloïdes de forme et de taille différentes, et la formation d'un gel tridimensionnel stabilisé par les interactions répulsives entre les rubans de V2O5, semble avoir lieu. L'évaporation de tels sols mixtes a permis de préparer des solides hybrides, dont la biréfringence atteste d'une anisotropie générée par l'insertion de rubans de V2O5 au sein du solide. Ces solides ont été caractérisés par différentes techniques telles que la spectroscopie infrarouge, la diffraction des rayons X et la microscopie électronique en transmission.

Cette étude présente les travaux menés sur trois grands groupes de minéraux argileux (kaolins, illite, sudoite (chlorite di-trioctaédrique)) caractéristiques des halos d'altération entourant les gisements d'uranium de type discordance, dans le but de révéler les paléocirculations d'uranium dans les bassins intracratoniques d'âge méso-Protérozoïque (1,2-1,6 Ga). Grâce à la Spectrométrie de Résonance Paramagnétique Electronique (RPE), nous avons pu mettre en évidence la persistance des défauts structuraux au sein des kaolins contemporains de la diagenèse du bassin, et démontrer l'existence inédite de défauts relativement stables au sein des illites et des sudoites contemporaines de la mise en place des gisements uranifères. Ainsi, le défaut principal de l'illite (centre Ai) et le défaut principal de la sudoite (centre As) se caractérisent par un signal anisotrope avec, respectivement, des composantes gt = 2,003 et g// = 2,051, et gt = 2,005 et g// = 2,051. Comme pour les kaolins (kaolinite/dickite), les défauts principaux de l'illite et de la sudoite sont orientés perpendiculairement au plan (ab), situés au niveau de la liaison Si-O tétraédrique. Cependant, leurs stabilités thermiques semblent différentes. L'observation d'échantillons issus de différentes zones (stériles, anomales ou minéralisées) du bassin de l'Athabasca (Canada) a permis d'identifier une évolution parallèle entre la concentration en défauts actuellement mesurée dans les différents minéraux argileux et la proximité de zones minéralisées. Ainsi, les argiles apparaissent comme des traceurs potentiels des zones où ont circulé les solutions riches en uranium.

Le remplissage sédimentaire du lac d'Annecy (Haute-Savoie) constitue un enregistrement continu de la dernière déglaciation à l'actuel. L'imagerie géophysique a permis de distinguer plusieurs unités sédimentaires correspondant à des mécanismes de mise en place différents. L'unité basale est constituée d'esker-deltas (Van Rensbergen,. 1996) qui corroborent l'hypothèse d'un retrait glaciaire en direction du Sud. Les unités sus-jacentes 1 et 2 sont mises en place essentiellement par l' intermédiaire de courants hyperpycnaux. La sous-unité 3a voit l'édification de deltas lacustres alors qu'au sommet de la série la sous-unité 3b est dominée par les processus de décantation dans la tranche d 'eau. L'analyse sédimentologique d'un forage lacustre, complétée de deux forages à terre, confirme cette succession et les mécanismes de dépôt. Ces unités diffèrent par le type de lamination, la texture du sédiment et les cortèges de minéraux argileux qu'elles contiennent. L'essentiel du remplissage résulte d'apports terrigéniques. Seule la sous-unité 3b présente des apports d'origine autochtone. L' analyse microscopique di stingue différents types de lamines, qui, dans les unités terrigéniques, mettent en évidence un contrôle saisonnier de la sédimentation. Un signal annuel est reconnu dans l'unité 2 et s'exprime par la succession de trois types de lamines. Les apports printaniers résultent de pulsations successives d'affluents qui mettent en place des courants hyperpycnaux de faible durée (crues). La période estivale voit l'établissement d'un courant hyperpycnal "continu" résultant de la fonte glaciaire. Le matériel plus fin, en suspension dans la tranche d 'eau, décante durant l'hiver. Cette lamine hivernale est également observée dans l'unité 1 et la sous-unité 3a. Dans la sous-unité 3b, la lamination semble essentiellement due au développement planctonique dans l'épilimnion. Les cortèges de minéraux argileux présents dans les bassins versants glaciaires et hydrographiques ont été inventoriés afin de définir l'origine du matériel sédimentaire terrigénique du remplissage. La composition argileuse de l'unité 2, dominée par la chlorite et une illite bien cristallisée, serait liée à la présence d'un courant glaciaire originaire de la vallée de l'Arly, hors du bassin hydrographique actuel du lac. L'unité 1 enregistre également les apports en provenance de ce glacier, mais ils sont en partie dilués par les apports d'eau de fonte issus de glaces situées dans le bassin molassique et dans le bassin versant du Fier. La sous-unité 3a résulte d'apports en provenance du bassin versant hydrographique actuel augmenté de celui du Fier. Des minéraux argileux d'origine pédogénétique (smectite et interstratifiés 10-14S) viennent s'ajouter aux minéraux prélevés au substrat dans la sous-unité 3b. La chronologie du remplissage, établie par les analyses palynologiques (F. David et al.), par comptage de rythmites annuelles et par datation radiocarbone (Brauer et al., ) indique une déglaciation antérieure à 15 000 ans B.P. au niveau du site de forage lacustre. L'enregistrement sédimentaire semble montrer une importante accélération de la fonte glaciaire à 14 450 ans B .P., attestée par une brutale augmentation des apports d' eau de fonte entraînant une disparition rapide des glaciers de vallée. Cette accélération est mise en relation avec le caractère rapide du dernier réchauffement climatique global enregistré notamment dans les calottes polaires. L'évolution paléogéographique du lac d'Annecy est ensuite essentiellement marquée par l'abandon du Fier, qui réduit considérablement la taille de son bassin versant hydrographique.

Les variations temporelles et la provenance des aérosols minéraux continentaux (poussières) dans l'Antarctique de l'Est au cours de la fin du Quaternaire et en particulier pendant la dernière transition climatique ont été étudies au cours de cette thèse. Quatre carottes de glace profondes prélevées respectivement à Dome C (75° 06'S, 123° 21'E), dans le cadre du projet Européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica), à Dome B (77° 05' S, 94° 55' E), à Vostok (78° S, 106° E) et à Komsomolskaia (74° 05' S, 97° 29' E) ont été analysées. L'origine géographique des poussières dans les périodes glaciaires et interglaciaires a été précisée grâce à la signature isotopique des poussières (87Sr/86Sr versus 143Nd/144Nd) et à la comparaison avec des sédiments éoliens spécifiquement prélevés dans les régions potentielles d'origine des aérosols de l'hémisphère austral. L'analyse à haute résolution temporelle des paramètres de concentration et de distribution en taille des aérosols minéraux a permis d'obtenir d'importantes informations sur la circulation atmosphérique aux hautes latitudes de l'hémisphère Sud, ainsi que sur les conditions environnementales aux sources et sur le cycle hydrologique dans l'atmosphère. Les plaines sud-américaines des Pampas et la Patagonie apparaissent comme étant les sources dominantes sur tout le Plateau Antarctique au cours des périodes glaciaires; par contre, on suspecte une contribution additionnelle d'une autre source durant les interglaciaires. Le flux de poussières en Antarctique de l'Est au cours du Pléistocène et de l'Holocène est remarquablement homogène parmi les sites; par contre, des différences significatives caractérisent la granulométrie des particules, qui est un paramètre lié au transport. La réorganisation de la circulation atmosphérique dans les régions polaires et circumpolaires qui a eu lieu pendant la dernière transition climatique a influencé le transport des poussières, et a généré des variations asynchrones, voire des tendances opposés d'un secteur à l'autre du Plateau. L'Holocène et la dernière déglaciation sont caractérisés dans toutes les carottes analysées par des variations périodiques du transport à l'échelle millénaire et multi-séculaire. Les fréquences des oscillations sont les mêmes d'un site à l'autre mais la phase est différente. La rythmicité des advections des poussières sur le Plateau Antarctique semble suggérer la propagation circumpolaire d'anomalies dans les système s océan-glace de mer-atmosphère à des échelles temporelles millénaires et multi-séculaires.