Les dangers potentiels liés à l'augmentation de la teneur en CO2 de l'atmosphère, tels que les changements climatiques ou l'élévation du niveau des mers, ont provoqué un grand intérêt pour la séquestration du gaz carbonique dans les formations géologiques. Le moyen thermodynamiquement le plus sûr pour stocker le carbone est sous la forme de minéraux carbonatés, mais il exige une source de cations divalents qui ne soit pas carbonatée. Les roches basaltiques qui présentent de fortes teneurs en calcium, magnésium et fer peuvent être une de ces sources et la possibilité de former des minéraux carbonatés par injection de CO2 dans les roches basaltiques est en cours d'investigation en Islande et dans d'autres endroits du monde. Dans ce cadre, l'objectif de cette thèse est de contribuer à l'optimisation de la précipitation des carbonates dans les basaltes lors de l'injection de CO2 grâce à une série d'études de terrain et de laboratoire complémentaires.<br>Une étude détaillée de la composition chimique des eaux souterraines au pied du volcan Mont Hekla, dans le sud de l'Islande, a d'abord été menée afin d'évaluer l'évolution chimique des fluides et la mobilité des métaux toxiques lors des interactions entre basalte et fluides riches en CO2. Ces fluides fournissent un analogue naturel pour estimer les conséquences de la séquestration du CO2 dans les basaltes. La teneur de ces fluides en carbone inorganique dissous diminue de 3,88 à 0,746 mmole/kg avec l'augmentation de la mise en solution du basalte tandis que le pH passe de 6,9 à 9,2. Ces observations fournissent une preuve directe du potentiel qu'offre la dissolution du basalte pour séquestrer le CO2. Les concentrations des métaux toxiques dans ces eaux sont faibles et la modélisation des chemins réactionnels suggère que la calcite et les (oxy)hydroxydes de fer piègent ces métaux, suite à l'alcalinisation des fluides induite par la dissolution continue du basalte.<br>On sait que ce sont les cations divalents libérés par la dissolution du verre basaltique qui contrôlent la minéralisation du gaz carbonique dans les basaltes. La vitesse de dissolution du verre basaltique peut être accrue par l'addition de ligands qui se complexent avec Al3+. L'ion SO42- fait partie de ces ligands et l'étude de son impact sur la vitesse de dissolution du verre basaltique a été conduite dans des réacteurs de type ‘mixed flow' à 50°C et 3 < pH < 10. Le soufre est souvent présent dans les gaz émis par les centrales électriques et son stockage constitue un challenge environnemental. La co-injection avec CO2, si elle est réalisable, peut donc constituer une nouvelle méthode peu couteuse de stockage du soufre généré par l'industrie. En accord avec les modèles actuels décrivant la cinétique de dissolution du verre basaltique en fonction de la composition de la solution aqueuse, les résultats de ce travail montrent que SO42-augmente la vitesse de dissolution du verre aux conditions acide mais qu'il n'a aucun effet aux pH alcalins. Ces résultats suggèrent à la fois que 1) la co-injection de sulfate peut accélérer la minéralisation du CO2 dans les basaltes et 2) les modèles cinétiques existant permettent une description précise de la dissolution du verre basaltique.<br>Afin d'évaluer plus précisément l'impact des ions sulfates sur la vitesse de précipitation des carbonates, la vitesse de précipitation de la calcite en régime stationnaire a été mesurée dans des réacteurs à circulation ‘mixed flow' à 25°C et pH ~9.1. Les résultats montrent qu'en présence de 0.005 M de Na2SO4 la vitesse de précipitation de la calcite est diminuée d'environ 40% et qu'ainsi la co-injection de sulfate peut ralentir la précipitation de la calcite aux pH typiques de la précipitation de ce minéral en subsurface. Des expériences supplémentaires sont prévues pour caractériser définitivement l'effet du sulfate aux conditions attendues aux sites d'injection du CO2 en subsurface.

En Amérique du Sud et notamment en Argentine, le comportement du mercure (Hg) et de l’arsenic (As) principalement dans les sédiments est encore peu compris. Le système de Mar Chiquita et plus particulièrement le lac Laguna del Plata, recevant les eaux de la rivière Suquía, sert ici de cadre à l’étude de la dynamique de ces deux éléments trace. Leurs distributions dans l’espace et le temps sont analysées en lien avec l’influence anthropique et les conditions hydrologiques qui ont changé de manière importante au cours du dernier siècle. L’approche retenue a consisté tout d’abord à examiner la distribution spatiale du mercure et de l’arsenic à travers l’analyse des eaux et sédiments pris le long de la rivière Suquía et dans Laguna del Plata. Dans un second temps, l’étude fine d’une carotte de sédiment prélevée dans Laguna del Plata a permis d’analyser les variations temporelles de Hg et As. De plus, la réalisation d’extractions sélectives a conduit à l’identification des phases porteuses de Hg et As. L’interprétation globale des résultats et l’appui des images satellites ont révélé le rôle majeur joué par les changements climatiques et les variations hydrologiques dans le contrôle du comportement du mercure et de l’arsenic au sein du système de Mar Chiquita. Au final, l’association des différentes approches a démontré les comportements différents du mercure et de l’arsenic. Les concentrations de mercure sont faibles quand les conditions climatiques sont plus arides et le niveau du lac bas. Elles sont principalement associées aux sulfures transportés par les sédiments de la rivière Suquía. La hausse des précipitations régionales aboutit à un ruissellement plus important et une montée du niveau du lac conduisant à l’augmentation d’accumulation de mercure. Durant cette période, Hg est principalement associé à la matière organique. L’arsenic, quant à lui, est apporté en solution par les eaux jusqu’au lac et, durant les périodes plus sèches, un apport supplémentaire s’effectue par les vents balayant la plaine loessique de Chaco Pampean. Dans la carotte de sédiment, l’arsenic est associé aux oxyhydroxydes réactifs de fer et de manganèse. Ses fortes concentrations dans la partie basse de la carotte sont également liées aux sulfures mais sont aussi associées, dans les parties moyenne et haute, aux carbonates. / In South America and especially in Argentina, the behaviour of mercury (Hg) and arsenic (As) mainly in sediments remains poorly understood. The Mar Chiquita system and more particularly the Laguna del Plata with its associated Suquía River basin is used here as a case study to identify the dynamic of these two trace elements. Their distribution in space and time are studied in relation with the anthropic presence and the hydrological conditions that importantly changed in the last century.The methodology consisted first to study the spatial distribution of mercury and arsenic thanks to the analysis of water and sediments taken all along the Suquía River and Laguna del Plata. Secondly, the sampling and study of a sediment core taken in Laguna del Plata allowed to evaluate variations of Hg and As with time.The implementation of selective extractions allowed to better identify Hg and As bearing phases. The global interpretation of the results and the support of satellites images revealed the important role played by climate changes and hydrological variations in the control of mercury and arsenic behaviour within the Mar Chiquita system. The combination of these different approaches revealed that the dynamic of mercury and arsenic shows contrast behaviour. Hg concentrations are low when the climate conditions are dry and lake-level is low. They are mainly associated to sulphurs carried by the Suquía River. The augmentation in regional precipitations produced higher runoff, rise in the lake-level and an increment in Hg accumulations. In this period Hg is mainly associated to the organic matter. As instead is contributed to the lake in solution and by the influence of winds from the loessic Chaco Pampean Plain in drier periods. As is associated to reactive Fe and Mn oxyhydroxides throughout the core. High concentrations in the bottom of the core are also associated to sulphides while in the middle and upper part As concentrations are as well associated with carbonates. / En Sudamérica y especialmente en Argentina, el comportamiento del mercurio (Hg) y del arsénico (As) principalmente en los sedimentos sigue siendo poco conocido. El sistema de Mar Chiquita y más particularmente la Laguna del Plata, asociada con la cuenca río Suquía se utiliza aquí como un caso de estudio para identificar la dinámica de estos dos elementos traza. Su distribución en el espacio y el tiempo son estudiados en relación con la presencia antrópica y las condiciones hidrológicas que fluctuaron grandemente en el siglo pasadoLa metodología consistió primero en estudiar la distribución espacial de mercurio y arsénico, gracias al análisis de agua y sedimentos tomadas a lo largo del río Suquía y en la Laguna del Plata. En segundo lugar, la recolección de muestras y el estudio de un núcleo de sedimento tomadas en Laguna del Plata les permitió evaluar las variaciones de Hg y As en el tiempo. La puesta en práctica de extracciones selectivas permitió identificar de una mejor manera las fases portadoras de Hg y As. La interpretación global de los resultados y el apoyo en el análisis de imágenes satelitales revelan el importante papel desempeñado por los cambios climáticos y las variaciones hidrológicas en el control del comportamiento de mercurio y arsénico en el sistema de Mar Chiquita. La combinación de estos diferentes enfoques reveló que la dinámica del mercurio y del arsénico muestra un comportamiento contrastante. Las concentraciones de mercurio son bajas cuando las condiciones climáticas son secas y el nivel de la laguna es bajo. Éstas se asocian principalmente a sulfuros transportados por el río Suquía. El aumento en las precipitaciones regionales produjo mayor escorrentía, aumento en el nivel de la laguna y un incremento en la acumulación de Hg. En este período el Hg se asocia principalmente a la materia orgánica. Por el contrario, As es aportado a la laguna en solución y por la influencia de los vientos provenientes de la llanura Chaco Pampeana en periodos secos. As está asociado a oxihidróxidos reactivos de Fe y de Mn en todo el núcleo de sedimentos. Las altas concentraciones en la parte inferior del núcleo de sedimentos también se asocian a los sulfuros, mientras que en la parte media y superior las concentraciones de As están asociadas a los carbonatos. / Na América do Sul , especialmente na Argentina, o comportamento do mercúrio (Hg) e arsênio (As), principalmente em sedimentos permanece mal compreendida. Sistema de Mar Chiquita, e mais particularmente a Laguna del Plata, associada a bacia do rio Suquía é usado aqui como um estudo de caso para identificar a dinâmica desses dois elementos-traço. A sua distribuição no espaço e no tempo são estudados em relação à presença antrópica e as condições hidrológicas que oscilou muito no século passadoA metodologia foi o primeiro a estudar a distribuição espacial de mercúrio e arsênico, graças à análise de água e sedimentos tomadas ao longo do rio Suquía ea Laguna del Plata. Em segundo lugar, a coleta de amostras eo estudo de um núcleo de sedimentos tomada em Laguna del Plata lhes permitiu avaliar as mudanças na Hg e As em tempo.A implementação de extrações seletivas permitido uma melhor maneira de identificar as fases de transporte de Hg e As como a interpretação global dos resultados e apoio na análise de imagens de satélite revelam o importante papel desempenhado por mudanças no clima e as variações hidrológicas controlar o comportamento do mercúrio e arsênio em sistema de Mar Chiquita. A combinação destas diferentes abordagens revelaram que a dinâmica de mercúrio e arsénio mostra um comportamento contrastante. As concentrações de mercúrio são baixos quando as condições meteorológicas são secos e o nível do lago está baixo. Estes são principalmente associado com sulfetos transportados pelo rio Suquía. O aumento da precipitação regional, produzido mais do escoamento, aumento do nível da laguna e um aumento na acumulação de Hg . Durante este período, Hg está associada principalmente com matéria orgânica. Em contraste, como contribuiu para a lagoa em solução e As influência dos ventos do Chaco pampeana em períodos secos. Como está associada com reagentes oxihidróxidos Fe e Mn em todo o núcleo do sedimento . Concentrações elevadas no sedimento de fundo do núcleo também estão associados sulfuretos, enquanto que as porções média e superior, como as concentrações estão associadas com os carbonatos.