Manmade radionuclides have been introduced to the environment for almost a century. The main source has been the nuclear weapons testing programmes, but accidental releases from the nuclear power production industries have also contributed. The risk to humans from potential releases from nuclear facilities is evaluated in safety assessments. Essential components of these assessments are exposure models, which estimate the transport of radionuclides in the environment, the uptake in biota, and transfer to humans. Recently, there has been a growing concern for radiological protection of the whole environment, not only humans, and a first attempt has been to employ model approaches based on stylised environments and transfer functions to biota based exclusively on bioconcentration factors. They are generally of a non-mechanistic nature and involve no knowledge of the actual processes involved, which is a severe limitation when assessing real ecosystems. The research presented in this thesis attempts to introduce a methodology for modelling exposure of biota that is based on systems ecological theories and concepts. All presented papers concern bioaccumulation and circulation of radionuclides in coastal areas of the Baltic Sea, which is a sea surrounded by several nuclear power plants, waste repositories and reprocessing facilities. Paper I illustrates how an ecosystem model can be used to predict the fate of C-14 in a bay, and to explore the influence of uptake route and water exchange on the concentrations in biota. Due to the longevity of many radionuclides, time spans of thousands of years need to be considered in assessments of nuclear waste facilities. In Paper II, the methodological problems associated with these long timescales are discussed and a new modelling approach is proposed. An extension and generalisation of the C-14 flow model into a generic model for other radionuclides is described and tested in Paper III. This paper also explores the importance of three radionuclide specific mechanisms (plant uptake, excretion and adsorption to organic surfaces) for the concentrations in biota. In Paper IV, the bioaccumulation kinetics of three radionuclides in three key benthic species of the Baltic Sea is studied experimentally. Paper V considers remobilisation and redistribution of sediment-associated radionuclides due to biological mixing, in a microcosm study. The findings in this thesis show both that it was possible to use an ecosystem approach to assess the exposure to biota, and that this approach can handle many of the problems identified in the use of traditional exposure models for radionuclides. To conclude, frameworks for the protection of the environment from ionising radiation would benefit from implementing methodologies based on ecologically sound principles and modelling techniques.

Le rendement en grains (Rdt) et la teneur en protéines (%Prot) sont deux cibles majeures dans les programmes de sélection variétale chez le blé car ces caractères contribuent à la valeur économique de cette culture. Malheureusement, leur amélioration simultanée est empêchée par la relation négative %Prot-Rdt. Il a été montré que l'écart à cette relation ("Grain Protein Deviation", GPD) est déterminé en partie génétiquement et serait utile pour modifier cette relation négative mais ses bases biologiques restent mal comprises à ce jour. Nous avons montré que le GPD est principalement relié à la variabilité génétique pour l'absorption d'azote post-floraison (ABSN) dans les conditions agro-climatiques du Nord-Ouest de l'Europe. Nous proposons que la variabilité génétique pour l'accès à l'azote du sol (architecture et fonctionnement racinaire) ou pour la régulation de ABSN par le statut azoté (transport et assimilation de l'azote) pourrait expliquer le GPD. Etant donné que le retardement de la sénescence durant la période post-floraison peut résulter en une augmentation de ABSN, nous avons analysé les déterminants génétique des relations entre durée de sénescence des feuilles après floraison et Rdt ou %Prot, observées au niveau phénotypique, en utilisant des données acquises sur une population de cartographie de blé cultivée au sein d'un large réseau expérimental. Une association positive entre durée de sénescence des feuilles après floraison et %Prot ou Rdt a été observée selon les environnements étudiés. Nous faisons l'hypothèse que l'impact d'un retardement de la sénescence des feuilles après floraison pourrait être modulé selon la disponibilité en azote durant cette période, ce qui conduirait à modifier la relation %Prot-Rdt selon les environnements étudiés. Enfin, des données obtenues sur trois populations de cartographie cultivées dans un large réseau expérimental ont permis de suggérer, après méta-analyse de QTL, des régions génomiques potentiellement utiles en sélection pour améliorer la %Prot sans diminuer le Rdt. Ceci a permis de mettre en avant des régions situées sur les chromosomes 2A et 3B. En particulier, la région située sur le 2A pourrait être reliée à la présence d'un gène codant pour une glutamine synthétase chloroplastique qui a été associée à la variabilité génétique pour %Prot chez le blé tendre dans une étude antérieure.

Le cadmium (Cd) est un élément toxique. Les activités humaines ont contaminé un large éventail de sols agricoles. L'exposition de l'homme au Cd se fait majoritairement par voie alimentaire, notamment à travers les aliments de base tels que les céréales. Le blé dur accumule naturellement plus de Cd dans ses grains que les autres céréales. Une fraction significative de la production française de blé dur dépasse la limite réglementaire européenne fixée pour le Cd. Il est donc nécessaire de réduire l'accumulation de Cd dans les grains de blé dur. Cette thèse portant sur l'écophysiologie de l'allocation du Cd aux grains chez le blé dur a pour ambition d'aider au développement de stratégies agronomiques visant à réduire le niveau de contamination en Cd du blé dur et de ses dérivés.Dans un premier temps, nous avons étudié la relation entre la structure de la biomasse aérienne et l'allocation de Cd aux grains. Nous avons fait l'hypothèse que la répartition de la biomasse aérienne entre pailles et grains était un facteur déterminant de l'allocation du Cd aux grains. Huit cultivars Français de blé dur - de hauteur de paille contrastée - ont été cultivés en présence de Cd. Comme prévu, le principal facteur expliquant la différence d'accumulation de Cd dans le grain était la structure de la biomasse aérienne. Les cultivars allouant une plus grande proportion de leur biomasse aérienne aux pailles - autrement dit les cultivars à longue tige - avaient tendance à accumuler moins de Cd dans leurs grains, car les tiges et les feuilles sont des puits de Cd en concurrence avec les grains lors de leur remplissage.Les minéraux importés dans les grains proviennent soit de leur absorption directe par la racine après l'anthèse, soit de leur remobilisation depuis des réserves constituées avant l'anthèse. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à déterminer l'importance quantitative de ces deux « sources » pour le Cd chez le blé dur, et de préciser comment leur contribution relative varie entre cultivars et avec le niveau d'azote (N). Le traçage isotopique a été utilisé pour suivre le flux de Cd absorbé après l'anthèse. L'impact du niveau d'azote a été testé en privant la moitié des plantes de N après l'anthèse, sur deux cultivars montrant une capacité contrastée à accumuler le Cd dans leurs grains. La contribution de la remobilisation a été estimé à 50%, ce qui signifie que la moitié du Cd accumulé dans les grains provenait du Cd prélevé après l'anthèse. Le Cd a été remobilisé à partir des tiges, peut-être des racines, mais pas à partir des feuilles. La contribution de la remobilisation n'a pas varié entre les deux cultivars, de sorte qu'aucune relation entre la « source » de Cd et son niveau d'accumulation dans le grain n'a été mise en évidence. La privation d'azote en phase de remplissage a stimulé la remobilisation de N sans affecter celle de Cd, ce qui suggère que la remobilisation de Cd est un processus indépendant de la sénescence.En troisième lieu, nous avons examiné comment les caractéristiques d'allocation de Cd aux grains étaient modulées par le niveau d'exposition au Cd. [...]Enfin, nous nous sommes intéressés à la localisation de Cd dans le grain. [...] Ce travail a fourni la première carte de localisation de Cd dans un grain de blé dur. La distribution de Cd s'est caractérisée par une forte accumulation de Cd dans le sillon et par une dissémination dans l'endosperme amylacé plus prononcée que celle de Fe et Zn. / Cadmium (Cd) is a toxic element. Human activities have contaminated a wide range of agricultural soils. Most of Cd entering human bodies is through the dietary intake, and especially through staple food like cereals. Durum wheat naturally accumulates more Cd in its grains than other cereals. A significant fraction of the French durum wheat production has been found to exceed the European regulatory limit set for Cd. There is thus a need to reduce the accumulation of Cd in durum wheat grains. This thesis is dedicated to a better understanding of the ecophysiology of Cd allocation to the grains in durum wheat, with the ambition of helping to find agronomic strategies to reduce the Cd contamination level of durum wheat products.In first, we investigated the relationship between the aboveground partitioning of Cd and the shoot allometry. We hypothesized that the partitioning of shoot biomass between grains and straws is a driver of the allocation of Cd to the grains. Eight French durum wheat cultivars differing in their stem height were grown in presence of Cd. As expected, the main factor explaining the difference in their grain Cd was the shoot biomass partitioning. Cultivars allocating a higher proportion of their aerial biomass to the straws, i.e. long-stem cultivars, tended to accumulate less Cd in their grains because stems and leaves are sinks for Cd in competition with developing grains.Minerals imported into cereal grains originate from either direct post-anthesis root uptake or from the remobilization of pre-anthesis stores. The second part of this work was dedicated to determine the quantitative importance of these two pathways for Cd in durum wheat, and how their relative contribution vary between cultivars and with the level of nitrogen (N) supply. Stable isotopic labelling was used to trace the flux of Cd taken up post-anthesis. The impact of N supply was tested by depriving half of the plants of N after anthesis, in two cultivars showing a contrasted ability to accumulate Cd in their grains. The contribution of Cd remobilization was around 50%, which means that half of Cd in grains originated from Cd taken up pre-anthesis. Cd was remobilized from stems, possibly from roots, but not from leaves. The contribution of remobilization did not vary between the two cultivars so that no relationship between the pathway and the level of accumulation of Cd in grain was evidenced. Post-anthesis N deprivation triggered the remobilization of N without affecting that of Cd, which suggests that Cd remobilization is a senescent-independent process.In third, we investigated how the characteristics of Cd allocation to the grains was affected by the level of Cd exposure. [...]In last, we focused on how Cd was distributed within durum wheat grains. [...] This work provided the first map of Cd localization in durum wheat grains. Cd distribution was characterized by a strong accumulation of Cd in the crease and by a non-negligible dissemination in the starchy endosperm, as compared to Fe and Zn.

Dans le cadre du changement climatique et de l'évolution de la réglementation concernant les intrants azotés, la culture du colza risque d'être fortement pénalisée dans la mesure où c'est une culture qui nécessite d'importants apports azotés pour atteindre son potentiel de rendement. Par ailleurs, comme chez le colza un déficit hydrique induit l'accumulation de certains composés azotés, il est vraisemblable que cela conduise au détournement d'une quantité importante d'azote vers les organes végétatifs aux dépens des organes reproducteurs et donc du rendement. Chez le colza, la réponse métabolique au déficit hydrique se traduit par une très forte accumulation de proline et dans une moindre mesure une augmentation de la teneur en GABA (acide γ-aminobutyrique), deux acides aminés connus chez la plupart des plantes pour leur réponse à de nombreux stress abiotiques. L'objectif de cette thèse est de déterminer comment le métabolisme de ces deux molécules contribue à l'allocation de l'azote au cours du développement de la plante en situation normale comme en condition de stress hydrique et/ou azoté. Pour répondre à cette question nous avons fait le choix de caractériser deux voies enzymatiques majeures impliquées dans le catabolisme de la proline et du GABA : la proline déshydrogénase (ProDH) et la GABA-transaminase (GABA-T) et d'évaluer l'impact de carences hydriques et/ou azotées sur ces voies. Cette étude nécessitait d'identifier au préalable les gènes codant ces enzymes afin d'aborder une approche fonctionnelle. Les résultats montrent l'existence de multiples copies de gènes ProDH et GABA-T dans le génome du colza. L'analyse de leurs profils d'expression suggère que des processus de sub-fonctionnalisation sont en cours conduisant à l'expression spécifique, de certaines copies en réponse aux stress, et d'autres dans les processus développementaux. La comparaison des profils métaboliques avec les profils spécifiques des transcrits a permis d'élaborer des hypothèses sur le rôle de ces voies dans la gestion de l'azote. L'étude conjointe des métabolismes de la proline et du GABA suggère l'existence de régulations connexes entre les deux. Enfin, l'utilisation de plantules a permis - d'approfondir la régulation des gènes étudiés à des stades précoces de développement - et de mettre en évidence les effets délétères de l'inhibition de la GABA-T par une approche pharmacologique. En conclusion ces résultats apportent des précisions sur la régulation de ces deux enzymes et fournissent des éléments de réponse quant au rôle fonctionnel des catabolismes de la proline et du GABA dans les processus de gestion de l'eau et de l'azote chez le colza. Ces travaux constituent donc une première étape dans une démarche de validation de ces gènes comme candidats pour des programmes d'amélioration du colza visant à sélectionner des génotypes mieux adaptés aux conditions environnementales futures. / In the context of climate change and recent regulation concerning nitrogen inputs, the oilseed rape yields may be severely decreased because its crop requires significant nitrogen supply to reach high yield performance. Moreover, as water deficit induces the accumulation of some nitrogen compounds in oilseed rape, it is likely that this could lead to diversion of significant amounts of nitrogen to the vegetative organs at the expense of the reproductive ones and therefore of the yield. In oilseed rape, the metabolic response to water deficit results in a very high proline accumulation and, to a lesser extent, an increased content of GABA (γ-aminobutyric acid), both these amino acids known for their response to many environmental stresses in most species. The objective of the work presented here was to determine how the metabolism of proline and GABA contributes to the nitrogen allocation during plant development under optimal conditions and under water stress and/or nitrogen depletion. To answer this question, we have chosen to characterize two major enzymatic pathways involved in the catabolism of proline and GABA, proline dehydrogenase (ProDH) and GABA transaminase (GABA-T), and assess the impact of water and/or nitrogen deficiency on these pathways. This study has required to preliminary identify the genes encoding these enzymes in order to initiate a functional approach. The results show the presence of multiple copies of ProDH and GABA-T genes in the oilseed rape genome. Analysis of their expression profiles suggests that sub-functionalization processes are occurring, leading to the specific expression of some copies in response to stress, and some in developmental processes. Comparison of metabolic profiles with specific profiles of transcripts allows us to hypothesize about the role of these pathways in management of nitrogen. The combined study of proline and GABA metabolisms suggests the existence of relationships between them. Finally, the use of seedlings allows - further studying the regulation of genes in the early stages of development - and highlighting the deleterious effects of the inhibition of GABA-T by a pharmacological approach. In conclusion these results supply information on the regulation of these two enzymes and provide answers about the functional roles of proline and GABA catabolisms in the management processes of water and nitrogen in oilseed rape. These works constitute a first step in validation process of these genes as putative candidates for oilseed rape breeding programs to select genotypes better adapted to future environmental conditions.

Brassica napus est une des cultures oléagineuse majeure dans le monde. En raison de sa faible efficacité d’utilisation de l’azote (NUE) comparée aux autres grandes cultures, la gestion de cette ressource présente un objectif écologique et économique majeur pour cette culture. La remobilisation des nutriments des organes sources vers les organes puits est une composante de la NUE qui se déroule durant la sénescence et qui est associée aux processus de recyclages métaboliques et à des modifications de la structure foliaire. L’objectif de cette thèse était de comprendre et de quantifier ces modifications structurales afin d’évaluer à travers ces processus les capacités de remobilisation du colza en fonction de son génotype et de son statut nutritionnel (eau et azote). La structure foliaire a été étudiée grâce à la relaxométrie RMN qui donne accès au statut et à la distribution de l’eau au niveau cellulaire. Ces travaux de thèse ont mis en évidence que la distribution des temps de relaxation transversale (T2) dépend non seulement de la structure cellulaire, mais aussi de l’organisation tissulaire. Cette étude a aussi mis en évidence le processus d’élargissement cellulaire et d’hydratation pendant la sénescence, spécifiquement dans le parenchyme palissadique. Il a été également démontré que le signal RMN reflète la déstructuration progressive se déroulant durant la sénescence au niveau subcellulaire et est un marqueur de sénescence précis permettant de suivre le développement de la feuille. De plus, le statut nutritionnel de la plante modifié par les carences azotées ou le stress hydrique, impacte grandement la sénescence séquentielle et les conséquences en termes d’efficacité de la remobilisation peuvent être suivies par RMN. Ce travail a permis de renforcer les connaissances sur la structure et le fonctionnement de la feuille au niveau tissulaire et cellulaire. De plus, il a été démontré que le signal de relaxométrie RMN donne accès à des informations sur la structure foliaire inaccessible par des méthodes courantes. Une des principales applications de ce travail serait le phénotypage, particulièrement la sélection de génotypes caractérisés par une forte efficacité de remobilisation en particulier en cas de carence azoté ou de stress hydrique. / Brassica napus is one of the major oil crops of the world. Due to its low NUE (Nitrogen Use Efficiency) compared to other species, Nitrogen management presents a major economic and environmental goal for improvement of that crop production. As a component of NUE, nutrient remobilization from source to sink tissues takes place mainly during the leaf senescence and is associated to metabolic recycling processes and modification of the cellular organization and structure. The aim of this work was therefore to understand and estimate the amplitude of these structural modifications with the objective to appreciate through these processes remobilization performance according to oilseed rape genotypes and nutritional status in terms of nitrogen and water supply. The leaf structure was investigated through NMR relaxometry, providing access to cellular water status and distribution. The present work demonstrated that the transverse relaxation time (T2) distribution depends on both leaf tissue structure and cellular compartmentalization. The study revealed a process of cell enlargement and hydration during leaf senescence, specifically in the palisade parenchyma and showed that the T2 relaxation time was able to discriminate parenchyma tissues at an early phase of senescence induction. Moreover, the NMR relaxometry signal was shown to reflect specific chronological loss of sub-cellular structuring all along the senescence process progression and was demonstrated to be an accurate non-invasive monitoring method of leaf development. Finally, plant nutrition status experienced through nitrogen and water availability limitation has been demonstrated to strongly affect regular sequential leaf senescence. Consequences on remobilization efficiency by stress conditions have been also assessed through the NMR signal. This work has improved the understanding of leaf structure and functioning at the cell and tissue levels after the onset and during the progression of senescence. Moreover, it was demonstrated that NMR relaxometry provides access to leaf structural information that are not accessible with currently used techniques for plant structural investigations. One of the main applications would be for plant phenotyping, especially for selecting genotypes with higher nutrient remobilization efficiency especially under environmental stresses like nitrogen and water limitations for sustainable oil and protein production.

Les retenues de barrage sont l’objet d’enjeux sociétaux, économiques et environnementaux. Leur présence affecte le transit naturel de l’eau et de la charge sédimentaire associée. Selon les cycles hydrologiques et leur exploitation, la remobilisation des sédiments accumulés et des contaminants associés est plus ou moins marquée. Dans ce contexte, cette étude a pour principal objectif de déterminer l’évolution des teneurs, flux et spéciation des éléments métalliques au cours des phases d’accumulation et de remobilisation sédimentaire naturelles et influencées. Pour ce faire, une étude de terrain de 19 mois à l’amont et à l’aval de l’ouvrage a été effectuée en conditions courantes et événementielles d’exploitation. Le suivi de deux opérations de chasses d’hydrocurage, destinées à l’évacuation des sédiments de la retenue par ouverture des vannes de fond du barrage en période de hautes eaux, a notamment été réalisé. L’impact des différents paramètres physicochimiques (ratio solide/liquide, pH, potentiel redox, séchage) sur le devenir et la spéciation des éléments métalliques ainsi que les différents mécanismes associés ont quant à eux été évalués à l’aide d’expériences de laboratoire, d’études statistiques et de modélisation. Les résultats ont montré qu’en période d’exploitation courante, la présence de l’ouvrage induit une discontinuité amont/aval des teneurs, flux et partition des éléments métalliques, amplifiant notamment l’influence du pH sur leur spéciation et mobilité du fait de l’artificialisation des conditions d’écoulement. Lors des opérations d’exploitation événementielle par chasse d’hydrocurage, la modification des conditions de pH, d’oxydoréduction et de ratio S/L au sein du cours d’eau aval lors du passage de la charge sédimentaire augmente les teneurs en As, Fe et Mn solubilisés via des phénomènes de désorption et de dissolution des oxydes métalliques. Néanmoins, étant donné la faible mobilité des éléments métalliques et la stabilité des phases porteuses, les flux dissous restent minoritaires par rapport aux flux particulaires. La réalisation fréquente des opérations de chasse permet de minimiser les flux sédimentaire et métallique mis en jeu au cours du temps, limitant par conséquent son impact sur le cours d’eau aval. / Dam reservoir contexts concentrate social, economic and environmental issues. Their presence modifies both natural water and sediments continuity. Water level can be stable or fluctuate according to hydrological cycles and exploitation, leading to more or less pronounced sediments and associated contaminants remobilization. In such context, this work aims at studying spatio-temporal changes in concentrations, fluxes as well as speciation of metallic elements during natural and anthropologically-driven sediments accumulation and resuspension phases. For this purpose, a 19 months field survey was performed upstream and downstream from the dam during both routine and exceptional exploitation. The water and sediments quality during two sluicing events, performed in order to re-erode deposited reservoir sediments and flush them downstream through the bottom valves of the dam during high flows, were notably monitored. As for the influence of the main physicochemical parameters (i.e., solid/liquid ratio, pH, redox potential, drying) on metallic elements fate and speciation as well as the different processes involved, they were studied through laboratory experiments, statistical analyses and modeling. Results highlighted that during routine exploitation, dam presence leads to a significant discontinuity in metallic element dissolved concentrations, fluxes and speciation, mainly through pH changes magnified by water flow artificial lowering. During sluicing management, the high local pH, redox and S/L changes of the downstream water, mainly following maximum sediments release, enhance As, Fe and Mn solubilization through desorption or metallic oxydes dissolution. Nevertheless, given the overall low mobility of the metallic elements and bearing phases stability, dissolved fluxes remain far lower than particular ones. Recurrent sluicing management permits to minimize sediments and metallic fluxes, limiting toxicity towards aquatic biota.

Cette thèse est consacrée à la croissance et à la remobilisation crustales au Pan-Africain dans le Sud du massif du Ouaddaï au Tchad, situé à la marge Sud du Métacraton du Sahara et au Nord du Craton du Congo. La cartographie du secteur d'étude a permis de distinguer des roches métasédimentaires comprenant des niveaux d'amphibolites et intrudées par des roches plutoniques de composition intermédiaire à felsique. Les amphibolites correspondent à des basaltes tholeiitiques dérivés de la fusion partielle d'un manteau appauvri (ƐNd540= 4). Les roches felsique, représentées par des leucogranites de type-S, donnant des âges U-Pb sur zircon de 635 ± 3 Ma et 612 ± 8 Ma, sont issues de la fusion partielle des métasédiments. Les granitoïdes potassiques calco-alcalin de type-I, donnant un âge U-Pb sur zircon à 538 ± 5 Ma, incluant une monzonite à pyroxène de nature shoshonitique datée autour de ca. 540 Ma, sont caractérisées par des signatures isotopiques radiogéniques (ƐNd620= -4 et -15) et sont attribuées à la fusion partielle d'un manteau enrichi plus ou moins contaminé. Les roches métasédimentaires sont caractérisées par une foliation composite S0 /S1-2 de direction NE-SW qui est associée à des plis isoclinaux P1 et P2 d'échelle centimétrique à hectométrique et qui porte une linéation L1-2 plongeant faiblement vers le NW. Cette foliation est également affectée par des plis droits ouverts P3 associés à une schistosité de plan axial S3 fortement pentée vers le NNW ou le NW. La présence de grains de zircon détritiques et leurs signatures Hf comprenant une composante héritée Archéenne à Paléoprotérozoique indique que les roches métasédimentaires sont issues de l'érosion des cratons voisins et un dépôt au début du Néoprotérozoique.[...] / This thesis is devoted to crustal growth and Pan-African reworking in the south of the Ouaddaï massif in Chad, located at the southern margin of the Sahara Metacraton and north of the Congo Craton. Geologic mapping has allowed to identify metasedimentary units alternating with amphibolites and intruded by plutonic rocks with intermediate to felsic composition. Amphibolites correspond to pre-tectonic tholeiitic basalts derived from the partial melting of the depleted mantle (ƐNd540= 4). The felsic rocks, represented by S-type leucogranites yielding U-Pb zircon ages of 635 ± 3 Ma and 612 ± 8 Ma, are derived from the partial melting of metasediments. High-K calc-alkaline I-type granitoids yielding U-Pb zircon ages at 538 ± 5 Ma, and including a shoshonitic pyroxene-monzonite yielding U-Pb zircon ages at 538 ± 5 Ma are characterized by radiogenic isotopic signatures (ƐNd540= -4 et -15) and are partial melting of an enriched mantle with a potential impact of mixing of mantle and crustal-derived magmas. Metasedimentary rocks display a NE-SW trending S0/S1-2 foliation associated with centimeter to hectometer scales F1 and F2 isoclinal folds delineating hook type interferences pattern and bearing a L1-2 lineation weakly dipping towards the NW. The S0/S1-2 foliation is also affected by upright open F3 folds marked by the development of a faint axial planar S3 schistosity variably dipping to the NNW or NW. Zircon detrital grains with Hf signatures pointing to an Archaean to Paleoproterozoic inheritance indicates that metasedimentary rocks are derived from erosion of the surrounding cratons and were deposited in the early Neoproterozoic. These rocks were subsequently affected by deformation and metamorphism dated at 627 ± 7 Ma (by Th-U-Pb on monazite) and at 602 ±3 Ma (by U-Pb on zircon), typical of green schist facies and amphibolite facies. [...]

La région de Rouyn-Noranda est fortement touchée par la contamination en éléments traces (ET), tels que l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le cuivre (Cu) et le plomb (Pb), provenant des dépositions atmosphériques générées par les émissions de la fonderie Horne. Bien que des études aient démontré l’influence biogéochimique de la fonderie sur l’environnement, aucune recherche ne s’est penchée spécifiquement sur la distribution spatiale des ET dans les écosystèmes terrestres situés en périphérie de la fonderie. Ce mémoire vise donc à cartographier l’étendue spatiale des ET dans la région de Rouyn-Noranda et d’évaluer leurs distributions, spatialement au sein du territoire, mais également entre les composantes écosystémiques de tourbières exposées à des niveaux contrastants de déposition. À partir des concentrations analysées au sein du bryophyte Sphagnum fuscum, échantillonné dans 54 bogs jusqu’à 50 km à l’est de la fonderie, la modélisation de la distribution spatiale des ET a été réalisée par l’entremise d’interpolation spatiale par krigeage. La contamination en ET est plus importante près de la fonderie et diminue significativement dès que la distance augmente de cette dernière. De même, les niveaux d’ET dans la tourbe, l’eau interstitielle et les composantes (racine, tige et feuille) de quatre espèces végétales caractéristiques des tourbières, sont systématiquement plus importants dans les sites situés à 10 km de la fonderie que dans ceux à 25 km. Au sein des végétaux, la remobilisation verticale des ET est limitée et ces éléments s’accumulent en majorité dans les racines, qui sont exposées aux concentrations élevées d’ET dans la tourbe et l’eau interstitielle. Mes travaux ont démontré que l’étendue de la contamination environnementale en ET à Rouyn-Noranda est fonction de la distance à la fonderie Horne et que la mobilité des ET dans les tourbières se concentre à l’interface sol-eau-racine. / The Rouyn-Noranda region is strongly affected by trace element (TE) contamination, such as arsenic (As), cadmium (Cd), copper (Cu) and lead (Pb), from atmospheric deposition of the Horne copper smelter emissions. Although studies have demonstrated the biogeochemical influence of the Horne smelter on the environment, no research has particularly investigated the spatial distribution of TEs in the vicinity of the smelter. This thesis aims to map the spatial extent of TEs in the Rouyn-Noranda region and to evaluate their distribution between the ecosystem components of peat bogs exposed to contrasting levels of TE depositions. Based on the TE concentrations analyzed in the bryophyte Sphagnum fuscum, sampled in 54 bogs up to 50 km east from the smelter, we modelled the spatial extent of TE through spatial kriging interpolation. Trace element contamination is higher near the smelter and decreases with increasing distance from the latter. Consequently, TE levels in the peat, pore water, and components (roots, shoots, and leaves) of four plant species within bogs are consistently higher at sites 10 km from the smelter than at sites 25 km away. Within plants, the vertical translocation of TE is limited, and these elements accumulate specifically in the roots, which are exposed to considerable concentrations of TE in the peat and in the pore water. My work has shown that the extent of the environmental contamination of TEs in Rouyn-Noranda is a function of the distance from the Horne smelter and their mobility in peatlands is localized at the root-soil-water interface.