La question de la contamination du milieu marin par les produits pharmaceutiques et de soin personnel (PPCP) se pose depuis une vingtaine d’années seulement. La principale source de contamination de ces substances se révèle être les stations d’épuration (STP) rejetant directement ou non leurs effluents traités en mer, les traitements employés dans ces stations n’étant pas toujours efficaces pour éliminer ces substances. Le premier objectif de la thèse a été d’évaluer l’état des lieux de la contamination du milieu marin par les PPCP, par une étude approfondie de la littérature, et ce dans les différents compartiments du milieu marin, l’eau de mer, les sédiments et les organismes. La contamination du milieu marin est évaluée principalement par des mesures ponctuelles in situ des concentrations des molécules. Cependant, pour obtenir une vision globale de la répartition de ces contaminants, la multiplication des campagnes d’échantillonnage rend cette méthodologie coûteuse en temps et en matériel. Des approches basées sur la modélisation des concentrations environnementales dans le milieu, par la détermination de concentrations environnementales prévisibles (PEC), peuvent être utilisées en complément ou à la place des mesures in situ. Les PEC constituent la première étape de l’évaluation du risque environnemental (ERE) et permettent d’évaluer l’exposition des organismes non cibles à ces substances. Cependant, pour être précise, cette estimation des concentrations doit être affinée en tenant compte des caractéristiques propres au site étudié. Le deuxième objectif de la thèse a été de proposer une méthodologie de calcul des PEC affinée de molécules pharmaceutiques et de leurs métabolites en zone côtière à l’aide d’un modèle hydrodynamique adapté. Deux molécules modèles ont été choisies, la carbamazépine et la venlafaxine. Afin d’évaluer le risque posé par les molécules pharmaceutiques, il est nécessaire de connaître les effets de ces substances sur les organismes. Actuellement, peu de données sont disponibles sur les organismes marins, contrairement aux organismes d’eau douce. De plus, l’ERE est bien souvent basée sur les résultats de tests standardisés, étudiant les effets à l’échelle de l’individu à des concentrations plus élevées que dans l’environnement. D’autres tests, effectués à des niveaux d’organisation biologique plus bas, sont plus sensibles à des faibles concentrations d’exposition, et sont donc plus pertinents en milieu marin. Le dernier objectif de la thèse a été d’étudier les effets du diclofénac sur la production des prostaglandines, cibles du mécanisme d’action connu de cette molécule, chez des moules méditerranéennes exposées. / The last twenty years, the issue of PPCP contamination of the marine environment caused a growing concern among scientific community. PPCP enter the environment mainly through wastewater treatment plants (WTP), not able to remove completely these substances. The first objective of the thesis was to assess the current state of knowledge on the PPCP occurrence in the different compartments of the marine environment (seawater, sediments and organisms) through a literature review. The contamination of the marine environment is generally assessed by “one-time” measures in situ. However, such monitoring campaigns are time-consuming and costly. Some approaches based on the determination of the predicted environmental concentrations (PEC) could be applied alternatively or complementarily to in situ measures. The PEC calculation is the first step of environmental risk assessment (ERA), to assess the exposure of non target organisms to these substances. However, this estimation needs to be refined to be accurate, by integrating site-specific information. The second aim of the thesis was to propose refined PEC calculation methodologies of pharmaceuticals and their metabolites in a coastal zone using an adapted hydrodynamic model. Two model compounds were chosen, carbamazepine and venlafaxine. In order to assess the environmental risk of pharmaceuticals, it is needful to assess their effects on organisms. Nowadays, few ecotoxicological data are available on marine organisms, contrary to freshwater organisms. Regulatory concept of ERA is often based on a set of short term standard tests carried out at high concentrations. Other tests, implemented at lower organizational levels, are more sensitive to low exposure levels and are more relevant for the marine risk assessment. The last objective was to study the effects of diclofenac on PG production, based on its mode of action, on marine mussels exposed.

Suite au déluge qui a marqué la région du Saguenay en 1996, une couche de nouveaux sédiments a recouvert les sédiments du secteur amont du fjord du Saguenay. Avant le déluge cette zone était caractérisée par la présence de sédiments contaminés, associés au déversement incontrôlé d’effluents liquides, pratiqué dans le passé par les industries de la région. La couche de sédiments déposés en 1996 a enfoui les sédiments contaminés et constitue donc une barrière isolante composée de matériaux plus propres. Afin d'estimer l'efficacité à long terme de la couche, un nouveau modèle numérique (TRANSCAP-1D) a été développé. Ce modèle simule la migration de composantes dissoutes dans une colonne de sédiments et considère l'advection, la diffusion/dispersion, et l'effet de la bio-irrigation. La formulation mathématique représente un milieu à double porosité, composé de pores et de trous ou tubes de vers. Le modèle a été calé avec les profils de concentration de l'arsenic dissous qui ont été mesurés à deux stations du fjord du Saguenay, après la déposition de la couche de recouvrement naturelle. Par la suite, une analyse de sensibilité a été réalisée afin d'évaluer l'impact de certains paramètres caractérisés par une variabilité ou incertitude importante aux sites à l'étude. Les résultats montrent que les paramètres associés à la bio-irrigation ont un impact significatif sur la migration des contaminants dissous vers la colonne d'eau. Par la suite, nous avons réalisé une analyse d'incertitude en utilisant la méthode Monte Carlo et les résultats ont été intégrés dans une analyse de décision pour le design d'une couche de recouvrement potentielle. Le cas présenté est hypothétique et concerne la réhabilitation d'un site contaminé qui est fréquenté régulièrement par la population de bélugas du Saint Laurent. L'exemple illustre les avantages de l'application de l'analyse de décision pour trouver l'alternative correspondante au coût total plus bas, en considérant les coûts et les risques d'échec associés au projet de réhabilitation. / In 1996 two days of intense rainfalls caused severe flooding in the Saguenay region and a new sediment layer was deposited on the upstream area of the Saguenay fjord. In the past, this area was exposed to the uncontrolled discharge of industrial effluents and the sediments were contaminated. The new sediment layer buried the contaminated sediments and constitutes a natural barrier of cleaner material, which isolates the contaminants from the water column. A new numerical model (TRANSCAP-1D) was developed in order to estimate the effectiveness of the natural barrier in isolating the contaminated sediments from the overlying water column. The model simulates the migration of dissolved compounds in a sediment column and includes advection, diffusion/dispersion and the effect of bio-irrigation. The mathematical formulation represents a double porosity medium, composed of sediment pores and tubes or burrows dug by worms. The model was calibrated using the concentration profiles of dissolved arsenic measured at two stations of the Saguenay fjord, after the capping event. Thereafter, a sensitivity analysis was performed in order to evaluate the impact of certain parameters showing a great variability and uncertainty at the studied sites. The results indicate that the parameters associated to bio-irrigation have a significant impact on the migration of dissolved contaminants towards the water column. Thereafter, we performed an uncertainty analysis, using the Monte Carlo method. The results were integrated in a decision analysis for the design of a capping layer in a hypothetical case of sediment remediation. The presented case considers a contaminated site regularly frequented by the beluga population of the St. Lawrence Estuary. The example illustrates the advantages of the application of the decision analysis method, which is used to find the least cost option, considering the costs and failure risks associated to the remediation project.

La pollution des eaux dans les réseaux unitaires et sanitaires peut être affectée par le changement du comportement hydraulique dans ces derniers. Les Matières en Suspension (MeS) sont considérées comme un indicateur majeur de cette pollution. C’est dans ce contexte que cette étude s’inscrit. Son objectif principal consiste à caractériser le comportement des polluants particulaires dans les réseaux d’assainissement sous différentes conditions hydrauliques. Afin d’atteindre les objectifs de la recherche, des tests de MeS, MVeS (Matières Volatiles en suspension) et ViCAs (Vitesse de Chute en Assainissement) ont été effectués sur des eaux unitaires et sanitaires de la Ville de Québec. De plus, une base de données a été fournie par la Ville de Québec qui a permis d’étudier le comportement hydraulique. Les résultats obtenus en termes de comportement hydraulique en temps de pluie confirment que le débit varie avec les caractéristiques des évènements pluvieux dans le réseau unitaire. Également, une augmentation importante de débit a été observée en réseau sanitaire vieillissant à la suite de pluies. En termes de qualité de l’eau, l’évolution de la concentration en MeS et MVeS est similaire à l’évolution du débit en temps sec. En temps de pluie, des profils décroissants de MeS sont obtenus pour quelques évènements où la concentration la plus forte peut être associée au premier flot. Les variations en termes d’hydraulique du système ont affecté les vitesses de chute des particules observées. En effet, ces vitesses augmentent avec le débit (la vitesse d’écoulement). D’autre part, l’augmentation de la fraction organique des particules coïncide avec une diminution de leurs vitesses de chute. En conclusion, cette étude a permis une meilleure compréhension des processus affectant le comportement des particules dans les réseaux d’assainissement ce qui contribuera à l’amélioration et la prévision de la qualité de l’eau. / Water pollution in combined and sanitary sewers can be affected by changes in hydraulic behaviour in sewer systems. The Total Suspended Solids (TSS) are considered a major indicator of this type of pollution. It is in this context that this study fits. Its main objective is to characterize the behaviour of particulate pollutants in sewer systems under different hydraulic conditions. In order to achieve the research objectives, analyses of TSS, VSS (Volatile Suspended Solids) and ViCAs (Settling velocity in sewage) were performed with combined and sanitary water samples from Québec City. In addition, a database was provided by the city to study the hydraulic behaviour. The results obtained in terms of the hydraulic behaviour in wet weather show that the variation of the flow rate depends on the characteristics of the rain in the combined sewer system. Also, an important increase in flow in the old sanitary sewer was observed in wet weather. In terms of water quality, the evolution of the concentration of TSS and VSS in dry weather follows the evolution of the flow. In wet weather, decreasing TSS profiles are obtained for some events where high concentrations can be associated to first flush. These variations of the system hydraulics and concentrations of TSS and VSS also affected the particle settling velocity distribution measured with the ViCAs protocol. In fact, the settling velocity increases with the flow (flow velocity). On the other hand, an increase in the organic fraction coincides with a decrease in the settling velocity. In conclusion, this study has provided a better understanding of the processes affecting the behaviour of particles in sewer systems, which will contribute to the improvement and the prediction of water quality.

Les mécanismes de formation, de migration et de recoupement des méandres des cours d'eau sont bien documentés mais, en Amérique du Nord, certaines lacunes demeurent concernant les processus de leur comblement sédimentaire. En aval de la ville de Joliette dans la région de Lanaudière, de part et d'autre de la rivière L'Assomption se trouvent plusieurs méandres abandonnés aux formes variées. Certains méandres semblent abandonnés depuis très longtemps, tandis que les processus de recoupement sont encore actifs pour d'autres. Ce mémoire de maîtrise vise à reconstituer l'évolution temporelle du comblement sédimentaire d'un des méandres abandonnés et ce, depuis son recoupement. Pour ce faire, une analyse par photographies aériennes couvrant la moitié du XXe siècle portant sur l'évolution du méandre et des terres adjacentes a été combinée à une analyse paléoécologique (macro restes végétaux, datations ¹⁴C) et lithostratigraphique d'une carotte de sédiments. Les résultats indiquent que le recoupement du méandre a eu lieu vers 210-150 ans BC. Au sein du méandre, un environnement d'abord aquatique riverain a évolué vers un milieu aquatique (étang ou lac), puis vers un milieu herbacé humide et, enfin, vers un milieu herbacé minérotrophe, lequel a perduré jusqu'à environ 210-265 ans AD. Le processus de comblement naturel fut ensuite perturbé par le défrichement des terres adjacentes et les activités agricoles qui en découlèrent. Ces perturbations ont eu pour effet de tronquer l'accumulation des sédiments, de déposer un lit de sédiments silteux et de modifier les conditions environnementales ainsi que les facteurs modulant les successions végétales subséquentes. L'excellente qualité de préservation des pièces macrofossiles a permis d'identifier au total 60 taxons vasculaires, ce qui en fait un site très diversifié en termes d'espèces végétales. C'est la première fois au Québec qu'une telle étude paléoécologique est menée sur les sédiments d'un méandre abandonné.

Tableau d'honneur de la FÉSP / Des données bathymétriques à haute résolution acquises à l'aide d’un sonar multifaisceaux et d’un interféromètre ont permis de cartographier pour la première fois la géomorphologie subaquatique des lacs Pentecôte, Walker et Pasteur, trois fjords lacustres profonds et rapprochés sur la Côte-Nord (Est du Canada). Ces anciens bassins sédimentaires glaciomarins ont été isolés par le relèvement glacio-isostatique pour évoluer en lacs profonds et allongés aux versants abrupts. Leur position géographique clé et leurs caractéristiques limnogéologiques typiques des fjords présentent un potentiel exceptionnel pour des reconstitutions paléoenvironnementales à haute résolution sur une longue période de temps. Une modélisation du potentiel hydraulique suggère que le Lac Walker a probablement existé en tant que lac sous-glaciaire sous l’Inlandsis laurentidien pendant le Dernier Maximum Glaciaire, suggérant que des sédiments pourraient avoir échappé à l'érosion glaciaire et contenir des paléo-enregistrements de la et/ou des dernière(s) glaciation(s). Ces lacs, localisés à proximité des systèmes morainiques du Dryas récent et inondés lors de la transgression marine postglaciaire de la Mer de Goldthwait, ont préservé des archives sédimentaires laminées jusqu'à aujourd'hui, enregistrant les changements paléoenvironnementaux produits depuis la dernière déglaciation. Les profils acoustiques de sous-surfaces acquis à l'aide d'un Chirp bi-fréquences (3.5. et 12 kHz), ainsi que les carottes de sédiment ont révélé la présence de quatre unités sédimentaires. Le soubassement acoustique (U1), c.-à-d. le socle rocheux et/ou les sédiments de contact glaciaire, révèle la présence de vallées rocheuses en forme de V au fond des lacs qui ont possiblement échappé à l’érosion glaciaire. Les moraines observées dans les lacs et à l’embouchure de leur vallée structurale indiquent une déglaciation rapide ponctuée par de courtes stabilisations glaciaires. Au cours de la déglaciation et à la suite de leur isolation, les lacs ont été remplis par d’épais sédiments rythmiquement laminés de silts et d’argile (U2) déposés pendant l’épisode marin et/ou glaciolacustre, qui ont été perturbés par des mouvements de masse durant la déglaciation. Des datations AMS 14C révèlent que la déglaciation des bassins versants des lacs Pentecôte et Walker et le développement des conditions para- et postglaciaires sont survenus vers < 7995 à 8160 et < 7845-7950 cal BP respectivement. Le développement des longues plaines deltaïques à la tête des lacs au cours de l'Holocène, a généré une source constante de sédiments fluviatiles (U3) et la formation de structures sous-marines en forme de croissant sur la pente subaquatique des deltas. La partie supérieure (c.-à-d. ~ 4 à ~ 6,5 m) de la séquence sédimentaire des lacs révèle un enregistrement continu des conditions para- et postglaciaires (U4) qui contiennent des sédiments rythmiquement laminés (possiblement des varves) et une série de couches déposées rapidement. Ces sédiments riches en matières organiques montrent que de faibles taux de sédimentation ont prévalu dans les lacs depuis la déglaciation de leur bassin versant et qu’ils ont diminué au cours de l'Holocène. / High-resolution bathymetric data acquired using a multibeam echosounder and an interferometric side-scan sonar allowed mapping for the first time the sublacustrine geomorphology of the lakes Pentecôte, Walker and Pasteur, three deep adjacent fjord-lakes of the Québec North Shore (eastern Canada). These formerly glaciomarine sedimentary basins have been glacio-isostatically uplifted to form deep steep-sided elongated lakes. The key geographical position and their limnogeological characteristics typical of fjords show exceptional potential for paleoenvironmental reconstructions at high resolution on a long period of time. A hydraulic potential modelling suggest that the Lake Walker probably existed as a subglacial lake beneath the Laurentide Ice Sheet during the LGM suggesting that sediments could have escaped glacial erosion and may contain paleo-records of the last glaciation(s). These lakes, located near Younger Dryas morainic systems, were flooded during the Goldthwait Sea postglacial marine transgression and have preserved laminated sediment archives until today which contain sedimentary archives that recorded paleo-environmental changes that have occurred since the last deglaciation. Acoustic sub-bottom profiles acquired using a bi-frequency Chirp echosounder (3.5 & 12 kHz), together with cm-short and m-long sediment core data, reveal the presence of four sedimentary units. The acoustic basement (U1), related to the structural bedrock and/or the ice-contact sediments of the Laurentide Ice-Sheet reveal the presence of V-shaped bedrock valleys at the bottom of the lakes that possibly escaped glacial erosion. Moraines observed at the bottom of the lake and in their structural valleys indicate an overall fast deglaciation punctuated by short-term ice margin stabilizations. Following ice-retreat and their isolation, the fjord-lakes were filled by thick sequence of rhythmically laminated silts and clays (U2) deposited during marine and/or glaciolacustrine settings which were disturbed by mass-movements during the deglaciation. AMS 14C dating reveal that the deglaciation of the lakes Pentecôte and Walker watersheds and the development of para- and postglacial conditions occurred at < 7995 – 8160 and < 7845–7950 cal BP respectively. The development of the long lake-head river delta plain during the Holocene, generated a constant source of fluvial sediments supply (U3) and the formation of crescentic and creeping bedforms on the sublacustrine deltas slope. Lakes reveal in the upper (i. e., ~4 to ~6.5 m of their sediment infill a continuous para- to postglacial sediment record (U4) that contain laminated sediment (possibly varves) and a series of rapidly deposited layers. These organic-rich sediments show that low rates of sediment accumulation have prevailed in the lakes since the deglaciation of their watershed and have decreased during the Holocene.

L'érosion côtière affecte actuellement plus de 50% des côtes de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Dans ce contexte, il est important de comprendre le transfert sédimentaire vers le milieu marin puisque les sédiments sont exportés du système littoral et contribuent ainsi à la perte de sédiments sur la côte. L'objet de cette étude est donc de caractériser le transfert sédimentaire le long de la baie de la Boule vers le milieu marin via un système chenal-levée au large de la Pointe-aux-Basques (Sept-îles, Côte-Nord) afin de déterminer si ce système contribue présentement à transférer des sédiments côtiers erodes vers le large. Pour atteindre cet objectif, des données bathymétriques à haute résolution, de sonar à balayage latéral, de profileur acoustique de sous-surface, de magnétomètre marin et LiDAR ont été acquises dans la région de Sept-îles. De plus, huit carottes boîtes ont été prélevées de la colonne sédimentaire à même le système chenal-levée afin d'analyser les propriétés physiques et chimiques des sédiments ainsi que le profil de décroissance radioactive du 210Pb. Les résultats de cette étude confirment que la région est affectée par une dynamique sédimentaire côtière très active, où plus de 400 000 m3 de sédiments ont été transportés sur la côte entre 2006 et 2008. En milieu marin peu profond, les données granulométriques démontrent qu'un système de dunes prograde vers l'ouest. Ces dunes permettent de transférer les sédiments vers la Pointe-aux-Basques où le rétrécissement du plateau côtier engendre le débordement des sédiments et la formation de courants gravitaires. Ces courants gravitaires sont à l'origine du système chenal-levée et sont visibles sous la forme d'événements ponctuels dans les carottes de sédiments. Les données de sous-surface suggèrent également l'activité récente du système par la morphologie et la stratigraphie des chenaux. De plus, les analyses au 210Pb confirment que le système est présentement actif et affecté par des événements de sédimentation rapides et ponctuels. Les données provenant du magnétomètre marin et de la susceptibilité magnétique des carottes suggèrent quant à elles que les sédiments proviennent bel et bien du littoral, contribuant ainsi dans une certaine mesure, à une perte de sédiments sur la côte.

Cette thèse présente une étude du système érosion-transport-sédimentation en milieu de thermokarst dans un contexte de réchauffement climatique. La zone d’étude comprend le bassin versant de la rivière Sheldrake, 5 km au nord du village Umiujaq au Nunavik, ainsi qu’une zone de 15 km2 au large de son embouchure, dans le Passage de Nastapoka, en baie d’Hudson. Trois axes majeurs sont considérés: 1- l’étude des conditions de pergélisol et l’estimation quantitative des masses et volumes de sédiments et de carbone érodés à l’échelle du bassin versant ; 2- la mesure du régime hydrologique et sédimentaire du principal vecteur de transport, la rivière Sheldrake ; 3- la bathymétrie, la sédimentologie et la mesure des apports sédimentaires et organiques dans le milieu marin côtier au large de l’embouchure de la rivière. Dans le bassin versant de la rivière Sheldrake, le pergélisol s’est considérablement dégradé au cours des 50 dernières années, particulièrement dans la toundra forestière. La subsidence des lithalses, des palses, des plateaux de pergélisol et des plateaux palsiques engendre la formation de mares de thermokarst. De nombreux glissements de terrain et des ravins d’érosion sont également actifs et favorisent le rejet de sédiments dans le réseau fluvial. Avec la dégradation du pergélisol, la connectivité hydrologique augmente, ce qui facilite l’évacuation des sédiments et du carbone via le cours d’eau principal. Dans cet environnement thermokarstique, la charge sédimentaire fluviale en suspension est plus importante en été alors que les températures élevées de l’air commandent le dégel des sols, favorisant l’activation des ostioles et le déclenchement des glissements de terrain. Les pluies estivales permettent le transport et l’évacuation des sédiments en baie d’Hudson. Parvenus en mer, les sédiments et le carbone transportés en suspension subissent une forte dispersion à cause de l’intensité des courants marins du Passage de Nastapoka. Il en résulte l’absence d’une augmentation mesurable du taux de sédimentation. En revanche, la composition isotopique du carbone sédimentaire montre que la fraction terrigène a augmenté depuis le Petit Âge Glaciaire et que ce phénomène s’est considérablement accéléré vers la fin du 20ème siècle. Il est suggéré que la dégradation du pergélisol contribue à cette augmentation, quoique ce ne soit pas le seul facteur qu’on puisse invoquer. / This thesis studies the system erosion-transport-sedimentation in a thermokastic area, in a context of warming climate. The study area encompasses the catchment of the Sheldrake River, 5 km north of the village Umiujaq, Nunavik, and a 15 km2 area off its mouth, in the Nastapoka Sound, in Hudson Bay. Three main axes are considered: 1- study of permafrost conditions and quantitative estimate of the volumes and masses of eroded sediment and organic carbon at the scale of the catchment; 2- measurements of the hydrological and sedimentary regime of the main vector of transport, the Sheldrake River; 3- bathymetry, sedimentology and measurements of mineral and organic inputs in the coastal marine environment, off the river mouth. In the Sheldrake River catchment, permafrost has considerably degraded during the last 50 years, particularly in the forested tundra. Subsidence of lithalsas, palsas, permafrost plateaus and peat plateaus leads to the formation of thermokarst ponds. Many landslides and erosion gullies are also active and favor inputs of sediments in the fluvial network. Because of permafrost decay, hydrological connectivity increases, facilitating evacuation of sediment and carbon through the river. In this thermokarstic environment, the fluvial sedimentary load in suspension is more important during summer when high air temperatures provoke soils thawing, favoring frostboils activation and triggering of landslides. Summer rainfalls allow sediment transport and evacuation in Hudson Bay. Once in the sea, the sediments and carbon in suspension are dispersed because of the intensity of the marine currents in the Nastapoka Sounds. This results in an absence of a measurable increase of sedimentation rates. However, the isotopic composition of sedimentary carbon shows that the terrestrial fraction has increased since the Little Ice Age and that this trend has significantly accelerated since the end of the 20th century. It is suggested that permafrost decay contributes to this increase, although it is not the only proposed source.

Les laves provenant de l’arc des Petites Antilles sont caractérisées par une grande variabilité chimique et leurs compositions isotopiques suggèrent une contribution variable de matériel crustal ancien dans leur genèse. L’arc des Petites Antilles est également caractérisé par une zonation chimique nord-sud, les laves des îles du sud présentant généralement des signatures isotopiques crustales plus fortes que celles des îles du nord. Nous avons tenté dans cette étude d’établir s’il existe des variations de la composition chimique des sédiments entrant en subduction le long de l’arc, et si d’éventuels changements de leur composition peuvent expliquer les variations chimiques observées au sein des laves. Pour ce faire, nous avons réalisé une étude géochimique approfondie (majeurs, traces, isotopes du Sr, du Nd, de l’Hf et du Pb) du flux sédimentaire potentiellement entrant dans la zone de subduction à différentes latitudes. L’échantillonnage comprend des sédiments forés au niveau des sites 543 (nord de l’arc) et 144 (extrême sud de l’arc) lors des campagnes DSDP 78A et 14 respectivement, et des sédiments provenant de l’île de la Barbade (sud de l’arc). Les échantillons présentent une grande hétérogénéité lithologique correspondant globalement à un mélange en proportion variable entre une composante détritique et une composante biogénique (siliceuse ou carbonatée). De plus, au niveau du site 144, des niveaux très riches en matière organique (black shales) datant du Cénomanien supérieur au Santonien (~ 95 à 84 Ma) ont été forés. Ces formations correspondent à l’enregistrement des Oceanic Anoxic Events 2 et 3. Nous avons montré que la « dilution » variable de la fraction détritique par la composante biogénique est le facteur qui contrôle largement les variations de concentrations en éléments traces observées. De plus, nous avons révélé un enrichissement en U extrêmement important au sein des black shales du site 144. Les signatures isotopiques de l’Hf, du Nd et du Pb sont dominées par la composante détritique, alors que celle du Sr, dans le cas d’échantillons riches en carbonates est dominée par celle de l’eau de mer. Les sédiments des trois sites présentent des compositions isotopiques du Pb fortement radiogéniques par rapports aux sédiments océaniques « classiques », que nous avons associées à une forte contribution de matériel issu de l’altération des cratons guyanais et brésilien dans la composante détritique. De plus, la décroissance radioactive de l’U dans les black shales du site 144 a généré des rapports 206-207Pb/204Pb extrêmement radiogéniques. Un mélange entre le manteau appauvri et les sédiments du site 543 reproduit les compositions isotopiques des laves de la partie nord de l’arc. Pour la partie sud de l’arc un mélange entre les sédiments les plus radiogéniques en Pb du site 144 et le manteau appauvri explique les compositions des laves des îles de la Martinique à Grenade. Une contribution croissante des black shales du nord vers le sud est nécessaire, et est de plus en accord avec l’augmentation du nord vers le sud de l’âge du plancher océanique subduit. Enfin, quelques sédiments de l’île de la Barbade présentent certaines caractéristiques compatibles avec leur implication dans la genèse des laves de la partie sud de l’arc.

A travers l’exemple himalayen, nous étudions les mécanismes influençant la composition en osmium des sédiments durant l’érosion, le transport sédimentaire et le dépôt dans les zones estuariennes. Au niveau du bassin himalayen de la Kali Gandaki, les relations observées entre les concentrations en osmium et les quantités de carbone organique confirment le rôle important des schistes noirs appartenant aux TSS (non radiogéniques) et au LH (radiogénique) malgré leurs faibles répartitions géographiques. Cependant, la composition fortement radiogénique mesurée dans les sédiments du Gange n'est pas couplée a un enrichissement en 187Os dont la quantité moyenne est comparable à celle mesurée dans la croûte continentale. La signature isotopique du Gange résulterait d'un appauvrissement en Os non-radiogénique, témoignant d'une forte dilution par des sédiments dérivés de l'érosion des roches cristallines de l'HHC. Nous montrons à travers l’étude de sédiments estuariens que le comportement de l’osmium en contact avec l’eau de mer est complexe et des échanges sont possibles à l’interface. Le développement analytique réalisé en parallèle des études sur les sédiments a permis de documenter pour la première fois la composition en osmium des eaux souterraines. L’étude des aquifères de la plaine du Bengale montre que les eaux souterraines possèdent des concentrations en osmium significativement plus élevées que les eaux de rivière ou l’eau de mer. Si ce résultat est généralisable aux aquifères mondiaux, un flux global de l’ordre de 170 kg d’osmium par an pourrait être apporté à l’océan. Cet apport est significatif et impliquerait la réévaluation du bilan océanique mondial et une diminution significative du temps de résidence de l’osmium dans les océans. Ce résultat n’est pas anodin puisqu’il pourrait en partie réconcilier le temps de résidence estimé par bilan de masse océanique et les variations glaciaires-interglaciaires observées par le rapport 187Os/188Os dans de nombreux enregistrements marins / Using the Himalayan example, this study documents the systematics controlling the osmium composition of sediments during weathering processes, sedimentary transport and sediment deposition in tidal areas. The relationships observed between osmium concentrations and organic carbon contents in sediments of the Himalayan Kali Gandaki catchment underscore the role of black shales from the TSS (mostly unradiogenic) and LH (highly radiogenic) Himalayan units, despite their limited geographic distribution. However, the highly radiogenic composition displayed by Ganges sediments is not coupled to an enrichment in 187Os in these sediments, which on average are comparable to that of typical continental crust. Instead, the Ganges radiogenic signature results from an impoverishment in non-radiogenic osmium, reflecting a strong dilution by erosion products of crystalline rocks of the HHC unit. Moreover, based on the study of rivers in the tidal zone, we document the complex behavior of osmium at the salt/fresh water transition, potentially involving exchange between sediments and dissolved osmium. Analytical development performed concurrently with the sediment studies allowed the first measurements of groundwater osmium compositions. Groundwaters of Bengal plain aquifers have osmium contents significantly higher than those previously documented for river water or seawater. If this result can be generalized to other aquifers a global osmium groundwater flux to the ocean of about 170 kg per year could be expected. This contribution is significant and would require a reevaluation of both the osmium marine budget and the residence time of osmium in the ocean. This result could partially reconcile the diverging marine Os residence times estimated from mass balance and from glacial-interglacial variations in the 187Os/188Os marine record

De nombreuses familles de polluants organiques en provenance de différentes sources se retrouvent dans les milieux aquatiques continentaux et littoraux. Ces molécules, dont les lipophiles et les persistantes, sont souvent présentes à l'état de trace dans la fraction dissoute. L'utilisation de compartiments concentrateurs comme les sédiments rend alors plus accessible l'évaluation des concentrations ambiantes du milieu. L'objectif de la thèse a été d'évaluer l'exposition en zones côtières aux différentes familles de contaminants organiques « émergents » incluant les filtres UV, les alkylphénols et les alkylphénols polyéthoxylés, ainsi que « persistants-classiques » incluant les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les polychlorobiphényles dans les sédiments et, éventuellement, dans les eaux. Un important effort de recherche a été accordé à l'étude des variations spatiales et temporelles des contaminants sélectionnés dans les sédiments, permettant ainsi l'acquisition d'un premier jeu de données nationales (libanais) représentatif pour ces familles de contaminants.Trois rivières en Méditerranée orientale et leur environnement côtier ont été pris comme cas d'étude en plus de la côte d'une petite ville et ses sites portuaires qui ont été sélectionnés afin de compléter l'étude en milieu côtier. Un premier aperçu des niveaux de ces contaminants hydrophobes dans les zones côtières recevant des apports typiques de la Méditerranée orientale est ainsi fourni. Les résultats des analyses chimiques ont clairement montré l'impact des rejets des effluents non traités dans les zones côtières via les entrées des rivières et les déversements directs le long de la côte, en absence des activités récréatives (pour les filtres UV) et de rejets industriels (pour les alkylphénols et les alkylphénols polyéthoxylés). Les zones de transition peuvent être à l'origine de la contamination de l'environnement côtier des trois rivières par ces polluants émergents en absence des apports marins. Des concentrations élevées en hydrocarbures aromatiques polycycliques et en polychlorobiphényles ont été mesurées dans les sédiments prélevés en milieu côtier. Cette contamination a persisté des années après la marée noire qui a envahi la côte Est-Méditerranéenne en 2006. Nos résultats globaux indiquent que les concentrations mesurées dans les sédiments des trois rivières étudiées et du littoral peuvent être classées parmi les niveaux les plus élevés détectés dans le pourtour du bassin méditerranéen et pouvant induire des effets toxiques chez le biota aquatique.Ce travail peut être d'une importance primordiale pour la région Est-Méditerranéenne, et plus particulièrement pour le Liban, un pays qui, malgré d'être parmi les signataires de la convention de Barcelone pour la protection de la mer Méditerranée et qui est, par la suite, impliqué dans la surveillance de la qualité de son milieu marin, souffre jusqu'à présent des rejets de différents types d'effluents non traités le long de ces côtes en absence des stations d'épuration. / Many organic pollutants issued from different sources are present into freshwater and coastal waters. Since these lipophilic contaminants are present at trace levels in water, accumulator compartments such as sediments can be used to assess their concentration in aquatic systems. The objective of the thesis was to assess the exposure in coastal areas to the various families of organic contaminants namely "emerging pollutants" including UV filters, alkylphenols, alkylphenol polyethoxylates, and "persistent pollutants" including polycyclic aromatic hydrocarbons and polychlorinated biphenyls in sediments and water. A major research effort has been given to the investigation spatial and temporal dynamics of the selected pollutants in sediment, allowing the acquisition of a first set of national data (Lebanese).Three rivers and their coastal environment in the eastern Mediterranean have been taken as a case study in addition to the small coastal city that was selected to complete the study in the coastal environment. A first overview of the levels of these hydrophobic contaminants in coastal areas receiving typical eastern Mediterranean inputs is thus provided. The results of chemical analyzes have clearly shown the impact of discharges of untreated effluents into coastal areas via inputs from rivers and direct discharges along the coast, without recreational activities (for UV filters) and industrial effluents discharges (for alkylphenols and alkylphenol polyethoxylates). Transition zones may act like a source of contamination of the three rivers coastal environment in the absence of marine inputs. Elevated concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons and polychlorinated biphenyls were measured in sediments in coastal environments. This contamination has persisted for years after the oil spill that has invaded the Mediterranean coast in 2006. Our overall results indicate that concentrations in sediments of the three studied rivers and the coastline can be classified among the highest levels detected in the Mediterranean basin and may induce toxic effects in aquatic biota.This work may be of paramount importance for the East-Mediterranean region, and particularly for Lebanon, a country which, despite being a signatory to the Barcelona Convention for the Protection of the Mediterranean Sea and is, subsequently involved in monitoring the quality of its marine environment, suffers far different types of discharges of untreated effluent along its coast in the absence of wastewater treatment plants.