L'axe principal de cette thèse est la caractérisation des processus de dégazage magmatique des éléments traces, du soufre et des halogènes de deux volcans actifs : Hekla (Islande) et Masaya (Nicaragua). <br />Une étude sur les inclusions magmatiques (MIs) a permis de suivre l'évolution des volatils dissous dans le système volcanique d'Hekla au cours de la différenciation magmatique (cristallisation fractionnée). Ceci a permis d'estimer les concentrations en volatils dissous "attendues" dans le liquide pré-éruptif. Cette approche permet donc de ne pas sous-estimer les concentrations des liquides piégés dans les MIs et améliore ainsi les contraintes sur la masse de volatils émise dans l'atmosphère. Cette étude indique que, lors de l'éruption de février 2000, Hekla a émis dans l'atmosphère 0.1 Mt de HCl, 0.2 Mt de HF et 3.8 Mt de SO2. La chimie de la phase sub-Plinienne de cette éruption a été étudiée, de façon plus approfondie, grâce aux averses neigeuses qui ont traversé le panache volcanique. L'étude de ces neiges a montré que l'enrichissement des éléments volatils est lié à un processus de dégazage sous forme de chlorures, fluorures et sulfates. En revanche, l'enrichissement des éléments réfractaires est expliqué par un processus de dissolution non-stoechiométrique des téphras par la phase gazeuse riche en fluor au sein du panache éruptif.<br />Une étude basée sur les MIs a permis de confirmer la théorie de Walker et al. (1993) selon laquelle la différenciation des magmas tholéiitiques du Masaya se produit à basse pression à partir d'un magma relativement "sec" de composition homogène dans le temps. La caractérisation physico-chimique des aérosols par MEB et la chimie de la phase éruptive du volcan Masaya suggèrent que la plupart des éléments traces sont dégazés sous forme de chlorures, mais aussi sous forme de sulfates et chloro-sulfates. De plus, la quantification des flux de matière a montré que le dégazage au Masaya est une source importante de pollution atmosphérique.

Afin de comprendre l'évolution, la géométrie et le mécanisme des déformations récentes (<10 Ma) du socle européen depuis le massif cristallin externe de l'Argentera jusque sur la marge nord-Ligure, des analyses thermochronologiques par traces de fission (apatites/zircons), géomorphologiques et des interprétations de profils sismiques ont été réalisées.<br />Une dénudation du massif est enregistrée vers 22 Ma, certainement en relation avec la structuration de l'arc de Castellane au Miocène moyen-supérieur, qui se poursuit localement vers 6 Ma par dénudation le long de la faille du « Camp des Fourches ». Plus globalement un soulèvement à 0,8 mm/a (30°C/km) est enregistré à 3,5 Ma et suivi tardivement par un mouvement inverse le long de la faille de Bersézio/Veillos à 1 mm/a. Malgré une forte emprunte d'érosion glaciaire présente sur le massif, l'analyse géomorphologique conforte ces derniers résultats. A partir d'un modèle d'évolution de processus de surface, le taux d'érosion associé est estimé localement à 1 mm/a et semble aujourd'hui plus important sur le bassin versant oriental du massif.<br />D'après l'analyse de 70 profils sismique-réflexion, la déformation de la marge nord-Ligure serait liée à la propagation d'un chevauchement aveugle jusque dans les formations salifères messiniennes du bassin.<br />Cette déformation récente compressive de l'avant-pays alpin est guidée par une tectonique de socle le long de structures héritées et fait suite à l'exhumation des roches THP dans les zones internes.

La pollution de l'air résulte de multiples facteurs anthropiques. La nature dynamique de l'atmosphère facilite ensuite le transport des particules émises à différentes échelles spatiales. Ces apports anthropiques sont déposés suivant différents processus sur tous les types de milieux, tant urbains que ruraux, en les affectant plus ou moins irrémédiablement. De nombreux travaux ont cherché à évaluer les quantités déposées sur ces différents milieux sans toutefois tenter d'en déterminer la représentativité. Sous le vocable représentativité, nous incluons la comparaison avec les autres voies d'introduction de tels polluants dans les milieux considérés. Les principaux objectifs de ce travail sont d'une part, d'améliorer les connaissances sur les quantités de métaux et d'hydrocarbures déposées en les comparant aux autres voies d'apport pour chaque type de milieu et d'autre part, d'identifier leur principale origine. Préalablement à la quantification des flux de déposition, nous avons procédé à une comparaison des protocoles de collecte des dépôts atmosphériques totaux, montrant que la collecte n'était ni dépendante du matériau utilisé pour les entonnoirs, ni de la durée de la période de collecte. Par contre, le rinçage des entonnoirs a montré un apport plus important lors des collectes hebdomadaires que mensuelles, les parts relatives étant respectivement 24-40 et 8-18 %. L'étude des évolutions temporelles qui a suivi cette étape de validation a montré globalement une absence de variation saisonnière sur la période 2001-2002 des métaux. Cependant, une baisse significative des flux de déposition est apparue entre 1994 et 2002 de facteurs respectivement égaux à 16 ; 2,5 ; 4 et 7,5 pour Cd, Cu, Pb et Zn à Créteil. Les quantités se déposant sur la région Ile-de-France, similaires sur les zones urbaines et semi- urbaines (? 20 t.an-1 pour les éléments Ba, Cu, Pb et Sr) malgré une surface quatre fois plus importante dans le second cas, ont permis de constater l'importance des flux de dépositions en zone urbaine. A l'échelle du bassin de la Seine, les quantités déposées par la voie atmosphérique sont du même ordre de grandeur que celles présentes dans les matières en suspension de la Seine à l'estuaire de son bassin, avec des rapports compris entre 0,8 et 4,8 pour des éléments tels que Al, Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb et Zn. La comparaison des flux de déposition avec les autres apports s'est effectuée en zones agricole et urbaine. Dans le premier cas, les retombées atmosphériques sont apparues comme la voie prépondérante des apports de Cu, Ni et Pb, alors que le Cd est majoritairement apporté par les intrants agricoles. Ces deux modes d'apport engendrent une accumulation de Cd, Ni et Pb dans les horizons de surface avec un taux annuel respectivement de 0,33 ; 0,014 et 0,014 % et une diminution du Cu de 0,024 % par an. En zone urbaine, les retombées atmosphériques ont été comparées aux ruissellements de toitures et de chaussées. Ainsi, l'apport atmosphérique est la voie prépondérante d'introduction de métaux et d'hydrocarbures, à l'exception des éléments Cu, Pb, Ti et Zn émis majoritairement par les toitures. Cependant, les apports atmosphériques sont inférieurs, de l'ordre de 1,5 à 27 fois suivant les éléments, aux apports occasionnés par le lavage de la voirie. L'étude des sources atmosphériques d'aérosols a permis l'obtention d'outils permettant la caractérisation des principales sources de rejets atmosphériques de métaux. Ainsi, les différents types d'aérosols considérés ont pu être clairement distingués suivant différents éléments et rapports d'éléments. L'utilisation des outils obtenus sur les données de retombées atmosphériques ne semble cependant pas permettre une distinction des différents apports anthropiques et terrigènes du fait des phénomènes de mélange atmosphériques.

La thèse a été réalisée en cotutelle entre le Centre de biophysique moléculaire, CNRS UPR 4301, conventionné avec l'Université d'Orléans et l'Université TUM de Munich.<br />La gelée royale est produite dans les glandes des abeilles nourricières Apis mellifera par digestion partielle de pollen et de nectar. La gelée royale joue un rôle clé dans la reproduction, la croissance, l'immunité et l'organisation sociale des abeilles. Elle constitue également une source potentielle de nombreuses molécules à vocation pharmaceutique.<br />Le candidat a analysé des gelées royales d'origines botaniques et géographiques bien définies. Des fractions de peptides et de protéines ont été isolées à l'aide de multiples techniques physico-chimiques. Ces fractions se sont avérées présenter des propriétés antimicrobiennes. Le candidat a également examiné les possibilités d'application pharmaceutique des fractions de gelée royale qu'il a isolées.

Le suivi de la contamination côtière par les métaux, au moyen de bivalves du genre Mytilus, est de pratique courante dans de nombreux programmes de surveillance à travers le monde. La bioaccumulation résulte d'une interaction entre facteurs physiologiques (croissance, perte de poids, absorption, stockage), chimiques (transferts métaux, spéciation, biodisponibilité) et environnementaux (température, MES, chlorophylle). L'étude et la modélisation de ces interactions est d'un intérêt considérable pour la compréhension des phénomènes et l'interprétation de la bioaccumulation des métaux traces chez la moule. Compte tenu des objectifs de l'étude, afin d'intégrer l'effet de l'état physiologique de l'organisme bioindicateur, le modèle de bioaccumulation choisi suit le concept d'un modèle cinétique à base énergétique, par un couplage d'un modèle de croissance (modèle DEB : à budget énergétique dynamique) à un modèle simple d'accumulation. Afin de le paramétrer et de le calibrer, une étude cinétique d'accumulation (6 mois) et de décontamination (3 mois) a été réalisée pour cinq métaux (Hg, Cd, Pb, Cu et Zn), par la technique des transplants, sur trois sites d'étude aux potentiels trophiques et chimiques différents (Baie du Lazaret, Etang de Bages et l'île de Port-Cros). En plus de traiter de l'accumulation des métaux traces à partir de la voie dissoute et particulaire, le modèle tient compte de la biologie de l'individu et permet de quantifier l'effet de la croissance et des changements environnementaux, tant chimiques que nutritifs, sur la bioaccumulation. L'accumulation des métaux traces se fait à partir de l'eau et/ou de la nourriture alors que l'élimination se fait lors d'étapes physiologiques telles que la reproduction ou directement par excrétion dans le milieu. La contribution de la physiologie de l'organisme détermine des variables d'état tels que le soma, les réserves et le compartiment reproductif, dont les variations dans le temps influencent les cinétiques de capture et d'élimination au sein de l'organisme. Reliant par une méthode explicative les concentrations dans l'organisme à celle du milieu, le modèle permet d'évaluer la contamination effective des sites en s'affranchissant des différences physiologiques dues au trophisme. Cette application a été réalisée sur le réseau de surveillance français RINBIO par analyse inverse.

L'objet de cette étude est de mettre au point une méthode d'analyse et de modélisation des propriétés de complexation et d'acidité de la matière organique naturelle (MON) la plus rigoureuse possible, en représentant ses interactions par des paramètres fiables, et en s'affranchissant de la structure exacte des composés organiques la constituant. La MON a été définie à partir d'un modèle chimique constitué de quasi-particules reproduisant les interactions non-spécifiques de la MON vis-à-vis des cations, et les interactions spécifiques à un seul métal. Le logiciel PROSECE, spécifiquement développé à cet effet, permet de calculer la spéciation chimique et d'optimiser un grand nombre de paramètres de complexation à partir de la modélisation de données expérimentales. Comparé à d'autres traitements de données, PROSECE s'est montré nettement plus approprié, d'autant plus lorsqu'il est couplé à une technique d'ajouts logarithmiques. Les interactions MON-métaux traces ont été analysées par DPASV, sur la plus large fenêtre analytique possible. Un stand de mesure a été spécialement élaboré afin d'automatiser les titrations logarithmiques. Les interactions MON-proton ont été analysées par titration acido-basique. Une caractérisation simultanée des interactions entre une MON standard, l'acide fulvique Suwannee River, le cadmium, le plomb et le proton a été réalisée. Les propriétés d'acidité d'échantillons prélevés sur La Seine au cours d'une année ont été étudiées et reliées à différents facteurs biogéochimiques. Une concentration minimale de 0.04 meq en sites acides a été définie comme limite en dessous de laquelle l'optimisation des propriétés d'acidité d'une MON devient incorrecte. PROSECE a été également utilisé pour modéliser des expériences de quenching de fluorescence, rendant plus précise leur analyse. L'analyse des propriétés de MON marines a été initiée. Du fait de la complexité du milieu, la caractérisation des propriétés de complexation est plus difficile, nécessitant quelques adaptations analytiques.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude d'un modèle viscoélastique avec des contraintes unilatérales, modélisé comme un matériau de Kelvin-Voigt. Le chapitre un est consacré au cas monodimensionnel: on approche la solution du problème par pénalisation, ce qui conduit à un théorème d'existence d'une solution faible. Un résultat de régularité des traces permet de montrer que la solution est forte. Le chapitre deux comporte un schéma numérique dont on montre la convergence vers une solution faible. Les chapitres trois et quatre permettent de construire une solution forte dans un milieu monodimensionnel semi-infini, pour laquelle on sait établir un bilan d'énergie: les pertes sont purement visqueuses. Le problème est réduit à une inégalité variationnelle au bord faisant intervenir un opérateur pseudodifférentiel dont le terme principal est une dérivation d'ordre 3/2. Les chapitres cinq et six comportent des théorèmes de trace pour une équation des ondes amorties et pour un opérateur de viscoélasticité dans un demi-espace, avec application aux solutions fortes.

Cette thèse vise à étudier la spéciation des éléments et leur migration dans le milieu boréal (Karélie et Russie Centrale). Les objectifs principaux de ce travail sont : i) de caractériser la distribution de taille moléculaire des éléments traces et de la matière organique, ii) révéler la régularité de distribution des formes colloïdales des éléments traces dans les eaux naturelles le long du continuum sols - marécages- cours d'eau - lacs intermédiaires et terminaux des bassins versants boréaux, et iii) révéler la dépendance de la composition isotopique en fonction de la taille moléculaire, de la spéciation des éléments et des conditions physico-chimiques des eaux. L'originalité de cette thèse est d'appliquer la méthode de la filtration en cascade pour étudier la distribution de taille moléculaire des éléments traces dans les eaux naturelles et de combiner les techniques géochimiques et isotopiques pour la première fois sur les mêmes objets naturels afin de mieux comprendre les facteurs qui contrôlent les cycles biogéochimiques des éléments dans les régions boréales. La première partie de la thèse consiste en une introduction générale de la problématique. Le deuxième chapitre est consacré à l'étude de la distribution de la matière organique naturelle dans les différentes fractions granulométriques des eaux naturelles présentant des conditions redox et hydrodynamiques variables au sein des micro-systèmes (solution de sols - marécage - cours d'eau - lacs intermédiaires et terminaux) de petits bassins versants à substratum homogène. En particulier, nous avons étudié les concentrations du carbone organique dissous, son poids moléculaire, ses caractéristiques optiques et ses rapports carbone/nitrogène pour obtenir des informations précieuses sur l'origine (allochtone versus autochtones), l'aromaticité, l'hydrophilie / l'hydrophobie de la matière organique. La troisième partie de la thèse est consacrée à l'étude de la distribution de taille moléculaire des éléments traces et à la caractérisation quantitative des formes colloïdales des éléments dans les rivières et les eaux de surface de ces milieux qui sont très riches en matière organique et pas soumis à l'impact humain. Dans cette partie il est notamment montré l'existence de corrélations des éléments traces avec le fer et la matière organique dans les filtrâts ; également un intérêt particulier est porté à la distribution des colloïdes et aux coefficients de partition des éléments dans les différents micro-systèmes (solution des sols - marais de source - cours d'eau - lacs intermédiaires et terminaux). Le quatrième chapitre rapporte les résultats des compositions isotopiques en strontium (Sr), néodyme (Nd), cuivre (Cu) et magnésium (Mg) au sein des différentes fractions colloïdales des eaux naturelles du sud et du nord de la zone boréale de la Russie Européenne. Ces derniers travaux conduits sur des isotopes stables (Cu, Mg) et radiogéniques (Sr, Nd) nous permettent de définir les facteurs qui influencent le changement de la composition isotopique. Le cinquième chapitre est consacré à l'étude du fractionnement isotopique du fer dans les types différents d'eaux naturelles sur les fractions granulométriques. En particulier, nous avons étudié la composition isotopique dans les filtrats et ultrafiltrats en fonction des concentrations en fer et en matière organique, du pH et des autres paramètres physico-chimiques. Dans le sixième chapitre il est formulé les conclusions principales et les perspectives de la thèse. L'étude menée dans cette thèse vise à contribuer à la prévision de l'évolution de la spéciation et des flux des éléments traces et de la matière organique dans les régions Arctiques en réponse au réchauffement climatique global.

La neige recouvre jusqu'à 50 % des surfaces émergées de l'hémisphère Nord en hiver. Une telle importance de la glace à la surface de la terre suggère un fort potentiel d'interaction avec l'atmosphère. De telles interactions ont été mises en évidence ces dernières années, et impliquent des processus complexes, comme la catalyse de réactions hétérogènes ou l'échange de gaz traces réactifs adsorbés à la surface des cristaux de neige, la diffusion en phase solide, les cycles de sublimation/condensation de glace qui entraÎnent des solutés. Leur compréhension et leur quantification requièrent la connaissance de divers paramètres physiques dont la surface spécifique (SS) de la neige, définie comme la surface accessible aux gaz par unité de masse. L'importance de ce paramètre et le peu de données existant dans la littérature a incité à effectuer ce travail sur l'étude de la SS de la neige et son évolution dans le manteau neigeux. La SS a été déterminée par adsorption de méthane à la température de l'azote liquide (77 K). Afin de comprendre les processus responsables de l'évolution de la SS, des macrophotographies et des images obtenues par microscopie électronique à balayage ont été utilisées. L'ensemble de nos résultats (176 mesures de SS) obtenus dans les Alpes et l'Arctique a montré que la SS de la neige est très variable: elle est comprise entre 1540 et 400 cm2/g pour les neiges fraîches et peut descendre jusqu'à 100 cm2/g pour des vieilles neiges. L'étude de l'évolution de la SS indique une décroissance avec le temps qui est due aux transformations morphologiques liées au métamorphisme de la neige. Celles-ci sont essentiellement caractérisées par un arrondissement et un grossissement des cristaux, et par la sublimation des petites structures. La vitesse de décroissance de la SS a également été étudiée à différentes températures. Nos résultats ont montré que la température et le vent sont les deux principaux facteurs qui déterminent la cinétique de décroissance de la SS. A Alert, (Arctique canadien), l'étude détaillée de la microphysique du manteau neigeux a permis de mesurer directement la capacité d'adsorption de gaz traces réactifs par le manteau neigeux. Sa surface totale a été mesurée entre 1160 et 3710 m2/m2. Nous avons ainsi démontré que le manteau neigeux pouvait séquestrer une *grande partie des espèces présentes dans le système (neige + couche limite). Les meSures de SS ont également été utilisées pour déterminer les processus d'incorporation du formaldéhyde dans la neige.

Dans le but de tester la capacité des komatiites à préserver leur composition géochimique et isotopique (Sr,Nd, 0) primaire, caractéristique du manteau archéen, les coulées basaltiques et komatiitiques des ceintures de roches vertes de l'Abitibi et de Barberton ont été étudiées. . Les komatiites peu altérées ont des compositions géochimiques compatibles avec le fractionnement de l'olivine; seuls les éléments alcalins sont mobilisés. Dans les komatiites plus altérées, les concentrations en High Field Strength Element (HFSE) par rapport aux Terres Rares (REE) produisent des anomalies variables à l'intérieur des coulées. Ces anomalies sont produites par le fractionnement des phases mantelliques de haute pression eVou la mobilité de ces éléments par les fluides hydrothermaux. ' Les mobilités géochimiques et les perturbations tardives des systèmes isotopiques (Sr, Nd, 0) à l'échelle de la roche totale sont expliquées par des processus d'échange isotopique et par le fractionnement tardif des éléments en traces. Afin de déterminer la composition isotopique initiale de ces coulées * komatiitiques, les compositions isotopiques en Néodyme et Oxygène ont été * mesurées sur des minéraux primaires. A partir de ces données, il apparait que la source des komatiites d'Alexo (Abitibi) à une valeur ENd(T) supérieure à celle obtenue sur les basaltes. Ces différences isotopiques en neodyme s'intègrent dans un modèle de plume mantellique pour la genèse des komatiites. De même, les pyroxènes de Barberton de la formation de Weltevreden ont une valeur ENd (T) systématiquement supérieure ou égale aux valeurs obtenues sur roche totale dans les autres formations. Les principaux facteurs qui contrôlent les mobilités géochimiques dans les komatiites altérées sont (1) la* composition du fluide, (2) leurs faibles concentrations initiales en éléments en traces, (3) la nature des phases secondaires qui concentrent les éléments en traces et (4) leur texture.