Ce mémoire présente une vue d'ensemble de mes travaux de recherche, réalisés depuis 1995 en tant que post-doctorant au Centre de Géochimie de la Surface de Strasbourg et depuis 1998 en tant que Maître de Conférences à l'université de Franche-Comté de Besançon. Dans toutes ces études, je me suis intéressé aux échanges et transferts chimiques dans les cycles géochimiques externes, avec comme principaux outils de traçage les terres rares (TR) et les isotopes radiogéniques du Sr et du Nd.<br /> J'ai suivi une formation classique de géologue-sédimentologue, que j'ai complété au cours de ma thèse, par les outils de traçage de la géochimie élémentaire et isotopique. Le début de mes années post-doctorales marque une rupture avec mes thématiques de recherche antérieures : j'ai abandonné les problématiques de reconstitutions paléogéographiques et paléotectoniques, pour me consacrer entièrement aux processus de transferts et d'échanges chimiques dans les couches géologiques superficielles, en contexte naturel ou anthropisé.<br /> Cette réorientation a commencé par l'étude d'un sol contaminé de la région de Bâle (Suisse), suivi par un projet sur les transferts chimiques dans des gisements de sel, dans le cadre d'études de faisabilité sur le stockage de déchets radioactifs dans des dômes de sel en Allemagne. Elle s'est poursuivie par des études de circulations d'eau de mer dans le récif corallien de Tahiti et en contexte hydrothermal de basse température, sur la plaque des Cocos. Après cette incursion dans le milieu marin, je suis revenu, ces dernières années, en milieu continental avec des projets portant sur le transport des TR dans des ruisseaux du Massif Central et sur le transfert des TR à l'interface géosphère-biosphère sur des sites du Jura, des Vosges et du Kaiserstuhl (volcan inactif près de Freiburg, Allemagne). L'ensemble de ces travaux de recherche a été le fruit de nombreuses collaborations.<br /> Malgré la diversité des objets, nous avons souvent rencontré des mécanismes de transferts et d'échanges chimiques très similaires. L'identification de ces mécanismes était basée sur une utilisation combinée des TR, des isotopes et d'autres outils, tels que les éléments majeurs ou les données minéralogiques. Nous avons ainsi constaté que la mobilité des TR et d'autres métaux traces est le plus souvent liée à la présence et à la stabilité de phases accessoires, telles que l'apatite et des oxyhydroxides Fe-Mn. En ce qui concerne le transport en phase liquide, nos résultats suggèrent une influence importante de la fraction colloïdale et de la végétation. Celles-ci se combinent à d'autres paramètres de contrôle plus "classiques" (pH, Eh, complexes solubles, sorption etc.). C'est la raison pour laquelle, nous souhaitons à l'avenir intégrer d'avantage l'étude du rôle de la phase colloïdale et de la végétation à nos projets de recherche.<br /> Les TR représentent aujourd'hui un outil de traçage particulièrement pertinent dont l'analyse s'est simplifiée. Leur dosage peut, dans la plupart des cas, être intégré à une analyse de routine par ICP-MS, sans générer ni sur-coûts ni complément de travail. Il serait aujourd'hui dommage de ne pas intégrer ces dosages de TR aux analyses chimiques par ICP-MS. Toutefois, les spectres des TR doivent parfois être combinés avec des données isotopiques du Sr et du Nd afin d'écarter toute ambiguïté dans leur interprétation.

À l'origine, les Terres Rares (TR) sont utilisées pour tracer les processus géochimiques naturels. Depuis quelques années, elles sont de plus en plus utilisées par l'industrie, la médecine et l'agriculture. Cette utilisation croissante entraîne de nouveaux risques et nous amène à considérer les TR comme des polluants émergents. Dans ce contexte, ce travail de thèse propose une étude de la mobilité et de la répartition des TR dans le système sol-plante, ainsi que leur effet sur la végétation. La première partie de ce document présente l'approche de terrain employée, soit le choix de sites non pollués avec des contextes géologiques différents (calcaire, granitique et carbonatique), afin de comparer les transferts et la répartition des TR en milieu naturel. La deuxième partie de ce manuscrit est orientée vers une approche en milieu contrôlé, permettant d'étudier l'effet des TR sur la germination et la croissance des plantes. Les résultats indiquent que les concentrations en TR ne reflètent pas directement les concentrations de la roche, dans la mesure où elles apparaissent dépendantes des processus pédologiques et des teneurs en phases minérales riches en TR. Les sols présentent tous un enrichissement en TR lourdes lié aux complexes formés à partir des TR lourdes et des oxydes de fer. La végétation, quant à elle, présente systématiquement un enrichissement en TR légères, résultant en partie de cette liaison entre TR lourdes et oxydes de fer. Les TR montrent un fort lien avec le fer dans le continuum sol- végétation, indiquant que les processus pédologiques et physiologiques à l'origine de l'absorption des TR, sont étroitement liés à ceux du Fe. Le transfert des TR dans la plante entraîne leur accumulation dans le système racinaire, où elles seront bloquées par la bande de Caspary. Ce phénomène limite alors le transfert vers les organes aériens via le flux nutritif. Les concentrations en macro-éléments de ce flux nutritif pourraient être influencées par la présence de fortes concentrations de TR dans les racines. L'application de fortes concentrations en TR influencent également la germination et la croissance racinaire des végétaux.