La valeur potentielle des agro-forêts tropicales comme modèle d'intensification écologique de l'agriculture est un sujet d'intérêt croissant. Les agro-forêts tropicales sont des agroécosystèmes caractérisés par une forte diversité végétale et une diversité d'organisation spatiale des individus. Les structures complexes de ces agroécosystèmes en font des systèmes « proches » des écosystèmes naturels. Cette complexité améliorerait la fourniture de nombreux services écosystémiques. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au service de régulation naturelle des bio-agresseurs des cultures. Notre hypothèse est que la complexité de structure (composition et structure spatiale) des agro-forêts influence la présence et l'intensité d'attaque des bio-agresseurs de la culture principale. En effet, l'augmentation de la diversité végétale à l'échelle de la parcelle diminuerait l'intensité d'attaque de bio-agresseurs spécialistes via la diminution de l'abondance de la ressource. Inversement, cette diversité amplifierait celle des bio-agresseurs généralistes via l'introduction potentielle d'hôtes alternatifs. Une diversité de structures spatiales d'individus associés est aussi susceptible d'influencer le microclimat et par son biais les bio-agresseurs des cultures. Pourtant, l'importance relative de l'effet de la composition (via la dilution ou l'amplification de la ressource) et de la structure spatiale (via l'altération du microclimat) du peuplement végétal sur l'intensité d'attaque de bio-agresseurs a rarement été étudiée. L'objectif de ce travail est de quantifier les interactions entre les caractéristiques de composition et de structure spatiale du peuplement végétal d'agroécosystèmes complexes et l'intensité d'attaque de bio-agresseurs de la culture principale à l'échelle de la parcelle. Ce travail est appliqué aux agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun. En effet, la culture du cacaoyer est l'une des rares encore réalisée traditionnellement au sein d'agro-forêts dans la majorité des pays producteurs. Nous nous intéresserons à trois bio-agresseurs du cacaoyer choisis pour leurs caractéristiques de dissémination et de développement contrastées : au Costa Rica, la moniliose sur un réseau de parcelles installées dans la région de Talamanca ; au Cameroun la pourriture brune et les mirides sur un réseau de parcelles installées dans la région Centre. Dans un premier temps nous avons construit des typologies descriptives des structures spatiales des agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun afin d'identifier la variabilité des structures spatiale des agro-forêts au sein d'une même région. Ces typologies ont permis d'identifier des structures spatiales horizontales variées allant de la régularité à l'agrégation significatives des arbres d'ombrage selon les pays étudiés. Dans un deuxième temps nous avons identifié et hiérarchisé les caractéristiques de composition et de structure spatiale à l'échelle de la parcelle agroforestière qui influencent l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica ; et de la pourriture brune et des mirides au Cameroun. La structure spatiale du peuplement végétal joue un rôle prépondérant dans l'ensemble de nos résultats. L'agrégation des arbres forestiers augmente l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica et la densité des mirides au Cameroun. La pourriture brune quant à elle augmente lorsque la densité des individus de la strate basse augmente à l'échelle de la parcelle. Pour finir, nous montrons que la quantité de tissus sensible plutôt que la composition en hôte explique l'intensité de la moniliose et la densité en miride. Ces résultats sont discutés en fonction des nombreux mécanismes qui relient la structure de la végétation aux bio-agresseurs et des caractéristiques de ces bio-agresseurs. Notre travail fournit une description précise de la structure d'agro-écosystèmes tropicaux complexes. / The potential value of tropical agroforests as a model for ecological intensification of agriculture is a subject of increasing interest. Tropical agroforests are agroecosystems characterized by high plant diversity and a complex spatial structure of individuals. With their forest-like structures, agroforests are close to natural ecosystems. The complex structure of agroforests would seem to improve the provision of numerous ecosystem services.This work concerned natural pest and disease regulation services in complex agroecosystems. Our hypothesis was that complex agroforest structures (composition and spatial structure) influence the pest and disease attack intensity on the main crop. Indeed, an increase in plant diversity in agroecosystems is known to reduce specialized pest and disease attack intensity due to a decrease in resource abundance and density on a plot scale. Conversely, plant diversity could increase the generalist pest and disease attack intensity due to the potential introduction of alternative hosts. Moreover, diversity in plant spatial structure has an impact on microclimatic conditions and, thereby, on the pest and disease attack intensity. However, the relative importance of host composition effects on pest and disease intensity, due to resource dilution or amplification, and plant spatial structure effects, due to microclimatic alteration, is still unknown.Our objective was to quantify interactions between the composition and spatial structure characteristics of agroforests and the pest and disease attack intensity on a plot scale.This work was applied to cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon. Indeed, cacao is one of the last crops still to be grown in traditional agroforests in the majority of producing countries. The study was conducted on two cacao diseases and one pest chosen for their contrasting spread and development characteristics: in Costa Rica, Frosty Pod Rot (FPR) intensity was studied in cacao agroforests in the Talamanca region; in Cameroon, Black Pod (BP) intensity and mirid density were studied in cacao agroforests in the Centre region.Firstly, we established shade tree spatial structure typologies for cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon, in order to identify spatial structure diversity in the same region. A diversity of spatial structures was identified ranging from significant regularity to significant aggregation, depending on the shade tree stand and country studied.Secondly, we identified and classified the host composition, amount of sensitive tissue and the spatial structure characteristics of the associated plants, according to their explanatory power in explaining FPR intensity, BP intensity and mirid density in cacao agroforests. The spatial structure of the associated plants was a crucial characteristic of agroforests in explaining FPR and BP intensity and mirid density. Indeed, forest tree regularity decreased FPR intensity in Costa Rica and mirid density in Cameroon. The BP intensity was reduced by a decrease in the density of individuals belonging to strata lower than or equal to the cacao tree stratum. Lastly, the amount of sensitive tissue rather than the host composition variables explained the increase in FPR intensity in Costa Rica and the mirid density in Cameroon. Our results are discussed in line with several mechanisms that explain plant diversity and pest and disease relationships.Our work provides a precise description of complex tropical agroecosystem structures. We quantified the relationship between observed plant structures and the pest and disease regulation ecosystem service. In the context of agroecology, this work opens up prospects for identifying and understanding ecological mechanisms involved in natural pest and disease regulation in cacao agroforests on a plot scale.

Les sulfates de sodium sont admis comme étant les sels les plus destructeurs pour les pierres naturelles et autre matériaux poreux. Les processus de cristallisation de ces sels demeurent encore mal compris, plus particulièrement les relations entre l'heptahydrate (SS7, Na2SO4-7H2O) et la mirabilite (SS10, Na2SO4-10H2O). L'heptahydrate, métastable, a longtemps été négligée dans les travaux scientifiques portant sur l'altération saline jusqu'à récemment, et son rôle dans l'altération des roches n'est toujours pas établi à ce jour. Afin de mieux comprendre le rôle des différentes phases dans l'altération, il est important de pouvoir identifier quelle phase cristallise sous des conditions environnementales spécifiques. La cristallisation du sel se produit le plus souvent dans les matériaux poreux où les processus de cristallisation ne peuvent pas être observés directement in situ. Dans cette étude, nous utilisons le suivi de la température pour détecter et identifier la cristallisation des hydrates au cours de cycles de refroidissement/chauffage d'une solution de sulfate de sodium et de l'échantillon de calcaire saturé de cette même solution. En parallèle, d'autres approches expérimentales consistent à mesurer la réponse électrique et élastique des processus de cristallisation / dissolution se produisant dans le milieu poreux. Ces méthodes permettent d'identifier les différentes transitions de phases se produisant au cours de cycles de température et peuvent être utilisées dans des études expérimentales de vieillissement accéléré, afin d'estimer le rôle respectif des différents hydrates de sulfate de sodium dans l'altération des pierres par les sels. / Sodium sulfates are well known to be the most damaging salts in building materials and rocks. The crystallization processes of sodium sulfates are not completely understood, and more specifically the transition between the heptahydrate (SS7, Na2SO4-7H2O) and the mirabilite (SS10, Na2SO4-10H2O). The metastable heptahydrate has long been neglected in scientific works on salt damage until recently, and its role in rock weathering has not been established so far. In order to better understand the role of the different phases in damaging process, it is important to be able to identify which phase crystallizes under specific environmental conditions. Unfortunately, salt crystallization occurs very often within porous material and crystallization processes cannot be observed directly in situ. In this study, we use temperature monitoring to detect and identify the hydrates crystallization during cooling/heating cycles a sodium sulfate solution and limestone samples saturated with the same solution. In parallel, other experimental approaches consist to measure the electrical and elastic responses of the crystallization/dissolution processes occurring in the porous media. These methods enable to characterize the different phases occurring during temperature cycle and can be used in further experimental studies about ageing test in order to estimate the role of the different sodium sulfate hydrates involved in the salt weathering of rocks.

Parmi la grande diversité des productions de verres anciens appartenant aux collections muséales (vaisselle, vitres, vitraux, bijoux, perles, incrustations, statuettes, mosaïques, émaux, céramiques glaçurées…), une proportion importante montre à leur surface les signes sévères d’une altération atmosphérique (présence de sels alcalins, fracturation) conduisant à une perte de transparence voire une perte irréversible de matière. Ces œuvres sont produites essentiellement à partir du Moyen-Âge (XIIe-XIIIe siècle), avec une forte représentation aux XVIe, XVIIe et XVIIIe siècles. Les verriers ont en effet appliqué alors de nouvelles recettes par rapport à celles des périodes anciennes conduisant à une instabilité chimique du verre vis-à-vis de l’humidité ambiante. Quant aux œuvres actuellement en bon état de conservation, elles sont également susceptibles de se dégrader au cours du temps, selon leur composition et leur condition de conservation. À ce jour, le meilleur moyen de protection mis en œuvre par les conservateurs et les restaurateurs pour ralentir sensiblement cette altération est le contrôle de la température et de l’humidité de l’environnement de conservation (vitrines d’exposition spécifiques, réserves de musée). Cependant, afin de préserver cet important patrimoine culturel, il est d’un intérêt majeur de proposer de nouvelles solutions de protection qui soient à la fois plus efficaces et moins coûteuses pour les musées. C’est dans ce contexte que s’inscrit le présent projet de thèse. Il vise d’une part à faire progresser la compréhension des mécanismes d’altération atmosphérique des verres d’oxyde, d’autre part à mettre au point un traitement de protection à base de sels de zinc adapté au contexte muséal. En s’inspirant de procédés industriels qui exploitent de manière empirique l’effet protecteur des ions zinc (stockage et transport du verre plat, produits de lavage du verre en lave-vaisselle), nous avons en effet d’ores-et-déjà mis en évidence le fort potentiel de très faibles quantités de sels de zinc pour réduire efficacement les cinétiques d’altérations de compositions verrières altérables du patrimoine. / In the cultural heritage field, it is of major concern to develop new protective methods for ancient glass objects that decay under atmosphere. In this framework, two complementary research directions are undertaken. The first one aims to get a better understanding of the glass atmospheric alteration mechanisms at a small scale. The second one is focused on the potentiality of a zinc salt surface treatment. By the mean of accelerated ageing experiments (temperature and humidity control) of replica glasses (alkali silicates), untreated or zinc salts treated, the evolution of the glass surface and sub-surface with atmospheric alteration are evaluated at different scales (macro – nano). These surface modifications are compared to the properties of hydrated layers of ancient glass objects that have been altered over decades. The influence of the ageing temperature and the glass composition on the atmospheric alteration mechanisms are highlighted. In particular, these parameters affect the proportion of alkali elements that are retained into the hydrated layer, which would severely impact the glass chemical durability. Positive effect of a zinc salt treatment to reduce the replica glasses hydration kinetics is shown with ageing experiments at 80 °C or 40 °C, when the glass surfaces are not pre-altered before the deposit. The formation of thermally activated zinc species that react with the glass surface are put in evidence as well as their predominant role in the protection mechanisms. Therefore, a zinc salt treatment might be considered if a heating step of the glass object is accepted (around 60 °C). However, the treatment performances seem to be strongly dependent on the surface alteration degree before the deposit. This point is critical for the relevance of the treatment for the glass artwork conservation and should be investigated deeper. Others directions of research are arisen in this work and should be followed to propose new protective methods in the longer terms.

Les roches vulcanogéniques de la Mine de Seival appartiennent à la Formation Hilário du Bassin de Camaquã, d’âge Néoprotérozoique. Ces roches contiennent six mines inactives avec diverses prospections de cuivre–argent. Les minéralisations semblent associées à un contrôle structurel intense du régime ruptile. La compréhension de la transformation chimique de l’hydrothermalisme associé aux paléo-contraintes est assez faible dans la région. Nous proposons de caractériser la chimie des minéraux des phases magmatiques, tardi–magmatiques et hydrothermales ainsi que de comprendre les contraintes structurales et la géochimie des veines tardives de barytine et calcite. Pour ce faire, nous avons effectué des analyses minéralogiques, et chimiques des phases magmatiques et d’altération. La chimie minérale associée à la modélisation thermodynamique a permis de caractériser l’altération comme tardi– magmatique. L’albitisation (650 à 350 °C) s’est produite en association avec une chloritisation (312 à 120 °C) et avec de la pyrite et de la chalcopyrite. Les températures les plus basses (150 à 50 °C) ont été reliées à la formation de smectite et d’inter-stratifié de chlorite/smectite et avec de la chalcocite–covellite, chalcocite–bornite ou barytine. Nous effectuons les analyses structurales des mesures de cinématique et de la direction des failles/fractures. L’analyse structurale a montré trois contraintes principales survenant dans la Mine Seival et dans le District Minier de Lavras do Sul : compression NW–SW ; compression NE–SW ; distension ENE–SWS. La contrainte NW–SE est la principale direction de contrainte associée à la minéralisation et aux filons minéralisés dans ces deux régions. / The volcanogenic rocks of the Seival Mine belong to Hilário Formation from Camaquã Basin, with ages Neoproterozoic. These rocks contain six inactive mines with various prospects of copper-silver. Mineralization are associated with intense structural control in brittle regime. Chemical transformation of hydrothermal alteration associated with paleostress is not very well understood in the region. We propose a characterization of mineral chemistry of the magmatic phases, tardi–magmatic and hydrothermal as well as understand the paleostress and geochemistry of late veins. For this, we realized analyses of mineral chemistry of magmatic and alteration phase. Mineral chemistry coupled with thermodynamic modeling allowed to characterize the alteration as tardi–magmatic. The albitization (650 to 350 °C) occurred in association with chloritization (312 to 120 °C), and with pyrite and chalcopyrite. The lowest temperatures (150 to 50 °C) were related to formation of smectite and interlayered chlorite/smectite, and with chalcocite–covellite, chalcocite–bornite or barite. We perform structural analyzes through kinematic measures and failure/fracture directions. The analysis on faults, fractures and mineralization showed three main stresses occurring in the Seival Mine and Lavras do Sul Mining District: NW–SE compression; NE–SW compression; ENE–SWS distension. The NW–SE paleostress is the main effort related to the dikes and mineralization in both areas.

Le transport de contaminants, l’altération des roches ainsi que les grands cycles biogéochimiques sont contrôlés par les temps de séjour de l’eau. Ces temps de séjour représentent le temps de transit durant lequel l’eau « voyage » dans un bassin versant. Contraindre ces temps de transit est donc un enjeu essentiel pour quantifier l’impact de l’homme sur la qualité de l’eau en rivières et dans les aquifères et pour évaluer la résilience des écosystèmes aquatiques continentaux. Cependant, les rivières comme les nappes phréatiques sont constituées d’un mélange d’eau de différents âges (une distribution des temps de transit ou des temps de résidence) qui varie avec le temps, en fonction des aléas météorologiques et climatiques, rendant difficile leur caractérisation ainsi que leur prédiction. Dans cette thèse, nous inférons ces temps de résidence à l’aide de traceurs géochimiques et de modèles guidés par les données. Nous montrons comment cette connaissance permet de quantifier l’altération des roches cristallines. Nous développons ensuite un cadre original de modélisation à base physique, capable de représenter la variabilité saisonnière et interannuelle des débits et des temps de transit mesurés en rivière. Nous montrons comment le processus de battements de nappes et son interaction avec les couches perméables du sol mène à la génération d’un ruissellement qui explique les fluctuations saisonnières de qualité de l’eau en rivières, traduites par des mesures de silice dissoute. Enfin, nous esquissons un cadre général de représentation de la réactivité à l’échelle du versant capable de rendre compte des processus biogéochimiques. En effet, représenter la dégradation des éléments réactifs (oxygène, nitrates, carbone) permettra d’évaluer les mesures de réduction d’intrants agricoles, de prédire l’évolution long terme de ces solutés en rivières, et donc leur potentiel d’eutrophisation ainsi que d’évaluer des mesures pour réconcilier agriculture et environnement. Cette réactivité apparaît comme le dernier maillon manquant pour comprendre, mesurer et prédire, les impacts anthropiques sur la zone critique. / Groundwater travel time controls contaminant transport, weathering processes and biogeochemical cycles. Groundwater travel time is a fundamental descriptor characterizing the transit time of water inside the catchment, from precipitation events to the streams. Quantifying these transit times is pivotal to predict the impact of anthropogenic pressure and assess freshwater ecosystems resilience. However, streamwater and groundwater are a mixture of water of different ages (the transit time and the residence time distribution), which vary according to climatic forcings. This makes difficult its characterization and prediction. Here we infer residence times with geochemical tracers and data-driven models. We show how this can be constrained by silicate weathering at the catchment scale. We then develop a novel process-based framework, which can model discharge and transit time seasonal and interannual variabilities. We identify water table fluctuations, its interaction with permeable soil layers and the resulting subsurface stormflow generation as a key process for seasonal water quality variations described by dissolved silica measurements. Finally, we draw a reactivity framework to represent biogeochemical processes. Indeed, evaluating reactive solute degradation is needed to assess the efficiency of reducing fertilizer loads, to predict the long term evolution of in stream solute concentrations and the eutrophication potential of freshwater bodies. Modeling the reactivity at the catchment scale is the missing link to understand, quantify and predict the effect of anthropogenic pressure on the critical zone.

Dans la zone insaturée, l’altération des roches poreuses en condition de séchage est attribuée principalement aux sels qui cristallisent dans la solution porale lors de son évaporation. Ils exercent une pression (pression de cristallisation) contre les parois du pore dont le moteur est la sursaturation de la solution. Dans le même contexte, l’eau porale qui est retenue par capillarité dans les pores nanométriques est amenée sous pression négative. L’eau sous tension capillaire exerce une traction mécanique contre les parois du pore, mais aussi modifie les équilibres chimiques. Ces deux mécanismes, pression de cristallisation et traction capillaire, qui sont de nature physique, ont pour origine le déséquilibre chimique entre l’eau porale et l’air sec.Des expériences de cristallisation de sels (Na2SO4, NaCl) permettent 1/ de mettre en évidence des conditions favorables à l’expression de la pression de cristallisation, qui apparait comme un phénomène brutal et transitoire provoqué par la relaxation d’un état de déséquilibre (sursaturation), et 2/ de montrer que la tension capillaire, générée par une interface nanométrique, peut être transmise à un macrovolume dans un système géométrique particulier construit par les sels. L’état de tension y est métastable (l’eau est surchauffée) mais dure suffisamment longtemps pour observer les effets mécaniques (traction) et chimiques (dissolution) attendus. La relaxation brutale de l’état de surchauffe permet une rapide sursaturation, qui est le moteur de la pression de cristallisation.Ainsi, les cycles climatiques sont à l’origine d’évènements brutaux et transitoires qui marquent la relaxation d’un état de déséquilibre (surchauffe et sursaturation), contrôlés par la tension capillaire et la cristallisation des sels qui coopèrent pour altérer la roche en conditions de séchage. / The alteration of porous media in drying conditions is generally attributed to the pressure exerted by growing salts from the poral evaporating solution against the pore wall (crystallization pressure). In drying conditions, the water retained by capillarity in nanometric pores is under absolute negative pressure. Water under capillary tension exerts a mechanical traction against the pore walls but also modifies the chemical equilibria and so rock-fluid interactions. Crystallization pressure and capillary tension, which are physical processes, are both induces by the disequilibrium between poral water and dry air.Salt crystallization experiments in microtubes (Na2SO4, NaCl) show some favorable conditions for crystallization pressure - in terms of supersaturation and geometry – which is transient and brutal. A second series of experiments shows that capillary tension, generated by a nanometric liquid air interface, can be transmitted to a macrovolume of aqueous solution in a particular geometric system built with salts. The tensile state is metastable (superheated), but long enough to modify significantly the chemical budget of the system and to see mechanical effects. The brutal relaxation of the superheating state by vapor nucleation induces a rapid salt supersaturation which is the driving force of the crystallization pressure.The salt growth (during evaporation) and capillarity cooperate in drying conditions to alter porous media.During climate cycles (especially humidity) they control and induce transient and brutal events which mark the end of metastable states (superheating and salt supersaturation).

L’altération des roches silicatées constitue le dénominateur commun d’une multitude de problématiques environnementales et sociétales. Du fait de la difficulté d’extrapoler au milieu naturel les cinétiques de dissolution des minéraux mesurées in vitro, cette thèse propose de réviser en profondeur l’approche actuelle de la réactivité minérale du laboratoire au terrain. Ce travail démontre que l’évolution intrinsèque des propriétés texturales et structurales de l’interface réactive au cours de la dissolution induit des variations de vitesse qui ne peuvent être expliquées dans le cadre des théories thermocinétiques classiques. Nous proposons une nouvelle méthode permettant de sonder la réactivité biogéochimique des minéraux sur le terrain et de révéler les interactions réciproques entre le minéral et le monde microbien au sein de la minéralosphère. Nous démontrons la pertinence des phénomènes de passivation pour l’altération de surface et l’incapacité des microorganismes à les surmonter. / Chemical weathering of silicate minerals is central to numerous environmental and societal challenges. This study addresses the long-standing question of the inconsistency between field and laboratory estimates of dissolution kinetics, by revisiting current approaches of mineral reactivity. It is demonstrated that evolution of feldspar reaction rates are inaccurately describedby current kinetics rate laws, due to textural and structural changes occurring at the fluid-mineral interface over the course of the dissolution process. A novel method is developed to enable probing biogeochemical weathering rates in the field. Bacterial and fungal metagenomic data reveal that subtle reciprocal relationships are established between microorganisms and mineral substrates within the mineralosphere. This thesis emphasizes the impact of passivation phenomena on dissolution rates, under field-relevant reacting conditions and the incapacity of microorganisms to overcome the passivation barrier.

L'objectif de cette thèse était d'utiliser les propriétés magnétiques des roches (paléomagnétisme, anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM) et différentes techniques d'analyse de la minéralogie magnétique), complété par d'autres méthodes classiques (microscopie pétrographique et électronique, goniométrie de texture, spectroscopie Raman, statistiques d'orientation préférentielle de forme et cathodoluminescence) pour aborder des thématiques récurrentes relatives à la formation des gisements métalliques. Cette approche a été appliquée à deux problèmes métallogéniques : (i) le traçage de la circulation du fluide ayant produit la métasomatose ferrifère des carbonates de La Florida (Cantabrie, Nord de l'Espagne) et la mise en place des minéralisations à Pb–Zn associées (MVT) ; et (ii) l'étude de la structuration des gossans et le décryptage de l'histoire de l'altération des amas sulfurés de la Ceinture Pyriteuse Sud Ibérique (CPSI, Andalousie, Sud de l'Espagne). Dans le premier cas, nous avons pu démontrer expérimentalement que la circulation des fluides produit une anisotropie de forme dont on peut retrouver l'empreinte dans le signal de l'ASM. Cette propriété nous a permis de définir une direction NE–SW de circulation du fluide métasomatique à La Florida. Dans le deuxième cas, le couplage entre l'ASM et le paléomagnétisme nous a permis de définir deux fabriques magnétiques dans les gossans primaires ; (i) une fabrique, d'âge ancien, de « compaction », caractéristique des parties supérieures des gossans, probablement associé au réchauffement de l'Oligocène supérieur et (ii) une fabrique de « mélange », plus récente, localisée dans les parties inférieures des gossans, formée probablement lors de l'événement messinien. La fabrique de «compaction » refléterait donc une altération plus mâture comparée à la fabrique de « mélange ». Par ailleurs, l'analyse de la minéralogie magnétique des gossans et des terrasses de la CPSI a révélé la présence « inhabituelle » de la pyrrhotite, une présence que nous avons attribué à l'activité de bactéries sulfato-réductrices dans des microdomaines réducteurs, disséminés dans un environnement globalement oxydant et très acide.

Cette thèse a pour but d'améliorer notre compréhension des processus d'altération des roches mafiques silicatées, de la spéciation des éléments et de leur migration dans le milieu boréal (bassin versant de la mer Blanche, Nord-Ouest de la Russie). Les objectifs principales du travail sont i) de caractériser et décrire les mécanismes responsables de l'altération chimique et de la formation des minéraux dans la zone subarctique, ii) évaluer le rôle de la lithologie (environnement granitique versus basaltique) dans la spéciation des éléments traces (ET) et la formation des colloïdes organo-minéraux dans les eaux de surface des bassins versants boréaux des hautes latitudes, et iii) révéler la dépendance de la spéciation des ET en fonction du pH de la solution pour prédire des changements éventuels dans la bioaccumulation des éléments dans les eaux naturelles à cause de leur acidification. L'originalité de cette thèse est de combiner, pour la première fois sur les mêmes objets naturels, les techniques physico-chimique, minéralogique et isotopique afin de mieux comprendre les facteurs qui contrôlent les cycles biogéochimiques des éléments dans les régions subarctiques.

La présence d'eau liquide sur Mars est une question primordiale dans la recherche de milieux habitables extraterrestres. La planète nous a montré depuis les années 1970 des traces d'écoulement d'eau liquide. Depuis quelques années, nous cartographions des minéraux hydratés formés en grandes quantités par de l'eau liquide : phyllosilicates, hydroxydes, sulfates... Le travail de ma thèse a consisté à étudier la minéralogie et la géologie de certaines régions, afin d'essayer d'y comprendre les conditions de formation de ces minéraux, et en particulier des phyllosilicates, grâce à l'utilisation des données spectroscopiques, topographiques et d'imagerie visible et infrarouge des sondes martiennes, et notamment d'OMEGA et HRSC sur Mars Express. Les études des régions d'Echus Chasma, de Terby Crater, de Tyrrhena Terra et de Mawrth Vallis ont révélé la corrélation des minéraux hydratés avec des roches parmi les plus anciennes de Mars. Les terrains finement stratifiés de la région de Mawrth Vallis nous montrent sur les données OMEGA la présence de divers phyllosilicates dans une unité épaisse de plusieurs centaines de mètres, et divisée en sous-unités de compositions différentes, marquant la complexité de l'altération de ces terrains. Cette région est un des principaux témoins des environnements propices à la formation de phyllosilicates, qui ont dû être répandus à la surface de la planète au début de son histoire.