L'océan Pacifique ouest équatorial, zone océanique la plus chaude du globe, est au cœur des cellules de circulation atmosphérique de mousson (méridienne) et de Walker (zonale). Les assemblages des foraminifères planctoniques, leur géochimie et leur morphométrie ainsi que les assemblages de coccolithophoridés nous ont permis de reconstruire la dynamique climatique de cette zone au Pléistocène récent Nous avons développé une nouvelle fonction de transfert non biaisée par la structure des écosystèmes comme dans l'étude CLIMAP. Les températures de surface des derniers 185 ka reconstruites par cette méthode varient entre 27 et 29.5°C, en accord avec les estimations des alcénones. La convection atmosphérique liée à ces températures élevées a donc persisté au cours du Pléistocène récent. Ces températures sont modulées par les cycles orbitaux de précession qui forcent également à cette échelle de temps le balancement de la thermocline des océans Indo-Pacifique, suivant un mécanisme similaire à l'El Niño-Oscillation Australe. A l'échelle du millénaire, la dynamique climatique rapide des cycles de Dansgaard-Oeschger des hautes latitudes est décelée dans les variations d'intensité de la mousson d'hiver Est Asiatique du Pacifique ouest équatorial. Cette mousson est marquée par un cycle de 1500 ans, indépendant du volume global des glaces, donc d'un forcage des hautes latitudes. Un rôle d'amplificateur des changements climatiques rapides est attribué à la dissociation thermale des clathrates de méthane des marges sédimentaires de basses latitudes. En effet, un enregistrement isotopique à haute résolution des isotopes du carbone démontre l'existence de dégazages catastrophiques de ces clathrates de méthane pendant le dernier stade glaciaire.

L'augmentation des besoins en produits de haute technologie est responsable d'une demande croissante en minéraux de spécialité et conditionne très fortement la stratégie des grands groupes industriels. Cependant, la typologie de ces nouveaux minerais et la gîtologie de leurs gisements sont très mal connues. La silice ultra pure pour l'électrométallurgie du silicium, au coeur de cette vaste thématique, offre les meilleures opportunités d'étude. Un projet de thèse a donc été proposé par le Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM), en coopération avec l'Université Henri Poincaré (UHP) de Nancy, dans le but d'explorer quelques pistes d'importance en ce qui concerne ce minerai et ses gisements. Ce travail a permis de proposer, à partir de l'étude conjointe du gisement et de son substratum, un nouveau modèle génétique original du plus gros placer français incluant les sources, le transport et le piégeage du minerai, propice à la recherche de nouveaux gisements. En ce qui concerne le minerai quartz, quelques nouvelles données sur la définition de sa qualité et sur les études à mener pour la caractériser ont été avancées.

J'ai développé des modèles numériques 3D de l structure thermiques et des caractéristiques géophysiques résultants des segments de dorsale lente pour vérifier si la présence d'une zone chaude sous les centres de segment rend compte des observations géophysiques axiales et hors-axe et pour déterminer les caractéristiques d'une telle zone chaude. Les observations sur la dorsale Médio-Atlantique montrent des variations le long de l'axe des caractéristiques géophysiques des centres de segment vers leurs extrémités. Les observations hors-axe montrent l'existence de formes rhomboédriques suggérant qu'un segment s'allonge puis se raccourcit au cours du temps sur une période de 3 à 9 Ma. Dans mon modèle, la structure thermique est contrôlée par la géométrie et les dimensions d'une zone chaude permanente impose sous le centre du segment, dans laquelle est simulée la remontée adiabatique de matériel mantellique. Les processus physiques à l'origine d'une telle zone chaude ne sont pas considérés. A partir de la structure thermique, les paramètres géophysiques (anomalies gravimétriques, anomalies magnétiques, profondeur maximale des microséismes et variation axiale de l'épaisseur crustale) sont simulées et comparées à ceux observés pour identifier les dimensions et géométrie particulières de la zone chaude qui reproduisent les observations géophysiques. Les structures thermiques de différents types de segment, caractérisés par des longueurs différentes, sont déterminées de cette façon. Les modèles montrent que, les autres paramètres restant constants, l'allongement de la zone chaude est suffisant pour rendre compte de la variation des caractéristiques des différents types de segment. Cette simple évolution de la zone chaude suggère que les différents types de segment représentent différentes phases dans l'évolution d'un type unique de segment. Pour tester si une telle évolution peut rendre compte des observations hors-axe j'ai modélisé cette évolution de la zone chaude et les structure et évolution thermiques résultantes. Une telle évolution rend compte des observations hors-axe si la zone chaude s'allonge progressivement pendant 3 Ma puis se raccourcit pendant 3 Ma.

L'objectif de ce travail est d'étudier les apports atmosphériques de Pb à partir d'enregistrements environnementaux de Méditerranée occidentale. Le calcul des inventaires de Pb anthropique de plusieurs milieux de dépôts et la reconstruction temporelle des apports obtenus par un couplage du 210Pb et des isotopes stables du Pb est le moyen de valider ou de remettre en question l'enregistrement sédimentaire. Le sédiment de la pente continentale du Golfe du Lion révèle un inventaire moyen de Pb anthropique de 110!±!7!mg.cm-2 similaire à l'inventaire atmosphérique estimé en Camargue, soit 99!µg.cm-2. La reconstitution des apports de Pb anthropique dans ces mêmes sédiment obtenue par une modélisation prenant en compte la diffusion, rejoint les émissions anthropiques régionales au cours du dernier siècle dans la zone Ferrand (1996). Le sédiment de pente continentale est donc un intégrateur efficace et fidèle du signal de pollution atmosphérique, aussi bien du point de vue quantitatif mais aussi qualitatif. En mer d'Alboran, zone particulière de par sa situation géographique, sa situation climatique, sa situation météorologique, et son contexte hydrologique, l'inventaire sédimentaire moyen de Pb anthropique est de 153!±!47!µg.cm-2, soit 1,5 fois supérieur à celui du Golfe du Lion. L'étude des retombées atmosphériques actuelles, de particules sédimentaires de la colonne d'eau et de sédiments profonds des bassins Est et Ouest de la mer d'Alboran permet de montrer la continuité du signal isotopique entre ces trois compartiments et de définir les sédiments profonds comme susceptible de restituer le signal atmosphérique sur une plus ou moins longue période de temps.

Les données de télédétection dans le domaine du Visible, de l'Infrarouge et du rayonnement Gamma ont un potentiel pour la cartographie géologique. Ce potentiel est évalué sur l'exemple de la carte géologique de Rehoboth, zone semi aride de Namibie en contexte sédimentaire. Une méthode de détermination des contours géologiques a été mise au point à partir d'une combinaison de données multispectrales ASTER (3 bandes dans le Visible, 6 bandes dans l'Infrarouge Moyen), de données hyperspectrales HYPERION (242 bandes du visible à l'Infrarouge Moyen) et de données de rayonnement Gamma (K, U, Th). Cette méthode permet de préciser la géométrie de la carte. Le potentiel des données HYPERION a ensuite été évalué pour l'identification et la quantification des lithologies à partir de deux techniques : la méthode N-FindR et la méthode d'Analyse en Composantes Indépendantes (ACI). Les tests montrent que la méthode ACI permet d'identifier de façon plus fiable les composants lithologiques présents dans un pixel.

Suite à la perturbation thermique induite par le stockage de déchets radioactifs, les modifications structurales risquant d'affecter les constituants minéraux réactifs (smectite) de la barrière argileuse concernent principalement la quantité et la localisation de la charge foliaire et modifient potentiellement les propriétés d'hydratation de ces minéraux. Une méthodologie a donc été développée afin de décrire, par simulation des diffractogrammes de rayons X (raies 00ℓ), ces propriétés d'hydratation et en particulier l'hétérogénéité résultant de l'interstratification de feuillets présentant différents états d'hydratation. L'étude des propriétés d'hydratation d'une montmorillonite (charge octaédrique) bassecharge a montré que l'affinité du cation interfoliaire pour l'eau gouverne l'état d'hydratation et l'épaisseur des feuillets hydratés. L'augmentation de la quantité de charge induit, en désorption d'eau, un décalage vers les plus basses humidités relatives des transitions entre les différents états d'hydratation. D'autre part, les beidellites étudiées (charge tétraédrique) présentent des états d'hydratation plus hétérogènes que les montmorillonites. L'approche développée a également permis de décrire les modifications structurales induites par une perturbation chimique (influence du fond chloré, pH). Enfin, nous avons pu mettre en évidence le lien structural entre l'épaisseur des feuillets élémentaires et la quantité d'eau interfoliaire, pour laquelle un nouveau modèle structural, permettant de mieux décrire leur distribution de position, a été établi pour les feuillets bi-hydratés.

Les formations herbacées actuellement dominantes en zone intertropicale sont mal discriminées par les marqueurs de végétation courants. Ainsi, la modélisation de la végétation et les reconstitutions des climats passés dans ces zones sont limitées. Les phytolithes sont des particules d'opale formées par précipitation de silice amorphe entre et/ou dans les cellules de nombreuses plantes vivantes, couramment utilisés pour tracer la dynamique des formations herbacées. Cependant, les calibrations entre assemblages phytolithiques, végétation et climat sont rares. Cette thèse établit des fonctions de transfert entre indices phytolithiques, caractéristiques des formations herbacées intertropicales actuelles, et contraintes bio-climatiques, en vue de pouvoir intégrer les données phytolithiques à la méthode de biomisation pollinique permettant des reconstitutions de végétation. Ceci permettra d'améliorer et de valider certains modèles prédictifs de végétation. En Afrique de l'Ouest, l'indice Iph permet de différencier les savanes à graminées basses des savanes à graminées hautes. Une fonction de transfert, établie pour estimer l'évapotranspiration (AET/PET), offre de bons résultats, comparables et complémentaires aux estimations fournies par la biomisation pollinique. L'indice Ic étudié sur un gradient altitudinal en Afrique de l'Est estime correctement la proportion des sous-familles graminéennes Pooideae et Panicoideae en zone intertropicale soit, potentiellement, la domination des Poaceae en C4/C3, jusqu'alors difficilement enregistrée. Pour la première fois un marqueur de végétation, l'indice D/P, est calibré de façon quantitative en terme de LAI le long d'un transect forêt-savane. Finalement, une analyse discriminante utilisant la totalité des assemblages permet de définir six biomes phytolithiques. Ces biomes intégrés à la méthode de biomisation pollinique, offriront des reconstructions paléo-environnementales plus précises, notamment les transitions désert/savane/forêt.

Afin d'assurer le confinement de déchets radioactifs en milieu géologique profond, il est envisagé d'utiliser des matériaux argileux de site et des bentonites. Leur stabilité en présence de fer métal, constituant des conteneurs de déchets, est étudiée. Ces études démontrent que la réactivité de tels matériaux est principalement portée par les smectites dioctaédriques et les kaolinites qu'ils contiennent. En revanche, la présence de sulfures inhibe la réaction Fe(0)-argiles. La nature du produit de réaction dépend de la quantité de fer métal disponible. A pH basique, par contact physique avec les agents oxydants de la smectite (H+, OH- et Fe3+), le Fe(0) est corrodé. Cette réaction est favorisée par les hétérogénéités des surfaces latérales de la smectite, qui altérée définit un micro-domaine à l'intérieur duquel nucléent des serpentines-Fe si l'apport en fer est suffisant. De telles néoformations entrainent une diminution des propriétés de confinement de la barrière argileuse.

La plate-forme russe a été le siège d'un important dépôt de matière organique (MO) au cours du Volgien moyen. La formation qui en résulte, montre des alternances décimétriques de niveaux marneux et de black shales. Nous avons étudié cette formation sur deux sites, Gorodische et Kashpir, situés dans la région moyenne de la Volga, afin de déterminer les processus de sédimentation et de préservation de la matière organique. Une première étude globale du sédiment et de la matière organique a été menée sur un grand nombre d'échantillons provenant des deux sites. Les résultats indiquent que les échantillons de Gorodische et de Kashpir présentent des caractéristiques géochimiques globales proches (IH, COT, CaCO3...), ce qui atteste de conditions de dépôt et de préservation de la MO similaires sur l'ensemble du bassin de la moyenne Volga. La palynologie montre que les échantillons sont dominés par la MO amorphe (MOA) et indique que les variations verticales d'IH et COT observées le long de la coupe de Gorodische ne sont pas liées à des variations dans la contribution relative de MO terrestre et de MO marine. Les échantillons de Gorodische ont pu être répartis selon trois groupes présentant des caractéristiques morphologiques et géochimiques différentes : (i) MOA grise pour les kérogènes peu aliphatiques, pauvres en soufre organique et présents dans les échantillons de plus faible COT (ii) MOA orange hétérogène pour les kérogènes relativement aliphatiques, moyennement enrichis en soufre, présents dans les échantillons de COT intermédiaire et (iii) MOA orange pure pour les kérogènes très aliphatiques et enrichis en soufre organique, présents dans les niveaux de plus fort COT. L'analyse géochimique détaillée (spectroscopie et pyrolyse) des trois kérogènes représentatifs de ces trois groupes indique l'origine phytoplanctonique de la MO. Une faible contribution de matériel bactérien est également notée. Les différents processus de préservation de la MO ont également été mis en évidence : la MOA orange pure s'est essentiellement formée par sulfuration naturelle de lipides et de sucres sous des conditions anoxiques ; la MOA grise s'est principalement formée par dégradation-recondensation et, dans une moindre mesure, par préservation sélective de parois d'algues sous des conditions principalement oxygénées ; la MOA orange hétérogène intermédiaire entre les deux autres types, est constituée de mélanoïdines et de matériel soufré, elle s'est formée sous des conditions variables globalement dysoxiques. Les trois kérogènes montrent également une importante contribution de lipides incoporés par réticulation oxydative. La combinaison des deux approches, géochimie globale et détaillée, permet de proposer une reconstruction du paléoenvironnement et de son évolution au cours du dépôt de la formation.

L'enchaînement des épisodes de fracturation et de circulation de fluides ainsi que les phases de déformations synsédimentaires a été caractérisé dans les terrains jurassiques de l'Est du Bassin de Paris. L'étude s'appuie sur une base importante d'observations nouvelles de terrain et sur des données de forages ainsi que sur la caractérisation géochimique et isotopique de différents objets diagénétiques et tectoniques. Sur la base de données de décompaction des terrains et de la découverte de filons sédimentaires, un contexte tectonique extensif est défini entre la fin du Dogger et le Malm. Ces déformations précoces s'intègrent dans un calendrier tectonique partant de la fin du Mésozoïque jusqu'à l'Actuel, dont l'enchaînement des paléocontraintes associées aux phases tardi-crétacées et tertiaires est précisé. L'étude détaillée des stylolites stratiformes a confirmé leur rôle pendant la compaction et lors de réactivations tectoniques. L'analyse des signatures isotopiques (δ18O et δ13C) des calcites de fentes de tension et des roches encaissantes a permis de proposer plusieurs origines et modes d'écoulements pour les paléocirculations depuis le Jurassique jusqu'au Tertiaire.