Ce travail décrit certains aspects du réseau d’assainissement en tant que réacteur bio-physico-chimique. Les objectifs principaux sont : d’identifier et de quantifier les sources des eaux circulant dans les collecteurs en se basant sur les signatures isotopiques des eaux et des sulfates dissous; de déterminer la nature minéralogique des phases porteuses des métaux lourds et d’étudier leur cycle géochimique par MET et MEB couplés à la EDXS ; de mettre en évidence la présence d’échange de matière entre les eaux usées et les biofilms par CLSM et MET et d’étudier les conditions hydrodynamiques impliquées dans cet échange dans un réacteur pilote (Couette-Poiseuille). On montre que les données isotopiques permettent d’évaluer la présence des évolutions de concentration des éléments transportés dans le réseau. Le rôle du réseau en tant que réacteur apparaît dans l’évolution de la nature minéralogique des phases phosphatées vers l’aval du réseau et dans la précipitation des métaux lourds dans les compartiments anaérobiques sous forme de phases sulfurées néoformées. Les dépôts des regards de façade et les biofilms sont les lieux de cette néoformation. A l’échelle de la matière organique, l’auto-épuration est révélée par les échanges entre les biofilms et les matières en suspension (MES) suite à la présence des fibres de cellulose dans la structure des biofilms et de morceaux de biofilms au sein de la MES. La majeure partie de ces évolutions se situe en amont du réseau où les contrastes physicochimiques sont les plus importants. Finalement, les expériences modèles au sein du réacteur ont montré l’implication de l’hydrodynamisme dans le détachement des biofilms / This work describes the sewer system as an integrated part of the wastewater treatment system. The main objectives of this study were: identification and quantification of water sources collected in sewer system, referring to isotopic signatures of water and dissolved sulfates; identification of the mineralogical nature of trace element carriers and determination of their geochemical evolution within the sewer by TEM and SEM coupled with EDSX ; Evidencing exchanges between sewage and biofilms, using CLSM and TEM, and investigating hydrodynamic conditions controlling this exchange in an experimental set-up (Couette-Poiseuille reactor). The results indicate that isotopic data may be used to study the tightness of sewer lines and to evaluate the evolution of element concentrations along sewer. Implication of the sewer system as a true biophysicochemical reactor is evidenced in our study by the evolution of the mineralogical nature of phosphate phases downstream of the sewer and by heavy metal precipitations in anaerobic conditions as neoformed sulfide phases. Sump pit deposits and biofilms represent the earlier stage of this neoformation. Organic matter biodegradation was revealed by TEM examination of SM whereas the exchange between biofilms and SM was shown by CLSM. Cellulose fibers from SM were found embedded in exopolymer biofilm matrices and detached fragments from biofilms were identified in sewage. The majority of these evolutions are located upstream of sewer system in which the contrast in physicochemical properties are the most significant. Finally, biofilm model investigations and image processing showed that hydrodynamic conditions are largely implicated in biofilm detachment

L'ophiolite d'Oman permet d'observer les roches mantelliques inaccessibles aux dorsales. Avec cinq diapirs à l'axe (dont Maqsad) et un diapir hors-axe (Mansah), elle permet d'étudier les processus magmatiques en jeu dans les diapirs au niveau de la Zone de Transition au Moho, qui est différente entre les deux types de diapirs avec hors-axe des pyroxénites dans la dunite à la place de gabbros lités à l'axe. Le diapir de Mansah est entouré d'intrusions gabbroïques dans le manteau et la croûte. Les roches hors-axe ont des valeurs d'εNd plus faibles que celles à l'axe qui ont des compositions similaires aux MORB, suggérant une source des liquides plus riche en veines de pyroxénite hors-axe. Les εNd montrent aussi que les pyroxénites et les intrusions gabbroïques sont une suite magmatique. L'abondance de clinopyroxenes hors-axe provient de la réaction entre des liquides provenant de la fusion de veines de pyroxénites avec la harzburgite appauvrie de la lithosphère, ce qui donne à ces clinopyroxènes des compositions appauvries en éléments traces. La présence d'eau provenant de la lithosphère hydratée favorise la cristallisation de ces clinopyroxènes à la place du plagioclase qui doit normalement apparaître à cette profondeur dans la MTZ, ce qui est le cas à l'axe. Le diapir hors-axe pourrait fournir une analogie aux seamounts que l'on trouve actuellement à proximité des dorsales rapides et faire la lumière sur les interactions entre la lithosphère appauvrie et le matériel ascendant hors-axe, ainsi que sur les structures internes de ces seamounts. Ce travail offre des évidences probantes pour l'existence de veines de pyroxénites dans le manteau asthénosphérique sous les dorsales / The Oman ophiolite offers the possibility to study mantle rocks which are inaccessible at mid-ocean ridges. The presence of five on-axis diapirs and an off-axis diapir allows comparison of magmatic processes occurring in these different settings. The Moho Transition Zone is dominated by dunite in both cases, but off-axis includes massive pyroxenites instead of layered gabbro. The off-axis diapir is surrounded by gabbroic intrusions in the crust and mantle, which are not found elsewhere in the ophiolite. While the on-axis samples have εNd values similar to those of MORB, all of the off-axis rocks have less radiogenic Nd suggesting a larger contribution from melting of pyroxenite veins in the off-axis source. The abundance of clinopyroxene in the off-axis MTZ results from the reaction between the pyroxenite-derived melts and the depleted harzburgite of the lithosphere, which explains the highly depleted incompatible trace element compositions of the clinopyroxenes. The presence of water from the hydrated lithosphere favors the crystallization of clinopyroxene instead of plagioclase, which should normally appear at this depth in the MTZ, as is the case on-axis. The gabbroic intrusions in the mantle and crust surrounding the off-axis diapir crystallized from the residual magma produced by the interaction between the pyroxenite-derived melts and the harzburgite. The off-axis diapir could be viewed as an analog to seamounts currently found near fast-spreading ridges, and could provide information on their internal structure. More generally, this study provides compelling evidence for the existence of pyroxenite veins in the asthenospheric mantle beneath mid-ocean ridges

Le but de ce travail est de tester une approche multi-traceurs permettant de caractériser l'origine (éléments majeurs, Sr, Br, 87Sr/86Sr, δ18O, δ2H) et les temps de résidence (3H/3He, CFC, SF6) des eaux, pour identifier l'origine et évaluer le devenir des contaminants dans une nappe alluviale superficielle et peu profonde, la nappe de la Vistrenque. Les molécules étudiées sont les triazines, le métolachlore, le diuron, la carbamazépine, le sulfaméthoxazole, le diclofénac et l'ibuprofène. L'aquifère étudié est alimenté par une recharge directe, occasionnant le lessivage des pesticides des sols, et une recharge latérale provenant de l'aquifère karstique adjacent entraînant une dilution des eaux de la nappe en triazines. Localement, une contribution des eaux de surface (cours d'eau locaux, eau importée du Rhône) à la recharge de la nappe est mise en évidence entraînant également une dilution des eaux de la nappe en triazines mais au contraire une contamination en COE, quoique, en faibles concentrations. Les âges apparents des eaux alluviales échantillonnées, déterminés principalement par le couple 3H/3He, varient entre 1.4 et 22 ans. Le couplage de l'âge des eaux à leurs teneurs en triazines montre une persistance de ces molécules dans le milieu souterrain, et une atténuation de leur signal d'entrée soulignant l'efficacité de leur interdiction en 2003. Finalement, les eaux de la nappe alluviale montrent des rapports de dégradation des triazines variant entre 0,3 pour les eaux influencées par les eaux de surface et 4,8 pour celles montrant des âges apparents de 22 ans, suggérant une augmentation de ce rapport avec le temps de transfert des pesticides dans le système. / The aim of this work is to test a multi-tracer approach allowing the characterization of groundwater origin and residence time in a shallow alluvial aquifer, the Vistrenque aquifer, in order to identify the origin and the fate of contaminants therein. The selected compounds for the study are triazines, metolachlor, diuron, carbamazepine, sulfamethoxazole, diclofenac, and ibuprofen. The studied aquifer is mainly fed by 1) a direct recharge inducing pesticides leaching from soil layers and unsaturated zone and 2) by a lateral recharge from the karst adjacent aquifer, which induces triazines dilution in the alluvial aquifer. A local contribution of surface water (local streams and imported Rhône River water) was evidenced in the alluvial groundwater inducing also triazines dilution but EOCs contamination nevertheless at low concentrations. The apparent age of the alluvial groundwater samples varies between 1.4 and 22 years. Linking groundwater age to triazines contents allowed to highlight, first, the persistence of these compounds in the alluvial groundwater and, second, the decreasing of their input signal in relatively recent groundwater samples in accordance with their forbidding in 2003. Finally, the Vistrenque alluvial groundwater showed triazines degradation ratios varying from 0.3 for groundwater influenced by surface water infiltration to 4.8 for groundwater characterized by relatively older apparent residence time on the order of 22 years. This suggests an increasing ratio with the transfer time of these compounds in the alluvial aquifer system.

Les éclogites témoignent, pour la plupart d'entre elles, de l'existence de lambeaux de paléocroûtes océaniques affectées par des conditions tectonométamorphiques très intenses. Ces roches représentent généralement les premiers épisodes de la formation des chaînes de montagne, avant les phénomènes de collision continentale. L'étude géochronologique et géochimique des éclogites est fondamentale car elle apporte d'une part de nombreuses contraintes à la géologie des massifs cristallins étudiés, et permet d'autre part de caractériser le comportement des systèmes isotopiques \ lors d'un métamorphisme de haute grade. - L'ensemble des résultats géochimiques et isotopiques montre que la maiorité des * protolithes des éclogites étudiées provenant du Massif Armoricain (Champtoceaux-Léon) et des massifs externes alpins (Aiguilles Rouges-Belledonne- Argentera) sont comparables aux basaltes de rides' médio-océaniques actuels. - L'étude géochronologique U-Pb sur zircons a révélé une large gamme d'âges de magr:natisme initial de ces métabasites. Les résultats sont divisés - en d eux groupes : les âges précambriens et les âges paléozoiques. Un modèle de faible contamination, ion géochronoches qui propose qu'une très faible contribution crustale introduise une informat logique erronnée sans perturber les caractères géochimiques des roches étudiées, permet d'interpréter la diversité des âges précambriens obtenus. Dans les deux domaines étudiés, le magmatisme océanique d'âge paléozoique a été daté en deux époques distinctes :460-500 Ma et 350-380 Ma. - Le métamorphisme éclogitique est lui -même constitué de plusieurs époques : (1) précoce : 480 Ma, (2) majeur 400-440 Ma et (3) tardif à 350-370 Ma. Ceci permet de proposer la fermeture de plusieurs domaines océaniques et une évolution non-synchrone de l'ensemble de la chaîne Hercynienne. - Dans la chaîne Alpine, les âges obtenus par U-Pb * sur zircons 286 Ma (magmatisme) pour le métagranite éclogitique du Mont Mucrone et 117 Ma (métamorphi ~ me) sur une métaquartzite éclogitique du massif de Dora-Maïra permettent de corréler les âges obtenus avec les conditions P-T du métamorphisme le système U-Pb du granite n'a pas été modifié par le métamorphisme PH-BT, au contraire l'événement HP-HT a été enregistré par les zircons d'un sédiment.

Les Gastornithidae sont des oiseaux géants terrestres présents dans le Tertiaire (Paléocène- Eocène) d'Europe, d'Amérique du Nord et d'Asie. Bien que ces oiseaux soient connus depuis le 19ème siècle, leur écologie et les environnements dans lesquels ils vivaient sont encore très mal connus. Cette thèse propose donc d'apporter des réponses sur ces deux points afin de mieux comprendre ces oiseaux grâce à une approche pluridisciplinaire, combinant des études de morphologie-fonctionnelle, de géochimie isotopique, et de paléontologie. Nous avons pu déterminer que cet oiseau de deux mètres de haut devait peser entre 110 et 260 kg, et avait un déplacement relativement lent ne lui permettant pas de courir rapidement et longtemps. Le régime alimentaire des Gastornithidae, en débat depuis plus de vingt ans, a été ré-étudié grâce à une étude de géochimie isotopique combinée à une étude de morphologie fonctionnelle, permettant de conclure à une alimentation herbivore. Parallèlement, les paléo-environnements dans lesquels évoluaient cet oiseau ont également pu être étudiés grâce une étude de géochimie isotopique appliquée à des coquilles d'oeufs fossiles du Sud de la France attribuées à Gastornis dans cette thèse. Ces grands oiseaux vivaient donc dans un environnement relativement sec et chaud avec probablement une alternance de saison sèche et humide pour le Sud de la France, ce qui est différent de ce qu'on connait pour des environnements du centre de l'Allemagne où d'autres fossiles de Gastornis ont été trouvés, et où la végétation montre un environnement plus humide. Cela montre donc que cet oiseau avait une bonne capacité d'adaptation à différents environnements, ce qui lui a probablement permis de franchir le PETM sans être particulièrement affecté, comme le montre le registre fossile dans lequel aucune extinction, aucune variation géographique ou anatomique ne sont observées dans cette famille contrairement au cas de nombreux mammifères / Gastornithidae are a familly of large ground fossils birds present in the Tertiary (Paleocene- Eocene) from Europe, North America and Asia. Although these birds are known since the beginning of the 19th century, their ecology and the environment where they lived are still poorly known. Therefore, this PhD propose to bring some answers about this two points in order to better understand these birds using a multidisciplinary approach, including functional morphology, isotope geochemistry and paleontological studies. We have determined that this two meter high bird should weigh around 110 to 260 kg, and had a relatively slow locomotion not allowing him to run quickly and for a long time. The diet of the Gastornithidae, discussed since more twenty years, has been studied using an isotopic geochemical approach combine with a morphofunctional study, which permits to conclude to an herbivore diet. In parallel, paleo-environments where lived this bird have also been studied using isotopical analysis applied on fossils bird’s eggshells from the southern France, attributed to Gastornis in this thesis. Thus these large birds lived in an environment relatively dry and hot, with probably an alternance of dry and wet saison in the southern France, which is different than which is known in middle Germany environments where other Gastornis fossils were found, and where vegetation shows an environment wetter. Therefore, that shows that this bird had a good adaptability to different environments, which allowed him to cross the PETM without being particularly affected as shown in the fossil record, on the contrary to numerous mammals

En France, des minéralisations stratiformes de fluorine spatialement liées à une discordance socle/couverture sont localisées à la base de la série sédimentaire mésozoïque du bassin de Paris autour du Morvan cristallin, avec des réserves estimées à environ 5.5 Mt de fluorine. Ce travail concerne principalement quatre gisements de fluorine développés au sein de grès/conglomérats à Antully, de calcaires à Courcelles-Frémoy et de dolomies à Pierre-Perthuis et Marigny-sur-Yonne. L’objectif est d’apporter des contraintes sur l’âge et l’origine de ces minéralisations à l’aide d’une approche pluri-disciplinaire combinant géochronologie, pétrographie, géochimie élémentaire et isotopique afin d’élaborer un modèle métallogénique. Une première étude géochronologique permet de déterminer l’âge de mise en place des minéralisations de la génération géodique de fluorine de Pierre-Perthuis à 130 ± 15 Ma. L’élaboration d’une paragenèse générale détaillée révèle deux séquences minérales de type « fluorine-barytine-quartz », précédées par un événement de dissolution/karstification affectant les phases carbonatées des roches encaissantes. Au cours de ces phases de dissolution, le fluide s’enrichit en calcium et joue un rôle majeur pour la minéralisation en fluorine. Une étude microthermométrique des inclusions fluides piégées dans les cristaux géodiques de fluorine montre la présence de fluides particulièrement riches en CaCl₂ avec des températures entre 80-100°C, et des températures ponctuellement plus élevées. L’ensemble de ces données a été confronté à l’histoire thermique du sud-est du bassin de Paris et permet d’évoquer une remontée de fluides hydrothermaux au Crétacé inférieur jusqu’à la discontinuité entre le socle et la base du bassin sédimentaire. L’origine météorique de l’eau a été identifiée par les isotopes stables de l’oxygène sur les générations de quartz. L’implication d’une source granitique a été démontrée par les rapports isotopiques ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb très radiogéniques dans la galène et l’étude des minéraux constituants du socle granitique, avec l’implication de la biotite en tant que source potentielle du fluor. Au cours du Crétacé inférieur, le soulèvement des bordures du bassin de Paris génère un gradient hydraulique susceptible de provoquer la mise en charge de fluides météoriques dans les massifs cristallins, percolant à travers le socle en profondeur (2 à 5 km). La dissolution des carbonates par les fluides ascendants hydrothermaux contenant du fluor va permettre la formation de la fluorine au cours de l’enrichissement du fluide en calcium dans le bassin au niveau de la discontinuité socle/couverture. / In France, unconformity-related stratabound fluorite deposits occurred at the base of Mesozoic sedimentary units from the Paris Basin around the Morvan Massif, and reserves are estimated to about 5.5 Mt. This work mainly concerns four fluorite deposits in sandstones at Antully, in limestones at Courcelles-Frémoy and in dolomite at Pierre-Perthuis and Marigny-sur-Yonne. The aim of this study is to constrain the age and origin of mineralizations inferred from a multi-disciplinary approach including geochronoly, petrography, elementary and isotopic geochemistry in order to produce a metallogenic model. Firstly, the geochronological study allows to determine the age of the geodic fluorite stage at Pierre-Perthuis at 130 ± 15 Ma. The detailed paragenetic sequence displays two major mineral successions of “fluorite-barite-quartz”, occurring after two dissolution or karstification events that affect the carbonate phases in host-rocks. During the dissolution event, the fluid is enriched in calcium and plays a key role for the fluorite mineralization. The microthermometric study of fluid inclusions in geodic fluorite crystals shows CaCl₂-rich fluids with temperature around 80-100°C, with sporadic higher temperatures. All these data has been confronted to the thermal history of southeastern part of Paris Basin and allows to evoke deep ascendant hydrothermal brine circulation during the Early Cretaceous at the basement/basin unconformity. The meteoritic origin of fluid is determined by the oxygen isotopic compositions in the quartz stages. The implication of basement source has been demonstrated by the radiogenic lead isotopic compositions added to the study of major minerals in basement with the involvement of biotite as a potential source of fluor. During the Early Cretaceous, it is proposed that flows of meteoric waters percolated downwards to depths of 2-5 km, driven by a hydraulic gradient due to the flexural deformation of the Paris Basin. The carbonate dissolution by the fluor-bearing ascendant hydrothermal fluids will allows the deposition of fluorite mineralization during the Ca enrichment of fluids in the basin at the basement/cover unconformity.

L’objectif de cette thèse est d’utiliser la géochimie des spéléothèmes à travers une étude multi-proxy afin de reconstituer des changements environnementaux et climatiques dans le Sud-Ouest de l’Europe au cours de l’Holocène. Ce travail basé sur trois sites répartis entre l’Espagne et la France couvre les 14 000 dernières années. Cette région du sud-ouest de l’Europe, située à la confluence des hautes et des basses latitudes en fait une région particulièrement sensible à la fois à l’influence climatique de la région Nord-Atlantique mais également des régions Méditerranéenne et subtropicales Africaines et Asiatiques. Ce contexte particulier permet d’étudier idéalement l’impact des différents mécanismes climatiques agissant sur les modifications de son environnement. La répartition des sites d’étude a pour but de comparer les sites sous influence majeure Atlantique (Candamo, Nord Espagne), Méditerranéenne (Salamandre, SE France) ou sous influence mixte (Nerjà, sud Espagne). La compréhension des comportements géochimiques d’éléments clés, a constitué la première partie de cette étude. Après avoir établi un cadre temporel bien contraint (14C, U/Th), la géochimie élémentaire (éléments traces et terres rares) a été couplée à l’étude isotopique (87Sr/86Sr, d18O, d13C). Le rapport 87Sr/86Sr traditionnellement utilisé comme traceur de sources du Sr a été couplé à l’étude des variations élémentaires des éléments alcalins (Li, Rb, Cs) afin de déterminer des changements de sources des éléments (roche-mère ou de sol) dans les spéléothèmes. Le comportement de ces alcalins s’est également révélé lié à des modes de transports différents (particulaire, dissous ou liés à des complexes organiques) et l’utilisation du d13C et des terres rares (fractionnement terres rares légères et terres rares lourdes et anomalie en cerium) a permis de confirmer ou non ces hypothèses. La deuxième partie de ce travail a été d’appliquer ces mécanismes géochimiques à la détermination des processus hydrologiques et environnementaux et de les replacer dans le cadre climatique propre à chaque site d’étude. Ainsi, les éléments alcalins (Li, Rb, Cs) se sont révélés de bons indicateurs de phénomènes d'altération pouvant être liés à des changements climatiques (comme la transition entre le Bölling-Alleröd et le Younger-Dryas dans le site de la Salamandre), et/ou environnementaux (période de déforestation ou de mise en place de végétation à l’Holocène moyen dans le cas du site de Nerjà ou de Candamo). Ces événements pouvant donc se dérouler en contexte très différents (climat sec, déforestation, apports détritiques en climat humide par lessivage), le couplage à d’autres proxis est alors nécessaire pour préciser les conditions d'enrichissement de ces éléments alcalins. / The purpose of this thesis is to use speleothem geochemistry through a multi-proxy study to reconstruct environmental and climatic variations in southwestern Europe during the Holocene. This work, based on three sites distributed between Spain and France, covers the last 14,000 years. Due to its location at the confluence of the high and low latitudes, this region of south-western Europe is especially sensitive to both the influence of the North Atlantic climate but also the Mediterranean and subtropical African and Asian climate. This particular context allows to study ideally the impact of the different climatic mechanisms driving the modifications of its environment. The choice of the study sites’ distribution aims to compare sites with main Atlantic influence (Candamo, N Spain), Mediterranean (Salamandre cave, SE France) and mixt one (Nerjà, S Spain). The understanding of geochemical behavior was the first part of this study. After the establishment of a chronological frame (14C, U/Th), elemental geochemistry (trace elements and rare earth elements) and isotopic (87Sr/86Sr, d18O, d13C) was coupled. The 87Sr/86Sr isotope ratio, traditionally used as a source tracer for Sr, has been coupled to the study of elementary variations of alkali elements (Li, Rb, Cs) in order to determine changes in the contribution of bedrock and soil in speleothems. The behavior of these alkalis has also been shown to be related to different modes of transport (particulate dissolved or bound to organic complexes) and the use of d13C and rare earths (light rare earth and heavy rare earth fractionation and cerium anomaly) made it possible to confirm or not these hypotheses. The second part of this work was to apply these geochemical mechanisms to the determination of the hydrological and environmental processes and to place them in the specific climatic context of each study site. Thus, the alkali elements (Li, Rb, Cs) have proved to be good indicators of weathering phenomena that may be related to climate change (such as the transition between Bölling-Alleröd and Younger-Dryas in the Salamandre site), and/or environmental changes (period of deforestation or establishment of vegetation in the Middle Holocene in the case of the sites of Nerjà or Candamo). These events can thus take place in very different contexts (dry climate, deforestation, detrital inputs during wet climate by leaching) the coupling to other proxis is then necessary to specify the conditions of enrichment of these alkali elements.

L'objectif principal de cette thèse est l'étude de l'impact des variations de la mousson sud-est asiatique sur l'enregistrement sédimentaire en mer de Chine du Sud (MCS) au cours des 2 derniers Ma. La fraction terrigène de 3 sites ODP (Leg 184, sites 1144, 1145 et 1146) localisés dans la partie nord de la MCS, a servi de base à une approche pluridisciplinaire alliant sédimentologie, minéralogie et géochimie. L'utilisation combinée de la diffraction des rayons X et de la géochimie isotopique (systèmes Rb/Sr et Sm/Nd) a permis d'identifier les sources du sédiment. Le matériel fin (<2µm), provient majoritairement de la rivière des Perles avec toutefois, lorsque l'intensité de la mousson d'été augmente (cycles de 23ka), des apports importants de smectite se faisant depuis l'arc volcanique de Luzon (3 à 15% de la fraction <2µm). L'étude granulométrique a permis de caractériser la dynamique sédimentaire en individualisant 3 populations granulométriques évoluant différemment au cours du temps et en montrant des augmentations de tailles de grains nettes lors des épisodes glaciaires. Ces variations sont attribuées au remaniement de la plate-forme lors des changements du niveau marin, remettant en question les précédentes hypothèses associant ces variations à des apports éoliens plus important lors de l'augmentation de la mousson d'hiver. Au cours des 2 derniers Ma, l'intensité de la mousson d'été présente trois grandes phases de variations : 2-1,2 Ma : oscillation de faible amplitude en relation avec l'insolation aux hautes latitudes (41ka). 1,2-0,9 Ma : intensification liée au ralentissement de la circulation océanique mondiale et à la fermeture des seuils indonésiens. 0,9-0 Ma : diminution progressive associée au refroidissement global.

La compétition entre la tectonique et le climat s'exprime à travers la sédimentation. Or, du fait des fortes rétroactions existant entre ces paramètres, il est souvent difficile de discriminer leur influence relative. Ainsi, le Cénozoïque est une période présentant à la fois un refroidissement global et une phase orogénique majeure avec la collision alpine au sens large (depuis les Pyrénées à l'Ouest à la chaîne himalayenne à l'Est). Le but de cette thèse a été de comprendre comment s'expriment les rétroactions entre le climat, la tectonique et la sédimentation, dans une chaîne de montagne ancienne - les Pyrénées - dont les cadres sédimentologique, stratigraphique et tectonique, sont bien contraints. Trois questions principales ont été abordées : (1) est-ce que la croissance de cette seule chaîne de montagnes est susceptible d'influencer significativement le climat, localement ou à plus large échelle ? (2) de quelle manière le climat et la tectonique influencent la sédimentation ? (3) est-ce qu'un changement climatique est susceptible d'influencer l'évolution tectonique de cette chaîne de montagnes et de quelle manière ? La première partie a été abordée à travers à l'analyse géochimique de biominéralisations carbonatées provenant du bassin sud-pyrénéen (huîtres), comparée à celles de fossiles provenant du bassin de Paris (mollusques, dasycladales et characées), bassin intracratonique situé à proximité des Pyrénées. Les résultats montrent que les fossiles des deux bassins ont bien enregistré les événements climatiques globaux connus au Paléogène (Optimum climatique de l'Eocène inférieur, refroidissement du Lutétien, Optimum climatique de l'Eocène moyen et glaciation de la limite Eocène - Oligocène), signifiant que la croissance des Pyrénées n'a pas eu de conséquences directes sur le climat local. En revanche, ces résultats montrent que le δ18O des huîtres provenant des Pyrénées est plus négatif que celles du bassin de Paris. Le gradient latitudinal étant très réduit à cette période, ceci semble indiquer que le δ18O des huîtres pyrénéennes a été influencé par un apport d'eau ayant un δ18O négatif, signifiant une influence de la topographie pyrénéenne sur le δ18O des eaux de pluie et des rivières. La seconde partie a été abordée à partir d'une étude de terrain, caractérisant précisément les dépôts à l'Eocène moyen. Ceci a montré que les dernières plates-formes carbonatées ont définitivement disparues dans le bassin sud-pyrénéen à la limite Lutétien - Bartonien. Il semble qu'un stress environnemental dû à une intensification de l'érosion soit responsable de la disparition des producteurs carbonatés et ce, non pas uniquement à cause d'un forçage tectonique, mais également à cause de l'apparition d'un glacioeustatisme, c'est-à-dire d'un facteur climatique. Enfin, dans le but de mettre en évidence un éventuel forçage climatique sur le soulèvement des Pyrénées, nous avons établi un modèle cinématique reconstituant la séquence de déformation entre le Lutétien et le Miocène dans la partie ouest du bassin sud-pyrénéen. Trois phases de déformation successives ont été mises en évidence. La comparaison des flux entrant dans le prisme au cours du temps avec les flux d'érosion déduits de données de thermochronologie provenant de la bibliographie a révélé qu'il existait un important découplage entre les taux d'érosion et la quantité de matière entrant dans le prisme à la limite Eocène - Oligocène. Or, cette période est caractérisée par un changement climatique majeur dont l'impact sur les processus d'érosion a déjà été mis en évidence dans de nombreux travaux.

La reconnaissance et l'étude géochronologique et isotopique des terrains anté-paléozoiques inclus dans la chaîne hercynienne d'Europe de l'Ouest s'avèrent indispensables si l'on veut connaître leur influence dans la genèse des magmas en zones orogéniques et donc sur la croissance crus tale. Pour ce faire, deux objets géologiques ont été étudiés : les granulites immergées du Golfe de Gascogne, et les roches cadomiennes du nord du massif armoricain. La séquence géochronologique obtenue (2,7 - 2,0 - 0,6 Ga) correspond à celle observée dans le craton Ouest-Africain. Un rapprochement entre cette partie de l'Europe et l'Afrique est donc possible pour les temps précambriens, rapprochement conforté par les données paléomagnétiques. L'étude des granulites immergées du Golfe de Gascogne a montré pour la première fois la présence dans la chaîne hercynienne de protolithes archéens, mais également de deux métamorphismes anciens de haut-grade (2,76 et 1,8 Ga). La géochimie isotopique (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) si elle n'a pas apporté de contraintes chronologiques, témoigne de l'influence des roches archéennes dans la genèse des magmas protérozoique inférieur. L'orogène cadomien s'étalant sur 150 Ma (670 à 530 Ma), est engendré par une subduction sous une marge active pouvant avoir commencé dès 660 Ma. Cette subduction entraîne l'ouverture d'un bassin arrière-arc à 600 Ma dont la fermeture et l'obduction vers le sud à 580 Ma entraînent un surépaississement qui favorise une période de fusion crustale datée à 540 Ma. L'événement tectonique majeur à 580 Ma est synchrone d'un changement dans la sédimentation briovérienne et permet d'établir une coupure entre un briovérien inférieur (660-580 Ma) et un briovérien supérieur (580-540 Ma). Enfrn l'étude géochimique des granitoïdes cadomiens montre qu'ils ne sont pas entièrement juvéniles, mais suggère un certain degré de contamination par du matériel ancien. Une modélisation utilisant les caractères géochimiques des granulites du Golfe de Gascogne met en accord les deux systèmes isotopiques (Sr et Nd) étudiés, pour des taux de contamination raisonnables (5 à 30%). Bien que peu importante, cette contamination, ainsi que tous les âges anciens indiqués par les zircons, prouvent le recyclage généralisé de cette croûte ancienne à l'échelle européenne. Les affleurements actuellement recensés ne sont donc pas significatifs de son extension originelle.