Lead and strontium isotopes are two powerful tracers that can be used to identify or constrain the provenance of a wide range of archaeological materials, but these two isotopic tracers have been rarely employed to infer the sources of artifacts in the southwestern USA. This dissertation contains four studies that demonstrate how these isotopic systems can address questions about the sources of three types of archaeological materials found in this region: turquoise, lead-based glaze-paints, and metals. The analysis of 116 samples of turquoise from 17 deposits in the southwestern USA reveals that lead and strontium isotopes are robust and sensitive tracers of turquoise at multiple scales. Isotopic variation among turquoise deposits correlates with broad regional differences in the geologic and tectonic setting of the rocks and mineral deposits which host turquoise mineralization. Many turquoise deposits also have unique isotopic signatures that will enable insights into ancient patterns of turquoise acquisition at regional and local levels. To show the utility of these tracers when applied to archaeological turquoise, I use lead and strontium isotopic measurements to establish that the Silver Bell Mountains are the likely source turquoise found at the Redtail site in the Tucson Basin, Arizona, USA. This dissertation also contains new, high-precision isotopic ratios of lead ores (galena and cerrusite) from four mining districts in New Mexico, including the Cerrillos Hills. All districts studied are possible sources of lead used by Pueblo IV communities to produce glaze paints. These new measurements, made by multiple-collector ICP-MS, define the isotopic composition of the ore deposits with greater precision and accuracy than achieved in previous studies, indicating an opportunity to improve interpretations about the provenance of lead in glaze paints. Lead isotopes are also found to be useful tools for identifying lead and copper metal associated with the 1540-1542 Vázquez de Coronado expedition. Lead shot and copper crossbow boltheads from two sites with archaeological evidence for the expedition's presence were determined to share similar or identical lead isotopic ratios. I propose this specific isotopic "fingerprint" can be used to identify other artifacts belonging to the expedition in the Southwest.

Les lagunes côtières Méditerranéennes constituent des zones de nourrissage pour les juvéniles de plusieurs espèces de poissons côtiers. C’est sur cet apport constant en juvéniles ainsi que sur les ressources trophiques du milieu que s’appuie l’aquaculture extensive dans la lagune Vassova (Préfecture de Kavala, Grèce). Afin d’optimiser la production piscicole, il apparaît important d’identifier les processus favorisant la survie et la croissance des jeunes poissons.Ce travail s’est focalisé sur une espèce communément exploitée dans les lagunes Méditerranéennes : le mulet sauteur Liza saliens (Mugilidae). Notre étude s’est attachée à identifier les ressources trophiques soutenant la croissance des juvéniles de L. saliens (15 - 50 mm, longueur totale / LT) et à préciser leur qualité nutritionnelle en termes d’apports en acides gras polyinsaturés (AGPI). Ainsi, pendant la période de colonisation de la lagune Vassova par L. saliens (Juin - Novembre), des prélèvements mensuels de poissons (juvéniles de L.saliens et principales espèces piscicoles sédentaires), de leurs proies potentielles, et des différentes sources de matière organique ont été effectués sur deux stations de la lagune. Une approche combinant l’analyse des biomarqueurs lipidiques, l’analyse isotopique et l’analyse des contenus stomacaux a été adoptée afin d’identifier les sources de carbone soutenant la croissance des jeunes L. saliens. Les analyses lipidiques ont également permis de suivre l’évolution de la composition en AG des lipides membranaires (lipides polaires : LP) et destockage (lipides neutres : LN) des juvéniles de L. saliens durant leur premiers mois de vie lagunaire. Enfin, en déterminant par GC-C-IR-MS la composition isotopique des AGPI assimilés par L. saliens, il a été possible d’identifier l’origine de ces composés essentiels. Nos résultats montrent qu’à leur arrivée dans la lagune, les juvéniles (~15 mm, LT) se nourrissent exclusivement d’organismes planctoniques. Lorsque les juvéniles atteignent les 20 mm (LT), ils passent progressivement vers une alimentation principalement basée sur des proies benthiques. Ce changement de régime alimentaire se traduit par une diminution importante des apports alimentaires en 22:6ω3. A cet égard, les résultats obtenus en GC-C-IRMS montrent que chez L. saliens cet AGPI a comme toute première origine, les microorganismes du compartiment planctonique. Il apparaît donc qu’au cours de leur transition du milieu planctonique marin vers le milieu benthique lagunaire, les juvéniles de L. saliens sont confrontés à une diminution de la qualité nutritionnelle. Néanmoins, le 22 :6ω3, mais également le 20:4ω6 semblent être activement retenus dans les lipides membranaires des jeunes poissons. Plus généralement, nos résultats montrent que le 20:4ω6 est fortement retenu par les principales espèces pisciaires de la lagune, suggérant l’importance pour les poissons estuariens, de ce composé essentiel impliqué dans la résistance des poissons aux stress environnementaux. / Mediterranean coastal lagoons are considered as major nursery areas for several coastal fish species. In Vassova lagoon (Kavala Prefecture, Greece), this continuous input of juveniles, along with the lagoons’ naturalfood resources, sustain local extensive aquaculture. Therefore, in order to optimise the fisheries’ yield, thefactors affecting juveniles’ growth and survival in the lagoon need to be assessed. The objectives of this research work are to identify the organic matter sources sustaining growth of a common commercial Mediterranean species (Liza saliens, Mugilidae) juveniles’ (15 – 50 mm, total length / TL) and to assess their nutritional quality in terms of polyunsaturated fatty acids (PUFAs). In that aim, fish (L.saliens juveniles and principal resident fish species), their potential preys, and basal organic matter sources where sampled monthly during L. saliens settlement in Vassova lagoon (June - November). The origin of carbon assimilated by L. saliens was assessed using lipid and isotopic biomarker approaches as well as stomach content analysis. Moreover, lipid analyses allowed understanding the influence of diet on the fatty acid (FA) composition of L. saliens storage (neutral lipids : NLs) and membrane lipids (polar lipids: PLs) during early life in the lagoon. Finally, the isotopic composition of the PUFAs assimilated by L. saliens juveniles was determined by GC-C-IRMS and allowed the assessment of the sources of these compounds in the ecosystem. Results indicate that at their arrival at the lagoons’ mouth L. saliens juveniles (~15 mm, TL) feed on planktonic organisms. When juveniles reach the size of 20 mm (TL), they progressively shift towards benthic prey. This dietary shift is followed by an important decrease of the dietary levels of DHA. Indeed, in Vassova lagoon, this PUFA seems to be mainly produced by planktonic microorganisms. Therefore, during the transition from the marine planktonic environment towards the lagoons’ demersal habitat, L. saliens juveniles probably experience a decrease in the nutritional quality of their food. However, 22:6ω3 as well as 20:4ω6 appear to be actively retained in L.saliens membrane lipids (PLs). More interestingly, 20:4ω6 seems also to be retained by other fish species found in the lagoon. The latter suggests that this essential compound, which in fish is implicated in resistance processes to environmental stressors, has an important physiological role for fish in estuarine environments.

Calcium isotope ratios (⁴⁴Ca/⁴²Ca) have shown promise as a milk dietary tracer. Previous studies have focused on bone but, due to homeostatic processes, δ^44/42Ca values are highly variable. This has greatly complicated the identification of mammal milk consumption through bone analysis, resulting in a search for an alternative. This thesis describes controlled studies to assess the effects of milk consumption on δ^44/42Ca values in bulk and sequential samples of dental enamel, using modern samples from Yorkshire, England, the Isle of Hoy, Scotland, and archaeological samples from Abu Hureyra, Syria. The samples from Yorkshire consisted of dental enamel, ewe milk, feed and bone. Dental enamel was sampled from the Hoy sheep. Milk and plants are the greatest contributors of calcium in the mammal diet. Feed and ewe milk samples confirmed that milk has lower δ^44/42Ca values than plants in the diet, and with a common diet between ewes, uniform milk δ^44/42Ca values are produced. Also, there is a significant difference between bulk molar enamel δ^44/42Ca values between males and females, with males having higher values. Additionally, analysis of bulk and sequential samples of Hoy mature sheep molar enamel, although mass fractionation effects were small, produced δ^44/42Ca values with a clear isotopic offset between the enamel likely formed during nursing, weaning and the full conversion to a plant diet. The δ^44/42Ca values, once associated with dental development chronologies, led to the identification of a clear pattern of nursing and weaning in the enamel of the first and second molars of sheep with known dietary and weaning histories. The modern results were used to identify patterns of ancient nursing and weaning. Although evidence was insufficient to establish early weaning of the Abu Hureyra sheep, this research successfully established the potential of this approach for investigating milk production and consumption in the archaeological record.

L'utilisation des compositions isotopiques en Mg des carbonates marins peut permettre l'étude du cycle biogéochimique de cet élément. Ainsi, les carbonates sont susceptibles d'enregistrer la composition isotopique de Mg de l'océan lors de leur précipitation. Cependant, il est nécessaire de comprendre les facteurs environnementaux (e.g. température, pH, Mg/Ca de la solution) qui peuvent contrôler ces compositions. Le premier objectif de cette thèse a donc été de déterminer les paramètres pouvant impacter les compositions isotopiques de Mg des carbonates par des précipitations expérimentales en conditions contrôlées. Il a ainsi été mis en évidence, dans les gammes considérées, mais qui restent restreintes, l'absence de contrôle de la température, du pH et du Mg/Ca de la solution sur le fractionnement isotopique du Mg lors de la précipitation des carbonates. Le fractionnement isotopique du Mg entre la solution et la calcite, à l'équilibre, a été évalué à -2,13 ± 0,24 pour mille (2sigma) à partir de cette étude, combinée à des données de la littérature. Ces résultats ont ensuite été appliqués à l'étude des compositions isotopiques de Mg dans des coquilles de brachiopodes à la fois modernes et anciens. Pour cela, une quantification des effets vitaux vis-à-vis des isotopes du Mg lors de la croissance du brachiopodes a été réalisée. Ainsi, les zones en équilibre isotopique pour Mg, O et C et donc susceptibles d'être utilisables lors des reconstructions paléoenvironnementales sont situées au sein de la calcite interne sur les bords de la coquille. Les premières mesures des compositions isotopiques de Mg sur les derniers 60 Ma suggèrent des variations de la composition isotopique du Mg de l'océan qui pourraient être liées à un changement du flux de carbonate à l'océan / Studying the Mg isotopic composition in marine carbonate can help to understand the biogeochemical cycle of this element. Indeed, carbonates may record seawater Mg isotopic composition during their precipitation. However, it is necessary to understand the possible control of some environmental factors (e.g. temperature, pH, Mg/Ca of the solution) on those compositions. Therefore, the first goal of this thesis was to determine parameters impacting carbonate Mg isotopic composition with experimental precipitations under controlled conditions. Thus, it has been shown, in restricted ranges, that temperature, pH and solution Mg/Ca have no influence on Mg isotopic fractionation during calcite precipitation. Equilibrium Mg isotopic fractionation between solution and calcite has been evaluated to -2.13 ± 0.24 per thousand (2sigma) from this study, combined with published data. These results were then applied to a study of Mg isotopic compositions in modern and past brachiopod shells. For this, a quantification of vital effects with respect to Mg isotopes during the brachiopod growth was realized. The zones in isotopic equilibrium for Mg, O and C, and thus susceptible to be used for paleoenvironnemental reconstruction, are in the inner calcite at the edge of the shell. The first measurements of Mg isotopic compositions for the last 60 Ma suggest variations of Mg isotopic compositions of the seawater which could be linked to changes of carbonate flux in the ocean

Les changements paléoenvironnementaux se produisant pendant le Sarmatien dans la Paratéthys Centrale ont été reconstitués par l’étude des foraminifères (36 espèces) et des ostracodes (28 espèces) de deux forages, combinée à une analyse géochimique de leurs squelettes calcitiques, des coquilles aragonitiques de gastéropodes et des dents phosphatiques de rongeurs.La composition de la microfaune indique que la connexion entre la Paratéthys et la Méditerranée est interrompue ou réduite à la base du Sarmatien mais qu’un bras de mer persiste entre Paratéthys Centrale et Paratéthys Orientale jusqu’à la fin du Sarmatien. Le Sarmatien inférieur est caractérisé par des eaux saumâtres peu profondes (maximum 80 m), bien ventilées, des températures stables (~ 15°C), un riche couvert végétal (algues et/ou phanérogames) et des efflorescences phytoplanctoniques périodiques. Un événement transgressif y est observé (TST de 3ème ordre; TB 2.6 du cycle global). Les changements faunistiques qui se produisent à la limite entre Sarmatien inférieur et moyen sont expliqués par un évènement de type HST accompagné de conditions dysoxiques. A la fin du Sarmatien moyen, une baisse du niveau marin relatif d’environ 50 m se produit et des eaux tempérées chaudes, plus saumâtres (17-23‰) et bien ventilées se mettent en place. Après un court épisode régressif, une connexion est rétablie entre la Paratéthys et la Méditerranée au début du Sarmatien supérieur. Des eaux chaudes (15-21° C), bien ventilées, correspondant à des lagunes marines et des marécages avec de fortes variations de la salinité (15-43 ‰) s’installent alors avant un isolement ultime de la Paratéthys qui se produit à la fin du Sarmatien. / Palaeoenvironmental changes in the Sarmatian Central Paratethys were reconstructed by studying foraminifers (36 species) and ostracods (28 species) from two boreholes coupled with geochemical analyses of their calcite skeletons and of aragonite gastropod shells and phosphate rodent teeth.The composition of the microfauna suggests that the connection between the Central Paratethys and the Mediterranean was interrupted or limited at the base of the Sarmatian, but that a seaway between the Eastern and Central Paratethys existed until the end of the Sarmatian. The early Sarmatian is characterized by brackish littoral seawater (maximum 80 m), well ventilated, stable temperatures (~ 15°C), with rich algae and/or seagrass vegetation and periodic phytoplankton blooms. A transgressive event can be observed as part of a 3rd order transgressive systems tract (TST) corresponding roughly to the TB 2.6 global cycle. The faunal changes occurring at the boundary between the lower and the middle Sarmatian can be explained by a sea-level highstand with dysoxic conditions. A relative sea-level fall with a maximum depth of about 50 m, and well ventilated, warm temperate and more brackish (17-23‰) conditions is documented at the end of the middle Sarmatian. After a short regressive event, a marine connection between the Paratethys and the Mediterranean was established at the beginning of the upper Sarmatian. Warm (15-21°C), well-ventilated, corresponding to marine shallow lagoon and marsh environments with high fluctuations in salinity (15-43 ‰) then prevailed before a final isolation of the Central Paratethys that occurred at the end of the Sarmatian.

Les oxydes d’azote atmosphériques (NOx=NO+NO2) sont des composés clefs en chimie de l’environnement, jouant un rôle central pour la capacité oxydante de l’atmosphère et le cycle de l’azote. La composition isotopique du nitrate atmosphérique (NO?3 particulaire et HNO3 gazeux), constituant leur puits ultime, renseigne sur leur bilan chimique. Le rapport 15N/14N donne une indication de leurs sources, alors que l’anomalie isotopique en oxygène (?17O=d17O-0.52×d18O) révèle la nature de leurs mécanismes d’oxydation. Des études couplées de d15N et ?17O d’échantillons de nitrate atmosphérique collectés dans l’Arctique, en Antarctique et dans l’atmosphère marine au dessus de l’Océan Atlantique, où le bilan des NOx est souvent mal connu ont été effectuées. À ces fins, le défi que constitue la mesure simultanée des trois rapports isotopiques du nitrate (17O/16O, 18O/16O et 15N/14N) dans le même échantillon représentant moins d’une micromole a été relevé. La solution adoptée tire avantage des propriétés d’une bactérie dénitrifiante, utilisée pour convertir le nitrate en N2O, dont la composition isotopique totale a été mesurée en utilisant un système automatisé de chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse de rapport isotopique. Les principaux résultats obtenus via les isotopes de l’oxygène permettent l’identification claire de transitions saisonnières entre voies d’oxydation des NOx, y compris le rôle majeur des composés halogénés réactifs au printemps polaire en régions côtières. Les isotopes de l’azote ont quant à eux permis d’apporter de nouvelles contraintes sur le cycle de l’azote dans les régions polaires, grâce au fractionnement significatif induit par les phénomènes de remobilisation post-dépôt affectant le nitrate dans le manteau neigeux, et l’émission de NOx qui en découle / Atmospheric nitrogen oxides (NOx=NO+NO2) are central to the chemistry of the environment, as they play a pivotal role in the cycling of reactive nitrogen and the oxidative capacity of the atmosphere. The stable isotopes of atmospheric nitrate (in the form of particulate NO?3 or gaseous HNO3), their main ultimate sinks, provide insights in chemical budget of NOx : its nitrogen isotopes are almost conservative tracers of their sources, whereas NOx sinks are revealed by its triple oxygen isotopic composition. The long-awaited challenge of measuring all three stable isotope ratios of nitrate (17O/16O, 18O/16O and 15N/14N) in a single sample at sub-micromolar levels has been resolved. The newly developed method makes use of denitrifying bacteria to quantitatively convert nitrate to a stable species (N2O), whose isotope ratios are measured using an automated gas chromatography/isotope ratio mass spectrometry analytical system. Dual measurements of d15N and the isotope anomaly (?17O=d17O-0.52×d18O) of atmospheric nitrate samples collected in the Arctic, the Antarctic and in the marine boundary layer of the Atlantic Ocean, have been used to derive the chemical budget of NOx and atmospheric nitrate in these remote regions. Main results from oxygen isotope measurements pertain to the identification of seasonal and latitudinal shifts in NOx oxidative pathways in these environments (including the role of halogen oxides chemistry in polar regions during springtime), as a function of particle sizes. Nitrogen isotopes are found to provide strong constraints on the budget of reactive nitrogen in polar regions, due to the strong fractionation associated with snowpack photochemical loss of nitrate and its conversion to NOx

L’objectif de ma thèse est de conduire et d’utiliser les observations de haute précision de gaz à effet de serre pour estimer les émissions de ces gaz à différentes échelles en France, du locale au régionale. Le réseau français de mesure de gaz à effet de serre, géré par l’équipe RAMCES, est constitué de trois observatoires équipés de systèmes de mesure par chromatographie en phase gazeuse. Ces chromatographes en phase gazeuse sont situés à Gif-sur-Yvette, Trainou (forêt d’Orléans) et au sommet du Puy-de-Dôme. Ils ont été optimisés pour la mesure continue et de haute précision des principaux gaz à effet de serre : CO2, CH4, N2O et SF6. Ayant installé le GC au Puy-de-Dôme au cours de l’année 2010, je présenterai et analyserai en détail la série temporelle obtenue depuis son installation. Les mesures de gaz à effet de serre et des traceurs associés m’ont permis d’utiliser une approche multigaz pour contraindre leurs émissions à différentes échelles. A une échelle départementale et régionale, j’ai utilisé le 222Rn comme traceur de masses d’air pour quantifier les flux surfaciques mensuels de N2O à Gif-sur-Yvette et Trainou. Les émissions annuelles de N2O estimées à Gif-sur-Yvette et Trainou sont respectivement de 0.34/0.51 et 0.52 g(N2O) m-2 a-1. Le cycle saisonnier des émissions de N2O a permis de mettre en évidence l’impact de l’agriculture sur les émissions lors de l’apport d’engrais azoté dans les sols. J’ai mis en évidence une corrélation entre les flux de N2O annuels et les précipitations annuelles à Gif-sur-Yvette. A une échelle locale, j’ai utilisé le CO2 et ses isotopes mesurés lors d’une campagne réalisée pendant l’hiver 2010 à Paris, pour estimer les flux de CO2 parisien. Les mesures de 14CO2 atmosphérique m’ont permis de montrer que les flux de CO2 parisien en hiver sont essentiellement anthropiques (77 %) avec une contribution significative des émissions biogéniques (23 %). L’analyse du 13CO2 à quant à lui mis en évidence que les 77 % d’émission de CO2 d’origine fossile sont dues à 70 % à l’utilisation de gaz naturel et 30 % à l’utilisation de pétrole. / The aim of my PhD is to use high precision measurements to evaluate greenhouse gas emissions at different scales in France, from local to regional. These measurements are made in the framework of the French greenhouse gases network operated by the RAMCES team. Three stations in France are equipped with gas chromatography measurement systems located at Gif-sur-Yvette, Trainou (Orléans forest) and on the summit of Puy-de-Dôme. They were optimized to measure continuously with high precision the main greenhouse gases: CO2 , CH4 , N2O and SF6. In July 2010, I have installed the gas chromatograph at Puy-de-Dôme and I present here the analysis of the past two years. I used an approach with measurements of greenhouse gases and related trace gases to constrain the emissions of greenhouse gases at different scales. At a regional scale, I used the 222Rn as an air mass tracer to quantify the monthly N2O fluxes at Gif-sur-Yvette and Trainou. Annual N2O emissions, derived from the atmospheric approach at Gif-sur-Yvette and Trainou are 0.34/0.51 and 0.52 g(N2O) m−2 a−1 , respectively. I found a clear seasonal cycle of N2O emissions with larger values in spring and summer, demonstrating the large contribution of agricultural emissions from fertilized soils. A correlation between annual N2O fluxes and annual precipitations was observed at Gif-sur-Yvette. At a local scale, I used carbon isotopes to estimate the fossil fuel CO2 contribution. Measurements were performed during a campaign in winter 2010 in Paris. Atmospheric 14 CO2 measurements showed that 77 % of total CO2 emissions are anthropogenic with a significant contribution of biospheric fluxes (23 %). Additionally, 13CO2 analysis showed that natural gas and fuel combustion amounted to 70 % and 30 %, respectively, of fossil fuel emissions.

A dissertation submitted to the Faculty of Science, University of Witwatersrand, in fulfilment of the requirements for the degree of Masters of Science Johannesburg, 2012. / Amplified loads of sulfate and nitrate have caused increased stress on soil systems in many areas of the world, as both are dominant components of acid rain. This is a critical environmental stress due to the damage caused to soil, water quality and ecosystem functioning. Issues concerning the rising emissions of these elements from local industries have begun to attract increasing attention in South Africa, as the rates of deposition in the Mpumalanga Highveld region alone is comparable to those experienced in First World countries. This study sought to investigate the use of natural stable isotopes of sulfur and nitrogen to identify the process transformations that these species undergo in environmental cycles. Total δ34S, δ15N and δ13C isotope signature of soils in the Mpumalanga region were combined with total elemental concentrations to determine the effect of deposition on the soil system. Soil samples from two soil depths (0 – 10 cm and 20 – 40 cm) were taken along a distance gradient from an identified pollution source, the Majuba power station. Long-term air quality data from the study area were also obtained from Eskom’s air quality monitoring stations, as well as sulfur and nitrogen deposition data from selected literature. Elemental concentrations decreased with soil depth as expected, while sites located approximately 25 km downwind of the power station were seen to contain higher concentrations of both soil sulfur and nitrogen. The mean per site soil sulfur concentration across all depths ranged from 0.009 % to 0.048 %, while the mean per site nitrogen concentration across all depths ranged from 0.056 % to 0.346 %. The mean soil carbon concentration in the top-soils ranged from 0.97 % to 7.93 %, and decreased in the sub-soils to 0.490 % to 3.270 %.The mean δ34S value for the top-soils was found to be 8.28 ‰ and increased to 10.78 ‰ in the sub-soils. Soil δ15N also increased with soil depth from 6.55 ‰ to 8.28 ‰. Soil δ13C values were seen to increase from -12.83 ‰ in the top-soils to -11.90 ‰ in the sub-soils. Lighter δ34S values at the surface may be due to anthropogenic deposition. The positive δ34S shift was attributed to a two-source mixing model (atmospheric deposition and bedrock) and isotopic fractionation processes that occur within the soil profile. The δ15N values of the top-soil were higher than what is expected if all nitrogen was derived from atmospheric nitrogen gas fixation. The increase in δ15N with depth suggested that isotope fractionation occurred during nitrogen export due to the faster reaction rate of 14N compared to 15N. The soil δ13C values indicated a typical C4 grassland system. New carbon at the top-soil depths was enriched in 13C due to the slower decay of 13C-depleted lignin; whereas in the sub-soils microbial recycling of carbon dominates and explained the higher 13C content of the older carbon. The conceptual framework presented for this project involves simultaneous processes of deposition and export in the soil system. This was particularly true for sulfur, where sites with lower isotope values had lower soil sulfur concentrations and vice versa. This indicates that high levels of deposition correspond to high net export. The sulfur and nitrogen isotopic signatures could not be used to as a direct means of source identification; however, the effectiveness of isotopes in elucidating transfer of these nutrients in the soil system was illustrated.

Le Complexe de Jacupiranga (Cajati, SP) est l’une de plusieurs occurrences alcalines du Méso-Cénozoïque situées aux bords de la bassin de Paraná, dans la région sud-est de la Plate-forme Sud-Américaine. Cette unité présente une grande variété de roches: dunites, wehrlites, clinopyroxènites, roches de la série ijolitique, diorite, syénite, monzonite, phonolites, lamprophyres et carbonatites. Considérant que les carbonatites ont été largement étudiés au cours des dernières décennies, grâce à l’importance de sa minéralisation en phosphate, les roches silicatées ont été très peu étudiées. Cette étude présente des nouvelles données géochronologiques, de chimie minérale, de géochimie et isotopique pour le Complexe Jacupiranga, visant à mieux comprendre l'origine et l'évolution de l'unité. Âge argon des différents lithotypes varient entre 133,7±0,5 Ma et 131,9±0,5 Ma, tandis que l’âge obtenu par U-Pb au zircon est de 134,9±0,65 Ma, indiquant que la mise en place de l'unité a été contemporaine à l’extrusion de tholéiites de la Province Magmatique du Paraná. Bien qu'il ne soit pas possible de définir une séquence de mise en place parmi la clinopyroxenite, la diorite et le lamprophyre, la monzonite présente l’âges argon et U-Pb plus âgés que les autres roches. Deux séries magmatiques sont proposées pour les roches silicatées, compte tenu de leurs compositions chimiques: (1) une série fortement sous-saturé en silice, éventuellement lié à un magma parental de composition néphélinitique et (2) une deuxième série modérément sous-saturé, lié à des magmas basanitiques. Les lamprophyres sont considérés représentatifs du magma basanitique. La composition du liquide calculé en équilibre avec les coeurs de la diopside aux clinopyroxénites est similaire aux lamprophyres, ce qui indique qu'une partie des clinopyroxénites est associée au magma basanitique. Monzonite et meladiorite présentent les caractéristiques pétrographiques, compositionnelle et isotopique (87Sr/86Sri: 0,705979 à 0,706086; 143Nd/144Ndi: 0,511945 à 0,512089) qui suggèrent le processus d'assimilation crustale, bien que de caractère local et limité à certains impulsions de magma basanitique. Les carbonatites ont des rapports isotopiques (Nd et Pb) et composition trace (e.g. Ba/La, Nb/Ta) qui exclurent un lien avec les roches silicatées par immiscibilité de liquide. Il est proposé deux scénarios: un magma carbonatitique primaire, généré directement par la fusion du manteau, ou un magma secondaire généré par l’immiscibilité d'un composant silicaté encore inconnu dans l'unité. Données Nd-Sr-Pb-Hf indiquent une contribution importante du manteau lithosphérique subcontinental dans la genèse des roches du complexe. Les lamprophyres et le liquide calculé en équilibre avec le clinopyroxène ont des rapports CaO/Al2O3 et La/Zr relativement élevés et faible Ti/Eu, ce qui indique un manteau lithosphérique métasomatisé par des fluides riches en CO2 et les mécanismes de fusion "vein-plus-wall-rock". Les différences de composition entre ces liquides sont interprétés comme comme résultant du mélange entre la fusion des veines métasomatiques avec la fusion des péridotites, ainsi des proportions différentes de clinopyroxène/grenade à la source. Les variations dans les valeurs ΔεHf suggèrent que le magma basanitique represente une contribution plus grande des vein wehrlitique, tandis que le magma nephelinitiquea été être généré à partir des contributions un peu plus important des peridotites, bien que les deux fluides sont enrichis. Appauvrissement en Nb, Yb, enrichissement en ETR lèger pour rapport le lourdes et l'enrichissement en Cs, Rb et Sr dans les lamprophyres réactions suggèrent que les reactions métasomatiques à la source mantellique ont été associées aux fluides dérivés de processus de subduction. Les âges modèles TDM indiquent l'hétérogénéité à la source et sont compatibles avec les valeurs généralement obtenues pour les occurrences alcalines au du Sud-Est de la Plate-forme Sud-Américaine. / The Jacupiranga Complex (Cajati, SP) is one of several Meso-Cenozoic alkaline units intrusive along the Parana Basin margins, in the Central-Southeastern part of the South American Platform. This unit comprises a large variety of lithotypes: dunites, whehrlites, clinopyroxenites, rocks from the ijolite series, diorites, syenites, manzonites, phonolites, lamprophyres, and carbonatites. While carbonatites have been extensively investigated over the last decades, as they host an important phosphate ore deposit, little attention has been paid to the silicate rocks. The current study presents new geochronological, mineralogical, geochemical, and isotopic data on the Jacupiranga Complex, in order to better understand the origin and evolution of the unit. 40Ar/39Ar ages for different lithotypes range from 133.7±0.5 Ma to 131.9±0.5 Ma, while monzonite zircon analyzed by SHRIMP yields a U-Pb concordia age of 134.9±0.65 Ma, indicating that the Jacupiranga emplacement was contemporaneous with the extrusion of the tholeiites of the Paraná Magmatic Province. There seems to be no obvious age progression for clinopyroxenites, diorites, or lamprophyres, although the monzonite yield both 40Ar/39Ar and U-Pb ages older than those of the other rocks. Geochemical compositions of the silicate rocks are used to evaluate two main magma-evolution trends for that unit: (1) a strongly silica-undersaturated series, probably related to nephelinite melts and (2) a mildly silica-undersaturated series related to basanite melts. Lamprophyre dikes within the complex are considered as good representatives of the basanite parental magma. Compositions of the calculated melts in equilibrium with diopside cores from clinopyroxenites are quite similar to those of the lamprophyres, suggesting that at least a part of the clinopyroxenites is related to the basanite series. Meladiorite and monzonite show petrographic features and geochemical and isotope compositions (87Sr/86Sri: 0.705979-0.706086 and 143Nd/144Ndi: 0.511945-0.512089) suggestive of crustal assimilation, although it may be relegated to a local process and to some basanite batches. Carbonatites yield isotopic ratios (Nd and Pb) and trace elements composition (e.g. Ba/La, Nb/Ta) that preclude a link by liquid immiscibility with the silicate rocks. Two scenarios are envisaged: a primary magma of carbonatite composition originated by direct partial melting of the mantle or an origin by immiscibility from a hypothetical silicate magma currently unknown in the complex. Nd-Sr-Pb-Hf isotopic data indicate an important contribution of the subcontinental lithospheric mantle (SCLM) in the genesis of those rocks. Lamprophyres and calculated melts in equilibrium with clinopyroxene show relatively high CaO/Al2O3 and La/Zr ratios and low Ti/Eu, indicating a lithospheric mantle metasomatized by CO2-rich fluids and vein-plus-wall-rock melting mechanisms. Compositional variations among those liquids are attributed to the mixing between metasomatic veins partial melt and peridotite partial melt, besides as well as to the differences in the clinopyroxene/garnet ratios on in the mantle. ΔεHf variations suggest a slightly higher role of the wall-rock peridotite as a source component for the nephelinites, whereas the basanite parental magma is mainly related to the wehrlite veins, although both are enriched magmas. Depletion in Nb-Yb, enrichment of LREE relative to HREE, and enrichment in Cs, Rb and Sr in the lamprophyres suggest that the metasomatic reactions in the mantle source were caused by slab-derived fluids. TDM model ages indicate the heterogeneous nature of the mantle source and are coherent with the values generally obtained for the alkaline occurrences from the Central-Southeastern part of the South-American Platform.

Les expositions au plomb décroissent mais demeurent une préoccupation de santé publique, du fait de l'accumulation de preuves sur les effets à faible dose. La prévention primaire est primordiale pour ces plombémies en dessous du seuil d'intervention de 100 µg/L. Néanmoins, à ce jour en France, leurs déterminants environnementaux et leurs impacts ne sont pas documentés. L'objectif de cette thèse est d'estimer la contribution de l'environnement résidentiel à l'exposition au plomb des enfants de 6 mois à 6 ans en France. Le travail se fonde sur l'analyse de données d'exposition représentatives des enfants âgés de 6 mois à 6 ans, à la fois dans le sang (contenu en plomb) des enfants et leur environnement résidentiel (plomb dans l'eau, le sol, les poussières). L'analyse s'est basée sur 1) la comparaison des signatures isotopiques du plomb pour identifier les sources d'exposition 2) un modèle de régression entre les concentrations sanguines et environnementales. L'analyse a montré une exposition multi-source dans l'habitat, avec une importance, au niveau populationnel, des expositions fréquentes aux faibles concentrations, notamment dans les poussières. Cela renforce le besoin de mesures de prévention générales pour réduire encore les faibles expositions. Pour les expositions les plus fortes, l'impact potentiel de concentrations maximales admissibles a été évalué / Exposure to lead decreased drastically in last decades. However, it remains a public health concern, due to the accumulation of evidence on the adverse health effects at low doses. Primary prevention is considered crucial for these blood lead levels below the action level of 100 µg/L. To date in France, environmental determinants of moderate blood lead levels and their impacts are not documented. The objective of this thesis is to estimate the contribution of residential sources to lead exposure for children 6 months to 6 years in France. This work is based on the analysis of exposure data representative of children aged from 6 months to 6 years, both in children's blood (lead content) and their residential environment (lead in water, soil and dust). The analysis was based on 1) the comparison of isotopic signatures of lead to identify exposure sources 2) a regression model between blood and environmental lead concentrations. The analysis showed a multi-source residential exposure, with great impact of exposures to low environmental lead concentrations at a population-level, particularly in dust. This reinforces the need for general preventive measures to further reduce low exposures. For the highest exposures, the potential impact of hypothetical standard concentrations was evaluated