Ce travail est constitué de deux volets indépendants qui s'intéressent respectivement à la géochimie isotopique du lithium et à la variabilité géochimique des MORB du Pacifique sud. L'utilisation des isotopes du lithium en Sciences de la Terre est abordée dans un premier temps au travers de l'étude des laves de la Chaîne des Puys. Les échantillons de cette série volcanique intraplaque permettent d'apporter des contraintes sur les valeurs de la composition isotopique du Li dans la croûte continentale inférieure et dans le manteau d'affinité HIMU sous le Massif Central. La deuxième étude s'intéresse au comportement du Li lors du refroidissement d'une lave. Pour cela, des analyses in situ de la composition isotopique du Li ont été réalisé au travers de phénocristaux d'olivine d'un échantillon de picrite. Ces mesures ont permis de mettre en évidence un processus de fractionnement isotopique dû à la diffusion du Li dans les cristaux. Le deuxième volet de ce travail présente les résultats de la campagne océanographique PACANTARCTIC2. L'analyse des rapports d'éléments en traces et de la composition isotopique des isotopes radiogéniques (Sr, Nd, Pb et Hf) dans les basaltes collectés entre 53°S et 39°S le long de la dorsale Pacifique-Antarctique, permet d'étudier la variabilité des basaltes de dorsale loin de tout point-chaud. Cette étude mets en évidence différentes échelles d'hétérogénéités géochimiques dans la source de ces MORB. Ces variations le long de l'axe correspondent aux différents types de segmentation de la dorsale.

« Le travail de thèse est le résultat de l'intégration de différentes techniques et niveaux d'observation tels que l'analyse sur le terrain, la pétrographie, la susceptibilité magnétique, les mesures isotopiques, l'analyse séquentielle et diagéntique. La combinaison des résultats permet de proposer une reconstitution de la plate-forme carbonatée frasnienne en Belgique et de son évolution au cours du temps. <br />L'analyse sédimentologique a permis de construire différents modèles de faciès, selon la position géographique et stratigraphique. La partie inférieure du Frasnien se caractérise par un modèle de rampe, dominé par les dépôts argileux et les calcaires à crinoïdes. La partie moyenne du Frasnien correspond à deux types de plate-forme selon la position géographique sud ou nord. Ces deux modèles présentent une ceinture externe de faciès formée sous la zone d'action des vagues, dominée par les dépôts fins à crinoïdes, une ceinture biostromale à stromatopores et une ceinture de faciès lagunaire, qui s'étend de la zone interne sub- à intertidale. Enfin, la partie supérieure du Frasnien est caractérisée par un modèle de rampe, avec des faciès externes argileux, suivis de biostromes à rugueux et de shoals à oncoïdes et peloïdes. <br />La distribution verticale des faciès est contrôlée entre autres par les variations du niveau marin qui génère une sédimentation cyclique (4ème et 3ème ordre). Les variations latérales sont liées fortement à la morphologie du bassin et à la tectonique de bloc. <br />Un modèle de stratigraphie séquentielle est proposé et intègre, au cours de chaque cortège, la variation de paramètres tels les faciès, la susceptibilité magnétique, les rapports isotopiques du carbone et de l'oxygène et la nature de la cyclicité. Ce modèle de stratigraphie séquentielle est comparé à celui proposé pour les monticules carbonatés de la partie la plus distale de la plate-forme. <br />La susceptibilité magnétique est utilisée essentiellement pour réaliser des corrélations de haute précision. Un lien a été également mis en évidence entre la susceptibilité magnétique, les faciès, les cycles de quatrième ordre et les séquences de troisième ordre. L'origine du signal magnétique est probablement liée aux apports clastiques. »

La complexation du bore par des acides organiques dissous, un acide humique floculé, et des oxydes métalliques (goethite et birnessite) a été caractérisé expérimentalement par potentiométrie, mesure des taux d'adsorption, spectroscopie infrarouge et RMN de 11B, tandis que les fractionnements isotopiques du bore associés ont été mesurés par spectrométrie de masse à source solide. Il ressort de cette étude que le bore est fortement complexé par les composés étudiés et que l'isotope léger (10B) est généralement (sauf dans le cas de la birnessite) préférentiellement adsorbé sur les surfaces solides entraînant un enrichissement en isotope lourd (11B) des eaux superficielles. La modélisation de l'adsorption et du fractionnement isotopique du bore révèle le rôle prépondérant de la structure surfacique du<br />bore sur les valeurs des facteurs de fractionnement isotopique. Ce travail montre que l'interaction du bore avec les sols lors de l'altération peut influencer fortement la composition isotopique des eaux de surface et des océans.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des composés ubiquitaires issus de la combustion incomplète de matières organiques. Ils sont à l'origine de pollutions de l'environnement, surtout liées à l'exploitation des produits pétroliers, car ce sont des composés toxiques pour les êtres vivants et pour l'homme en particulier. De nombreuses bactéries capables de dégrader les HAP ont été isolées et étudiées, mais celles qui les dégradent in situ sont mal connues, car moins de 5% des bactéries du sol sont cultivables en laboratoire. Le premier objectif de cette étude était d'identifier les bactéries qui dégradent les HAP dans le sol par des méthodes moléculaires indépendantes de la culture. A cette fin, une stratégie de marquage isotopique in situ a été mise en œuvre qui repose sur l'utilisation du phénanthrène, un HAP à trois cycles, dans lequel l'isotope naturel du carbone a été remplacé par le 13C. Cette molécule a été introduite comme traceur dans des microcosmes contenant du sol provenant d'un bassin de rétention des eaux de ruissellement d'autoroute. Les bactéries ayant incorporé le 13C ont ensuite été identifiées par séquençage des gènes d'ARNr 16S amplifiés à partir de l'ADN marqué extrait du sol. Les résultats montrent que des Betaprotéobactéries peu étudiées à ce jour, appartenant aux genres Acidovorax, Rhodoferax, Hydrogenophaga et Thiobacillus, ainsi que des Rhodocyclaceae, étaient les principaux acteurs de la dégradation du phénanthrène. La prépondérance des Betaprotéobactéries a été établie par des mesures de PCR quantitative. Une analyse dynamique de la diversité bactérienne a montré que celle-ci changeait en fonction de la biodisponibilité du phénanthrène. En outre, la diversité d'arène-dioxygénases impliquées dans la dégradation des HAP a été explorée sur le plan phylogénétique et fonctionnel. Nous avons ainsi détecté des séquences nouvelles, pour la plupart apparentées à des dioxygénases de Sphingomonadales et de Burkholderiales. Grâce à la construction et l'expression d'enzymes hybrides, il a été possible, pour la première fois, d'associer une activité catalytique d'oxydation des HAP à des séquences partielles de gènes, amplifiées à partir de l'ADN du sol. Les résultats obtenus et les outils mis au point dans cette étude pourront servir à développer des méthodes de diagnostic et de suivi de biodégradation de polluants, par exemple dans le cadre d'opérations de bioremédiation de sites pollués par les HAP.

La région sud-ouest du Burkina partage avec le sud du Mali un système aquifère transfrontalier, celui de la bordure sud-est de Taoudéni. A cette échelle (180.000 km2 environ) la connaissance des écoulements se heurte à l'absence de piézométrie fine indispensable pour une meilleure exploitation et gestion des eaux souterraines. Cette absence est d'autant vraie qu'il existe peu ou presque pas de nivellement topographique adapté. Une approche multicritère combinant entre autres techniques, la géochimie isotopique et l'hydrodynamique couplée à un essai de modélisation est utilisée pour comprendre le fonctionnement hydrogéologique de ce vaste bassin sédimentaire. Les études chimiques et isotopiques donnent une homogénéité de faciès qui ne dégage pas d'éléments convaincants pour envisager l'existence d'une circulation souterraine individualisée entre les différentes formations géologiques. Le bassin sud-est de Taoudenni dans sa grande partie contient des eaux qui se renouvellent lentement. Cette faiblesse de recharge est confirmée par l'esquisse de modélisation hydrogéologique. Cela hypothèque pour l'avenir le développement socio-économique de la région. Malgré la cohérence de ces différentes approches, la question de l'individualisation des aquifères demeure. L'hypothèse de base, sur laquelle a reposé notre travail, est la continuité hydraulique des différentes roches réservoirs à l'échelle de l'ensemble de la série.

Les estuaires sont des systèmes hautement dynamiques où interagissent des processus biogéochimiques complexes qui influent sur le devenir de la matière organique et non organique. La confrontation des eaux fluviales et marines induit des changements rapides des principaux facteurs structurant la distribution des organismes vivants et gouvernant la spéciation de certains éléments traces entre phase particulaire et dissoute, ex : gradient de salinité, teneurs en matières en suspension (MES). Ce travail vise à étudier l'estuaire de la Charente, principal fleuve influançant le bassin de Marennes-Oléron (première zone ostreicole française) afin (i) de caractériser la structure de la communauté zooplanctonique en relation avec les paramètres environnementaux, (ii) le fonctionnement de la base du réseau trophique de l'estuaire (identification des sources de matière organique exploitée par les organismes zooplanctoniques et suprabenthiques) et (iii) d'établir un état de contamination par les métaux des compartiments biotiques. L'estuaire de la Charente se distingue par des concentrations en MES extrêmement élevées, présentant néanmoins une contribution importante de la matière organique (efflorescence phytoplanctonique printanière en zone mésohaline et production microphytobenthique). La zone de turbidité maximale semble correspondre à un écotone qui contrôle les flux de matière organique et la distribution des organismes. Le mélange physique des particules issues des systèmes dulcicoles et marins adjacents à l'estuaire avec cette forte charge de matériel resuspendu conduit à une homogénéisation des signatures isotopiques et métalliques particulaires en été et automne le long du gradient de salinité. Les quatre assemblages zooplanctoniques identifiés sont structurés spatialement par la salinité et la concentration en MES et temporellement par les variations de température et de débit fluvial. Malgré la dominance quantitative du matériel détritique au sein du pool de matière organique particulaire (MOP), il semble que les 5 taxons planctoniques ou suprabenthiques dominants étudiés (Eurytemora affinis, Acartia spp., Daphnia spp., Neomysis integer, Mesopodopsis slabberi) présentent une sélectivité importante vis-à-vis de sources primaires distinctes. Cette succession spatio-temporelle d'espèces sélectives conduit à une multiplication des flux trophiques et semble ainsi optimiser à l'échelle annuelle l'exploitation de la MOP disponible. Les concentrations en Cd, Cu, Hg, Pb, V et Zn ont par ailleurs été mesurées dans près de 40 taxons estuariens (zooplancton, benthos, poissons). Malgré des concentrations en métaux dissous et particulaires plus faibles que dans les grands estuaires européens subissant une pression anthropique importante (Seine, Gironde), les niveaux de contamination mesurés dans les différents compartiments biotiques semblent globalement équivalents. Les évènements brefs (crue hivernale, efflorescence phytoplanctonique printanière) altèrent toutefois fortement ce schéma général en modifiant les sources primaires de matière organique disponibles et les concentrations métalliques particulaires (Cd notamment).

L'existence d'un point chaud localisé en Afar est confirmée. Principalement deux composants mantelliques interviennent dans la genèse des laves du Sud de la Mer Rouge et d'Afar: un manteau appauvri en LREE et une source présentant des caractéristiques du pôle HIMU. Certains basaltes des plateaux éthiopiens et d'Afar (en particulier ceux émis avant l'ouverture du Golfe de Tadjoura) sont contaminés par la croûte continentale. Les résultats analytiques présentés ici, suggèrent que certains basaltes djiboutiens récents et des laves acides d'Afar sont contaminés par des gabbros hydrothermalisés. A aucun moment ne sont émis de façon massive des basaltes aux caractéristiques attribuables au manteau lithosphérique. Les basaltes d'Arabie ne peuvent pas être intégrés de façon simple au modèle de point chaud unique associé à l'ouverture de la Mer Rouge. L'existence d'un autre point chaud localisé au Nord de Djeddah est une hypothèse à envisager.

La compréhension du fonctionnement hydrodynamique des grands complexes aquifères nécessite une bonne connaissance des réservoirs sollicités. Au sein de ces ensembles, l'influence des structures géologiques de grande extension reste mal connue. La structure de Villagrains-Landiras, limite méridionale du système aquifère nord aquitain, sert ici de cadre pour étudier l'impact de ces structures sur l'alimentation de systèmes aquifères profonds.<br />Différentes méthodes, faisant appel à plusieurs domaines des géosciences (géologie, géophysique, hydrogéologie, hydrologie, géomorphologie, géochimie isotopique, ...) ont été employées pour caractériser le fonctionnement hydrodynamique de cette entité et établir son rôle au sein du complexe aquifère nord aquitain.<br /><br />L'interprétation des données issues des prospections effectuées (sondages de reconnaissance, sismique réflexion) a aboutit à la révision de la géologie du secteur et des conditions de gisement des réservoirs rencontrés. Les travaux réalisés montrent l'importance des phénomènes érosifs qui ont affecté l'ensemble étudié induisant l'absence de nombreux horizons aquifères du Tertiaire (Éocène, Oligocène et Miocène). Les formations du Crétacé supérieur, largement fissurées et karstifiées, occupent quant à elles une place majeure au sein de la structure.<br /><br />L'étude du fonctionnement hydrodynamique de la structure s'est appuyée sur une étude transversale intégrant diverses analyses.<br />Tout d'abord, l'examen des modelés et des différentes chroniques piézométriques a montré l'importance de la structure dans la mise en charge des aquifères du complexe nord aquitain.<br />Ensuite, les différentes mesures effectuées sur le terrain ont mis en évidence l'existence, dans certains secteurs, d'une relation étroite entre les eaux de surface et de sub-surface et les eaux souterraines. Les cours d'eau recoupant l'axe de la structure sont ainsi caractérisés par des échanges avec les réservoirs souterrains (pertes et/ou émergences).<br />Par ailleurs, les nombreuses dépressions circulaires immergées présentes sur l'axe de la structure de Villagrains-Landiras, sont des marques de l'existence d'une communication privilégiée entre les eaux de la nappe de surface et les eaux du réservoir de la base du Crétacé supérieur. Ces formes caractéristiques ont une origine complexe combinant plusieurs processus (thermokarstique et cryptokarstique), la karstification des formations du secondaire ayant abouti à la suffosion des terrains meubles du Plio-Quaternaire.<br />En définitive, les différentes analyses isotopiques effectuées viennent appuyer les précédentes observations. Les secteurs dans lesquels des traces de tritium ont été retrouvées coïncident avec les zones d'échanges mises en évidence par les mesures en rivières et l'étude des dépressions ennoyées. D'une manière générale, la structure de Villagrains-Landiras apparaît comme une zone de recharge, les temps de résidence étant plus courts sur l'axe de la structure et ce pour différentes nappes.<br /><br />Enfin, les écoulements au sein du complexe aquifère nord aquitain ont été appréhendés à l'aide d'un modèle hydrodynamique régional représentatif des échanges entre les 6 aquifères composant ce système. La géométrie des réservoirs a complètement été reprise sur la zone de Villagrains-Landiras de manière à restituer plus fidèlement le fonctionnement hydrodynamique de cet ensemble.<br />Ainsi, ce modèle a pu être utilisé pour mesurer l'impact à grande échelle de l'implantation de champs captants exploitant la nappe de la base du Crétacé supérieur sur la commune de Saint-Magne.

Les interconnecteurs représentent une pièce maîtresse des piles à combustibles à oxyde solide (SOFC) car ils sont chargés de collecter et de délivrer les électrons produits lors de la réaction électrochimique du cœur de pile. Les matériaux d'interconnecteurs doivent donc être stables sous air et sous H2/H2O. Ce travail vise à étudier l'influence d'un mince revêtement d'oxydes d'éléments réactifs (La2O3, Y2O3) réalisé par MOCVD sur le comportement à haute température (800°C) de matériaux d'interconnecteurs métalliques, tels que les alliages Crofer22APU, Haynes230 et Fe30Cr. La réalisation de tests de longue durée (7 700 et 15 400 heures) s'est avérée être riche en enseignements. Le suivi cinétique, la caractérisation des couches d'oxyde et la détermination du paramètre ASR ont permis d'établir que la présence d'oxydes de type pérovskite (LaCrO3, YCrO3), formés lors de l'oxydation, permettaient d'améliorer sensiblement la conductivité électrique des matériaux d'interconnecteurs. Sous atmosphère anodique (H2/10%H2O), même si les éléments réactifs conservent leur effet bénéfique, les cinétiques de corrosion sont plus rapides. L'augmentation de la porosité de la couche, l'amélioration de l'adhérence et la diminution de la taille des grains d'oxyde portent à croire que la diffusion anionique devient prépondérante sous vapeur d'eau. Enfin, l'effet bénéfique d'une pré-oxydation courte à 1 000°C sur le comportement des alliages revêtus et non revêtus est établi. Des expériences de marquage isotopique sous 16O2/18O2 ont démontré que cette amélioration s'explique par un changement du mécanisme de diffusion, la pré-oxydation engendrant une diminution de la contribution cationique.

Aprés avoir situé au sein de la Jordanie cette région de la riviére Zerqa , la climatologie, les forages , sources chimie des eaux et comportement hydrogéologiques des formations géologiques et l'hydrodynamique des aquiféres sont étudiés. Un bilan d'exploitation des eaux est dressé.