L’érosion des sols est reconnue comme l’un des principaux facteurs à l’origine de la dégradation physico-chimique des environnements aquatiques. Ce phénomène, bien que largement décrit dans des régions topographiquement contrastées, reste, pour les régions de plaine agricole très peu détaillé en dépit d’une connectivité optimale entre les sources de matière et les masses d’eau. Dans ce contexte, nous avons développé une approche intégrée multi-paramètres permettant de retracer la cascade sédimentaire sur une plaine agricole drainée (bassin du Louroux : 47.16°N – 0.78°E) en partant des sources de matière jusqu’à leur accumulation dans un réceptacle sédimentaire, l’étang médiéval du Louroux. Dans les objectifs initiaux, il s’agissait (i) de quantifier à long (<60 ans) et court terme (<10 ans) l’évolution de la dynamique érosive en lien avec les perturbations anthropiques (remembrement, mise en place de réseaux de drainage, fossés), (ii) de tracer l’origine des sédiments transitant dans les cours d’eau (iii) et d’identifier les modali-tés de départs de la matière au niveau des berges. / Soil erosion is identified as one of the main factors influencing the physico-chemical degradation of the aquatic environments. This phenomenon has been largely described on contrasted topographic areas but there is a gap of knowledge about sediment mobilization/transfer in lowland areas despite the high connectivity level between the potential sources of sediment and the water bodies. In this context we have implemented an integrated multi-parameter approach allowing to track the sediment dynamics in a drained lowland area (the Louroux pond catchment: 47.16°N – 0.78°E) by starting from the sources of sediment to their accumulation in a sedimentary receptacle: the middle-age Louroux pond. The aims of this study are (i) to quantify at long (approx. 60 years) and short time scales (<10 years) the evolution of the erosion rate in the hillslope in link with the increase of the anthropogenic pressures (land consolidation, implementation of the drain network, ditches design), (ii) to track the origin of sediment reaching the pond, (iii) to identify and quantify the parameters influencing bank erosion, that is one of the main source of sediment transfers.

Le nitrite est un intermédiaire de nombreuses voies du cycle de l’azote, mais est toxique pour la plupart des formes de vies aquatiques. Sa toxicité agit au niveau cellulaire pour les microorganismes, et au niveau de la respiration pour les organismes plus complexes. Il est généralement supposé que ce composé est éliminé rapidement dans l’environnement, et que les microorganismes responsables de son élimination sont efficaces. Cependant les concentrations de nitrite dépassent la norme européenne (1 µM) dans la Seine entre Paris et l’estuaire. Le nitrite est apporté dans la Seine en aval de Paris par les stations d’épuration (STEP), malgré l’ajout de traitements d’élimination de l’azote (nitrification et dénitrification). En plus de leur contenu chimique et organique, les eaux de sorties de STEP contiennent des microorganismes qui peuvent coloniser l’environnement en aval. Dans la colonne d’eau, les mesures de cinétique de nitrification ont montré que les oxydant du nitrite avaient une activité potentielle plus élevée que les oxydant de l’ammonium. De plus, la quantification des microorganismes nitrifiants par qPCR a montré que les oxydants du nitrite (Nitrobacter dans la Seine et Nitrospira dans les rejets de STEP) étaient plus abondants que les oxydants de l’ammonium. Malgré cela, les taux in situ d’oxydation du nitrite étaient similaires aux taux in situ d’oxydation de l’ammonium dans la Seine, bien qu’ils augmentent e tous deux en aval de la STEP. Cet équilibre entre production du nitrite (oxydation de l’ammonium) et élimination du nitrite (oxydation du nitrite) résulte en une très lente élimination du nitrite dans la colonne d’eau. Les hypothèses pouvant expliquer la faible efficacité de l’oxydation du nitrite seraient une inhibition des microorganismes oxydants le nitrite par des polluants présents en Seine, ou le basculement de leur métabolisme vers un comportement mixotrophe de ces oxydants du nitrite. En plus de l’impact significatif sur la concentration du nitrite dans la colonne d’eau, il a été observé un fort impact des STEP sur la composition et la distribution des microorganismes présents dans le sédiment. Les communautés microbiennes du sédiment étaient fortement modifiées par les rejets de STEP, et étaient fortement colonisés par les bactéries du genre Nitrospira. L’étude du sédiment a montré que ce compartiment de la Seine était une source de nitrite pour la colonne d’eau, bien que les taux étaient très faibles par rapport aux concentrations dans la Seine. Le nitrite était produit en conditions anoxiques en amont de la STEP (3-4 cm), mais en surface en aval de la STEP (0-1 cm). En conséquence, le sédiment parait plus sensible à l’influence de la STEP que la colonne d’eau. Dans son ensemble, le cycle de l’azote semble avoir un impact limité sur la dynamique du nitrite dans la Seine, dans la mesure où ses différentes étapes sont équilibrées. Il pourrait donc être supposé que la pollution en nitrite de la Seine est suffisamment peut importante pour ne pas déstabiliser le cycle de l’azote dans la Seine d’une façon mesurable. / Nitrite is an intermediate in many microbial pathways of the nitrogen cycle, but is also toxic for most form of aquatic life. It is toxic at a cellular level for microorganisms, and for the respiration of complex organisms. In general the elimination of this compound is assumed to be fast in the environment, and the microorganisms responsible efficient. In the Seine River however, nitrite concentrations exceed the European norm of 1 µM between Paris and the estuary. The nitrite is released in the Seine River downstream of Paris by the waste water treatment plants (WWTP) despite the addition of nitrogen removal treatments (nitrification and denitrification). In addition to its content chemical compounds and organic matter, the WWTP outlets also contain microorganisms which can colonize the environment downstream. In the water column, measurements of nitrification kinetics showed that nitrite oxidizers had a higher potential activity than ammonia oxidizers. Quantification of nitrifiers by qPCR showed that nitrite oxidizers, Nitrobacter in the environment and Nitrospira in the WWTP outlets were more abundant than ammonia oxidizers. Despite these facts, in situ nitrite oxidation rates were similar to ammonia oxidation rates in the Seine River, even if both were higher downstream of the WWTP. This balance between nitrite production (ammonia oxidation) and elimination (nitrite oxidation) results in a very slow elimination of nitrite in the water column. This led to hypothesize that low nitrite oxidizing’s efficiency was caused by either inhibition by pollutants in the Seine River, or use a mixotrophic metabolism by nitrite oxidizers. In addition to the significant impact on nitrite concentration in the water column, the WWTP were shown to have a significant impact on the composition and distribution of the microorganisms present in the sediment. The microbial communities of the sediment were shown to be highly modified by the WWTP outlets, and were heavily colonized by the Nitrospira genera. The study of the sediment showed that this compartment of the Seine River was a source of nitrite for the water column, even though the rates of production were not significant in relation to the concentrations of nitrite. The nitrite was produced in the anoxic zone upstream of the WWTP (3-4 cm) when it was produced near the surface downstream of the WWTP (0-1 cm). As a consequence, the sediment appears to be more sensitive to the impact of the WWTP than the water column. As a whole the nitrogen cycle in the Seine River was observed to have a very limited impact on the nitrite concentration in the Seine River as its different steps are balanced. This could be viewed as the fact that this nitrite pollution is low enough to not unbalance the nitrogen cycle of the Seine River in a measurable way.

Le lien entre la macrofaune et les communautés bactériennes benthiques a été déterminé selon deux approches : (1) une approche expérimentale à l’échelle de l’individu ciblée sur les effets de l’activité et de la bioturbation du polychète déposivore de surface Melinna palmata sur la distribution des communautés bactériennes des premiers millimètres de l’interface eau-sédiment ; (2) une approche in situ à l’échelle de la communauté de mise en corrélation des patrons spatiaux de distribution des communautés de macrofaune et de bactéries.Melinna palmata appartient à un nouveau groupe fonctionnel de bioturbation décrit pour la première fois, convoyeur de surface. L’utilisation de ce nouveau modèle biologique a permis de mettre en évidence que les activités de prospection et d’égestions modifient significativement la distribution des communautés bactériennes de la couche oxique de l’interface eau-sédiment. Ce lien est à la fois influencé par l’apport de matière organique de différentes qualités, et impacte la consommation et la minéralisation de cette matière organique.Le lien entre les patrons spatiaux de distribution des communautés de macrofaune et de bactéries a été étudié in situ, dans la vasière Ouest-Gironde. Les deux compartiments ont évolué le long d’un gradient avéré de teneur en matière organique et de taille des particules dans cette vasière.La corrélation des matrices biologiques n’a cependant pas été statistiquement significative et nécessite d’être approfondi. / The link between benthic macrofauna and bacterial communities was assessed with two different approaches: (1) an experimental approach at the individual scale, focused on the effects of behaviour and bioturbation of the deposit feeder polychaete Melinna palmata on the bacteria lcommunity distribution on the very sediment-water interface; (2) an in situ approach at the scale of the community, focused on the correlation between spatial distribution patterns of the two biological compartments. Melinna palmata belongs to a new functional group of bioturbation described for the first time: surface conveyor. Its use allowed determining that prospection and egestion induced a significant change of bacterial communities on the sediment-water interface. This link was influenced by organic matter enrichment while influencing its fate. In a second part, the link between spatial distribution patterns of the communities was assessed in situ in the West-Gironde mud patch. Both macrofauna and bacteria changed along a gradient of organic matter quantity and quality and of particles size described in this system. However, the correlation between matrices was not statistically significant and needs to be more developed.

Les acides gras libres et liés, comprenant les acides monocarboxyliques saturés et insaturés, les acides dicarboxyliques, les (α, β, ω, et ω-1) hydroxyacides et les acides phénoliques, ont été analysés le long d'une carotte sédimentaire de Cadagno (Suisse) dans le but de déterminer les variations des sources et des conditions de déposition de la matière organique en fonction de la profondeur. Les résultats montent que des événements épisodiques tels que les avalanches, glissements de terrains, crues torrentielles, sont plus fréquents entre 0 et 51 cm. Par contre, entre 51 et 245 cm, la sédimentation était plus calme, faible et caractérisée par une contribution plus élevée de la matière organique des plantes supérieures. L'étude microscopique de la matière organique confirme aussi ces résultats. Des acides gras branchés iso- et anteiso- ayant un nombre d'atomes de carbone entre C21 et C29 non mentionnés dans la littérature géochimique jusqu'à présent, ont été détectés dans les fractions liées. Ils proviennent probablement des bactéries spécifiques à ce lac. Finalement, il a été démontré que la source des α- et β-hydroxyacides sédimentaires ayant un nombre d'atomes de carbone < c10 est la même que celles de leurs homologues supérieurs, c.à.d., les bactéries gram-négatives.

Les profils verticaux des concentrations, les sources et la mobilité de Pb, Cd et Hg ont été étudiés dans des carottes sédimentaires prélevées en trois sites typiques de la côte libanaise (Akkar, Dora et Selaata). Akkar est un site éloigné de toute influence directe de contamination chimique, Dora est soumis à l

La ressource en eau est une des préoccupations majeures de notre décennie. Bien que les problèmes attelant à la pollution directe des cours d'eau et des réservoirs soient bien connus, peu d'études s'intéressent aux problèmes liés aux flux sédimentaires et à ses conséquences sur les milieux aquatiques. Dans ce contexte, nous avons choisi de nous intéresser aux réservoirs de Cointzio et d'Umécuaro (Michoacán, Mexique). Situés en zone montagneuse, de morphologie très différentes mais fortement soumis au même forçage climatique saisonnier (saison des pluies de juin à novembre), ces deux réservoirs ne présentent pas les mêmes dynamiques sédimentaires. Une étude complète de ces fonctionnements fait appel à des compétences diverses telles que l'hydrologie, l'hydrodynamique ou encore la sédimentologie. Chacune des disciplines abordent ces problèmes d'interaction eau - sédiment et leurs interactions ne sont pas négligeables. C'est pourquoi le choix a été fait de suivre une démarche systémique pour comprendre la dynamique globale de ce système, du bassin versant au réservoir, et de l'échelle de la crue à l'étude pluri-décennale. L'analyse hydrologique confirme l'importance du forçage météorologique saisonnier qui régit le remplissage des réservoirs de Cointzio et d'Umécuaro. Ces deux réservoirs montrent des dynamiques hydrologiques contrastées (augmentation progressive du débit pour l'un, remplissage des nappes pour l'autre), traduisant des taux d'érosion modérés à faible sur l'ensemble du bassin versant considéré. L'analyse hydrodynamique a mis en évidence l'importance du forçage météorologique et hydrologique sur la dynamique de la colonne d'eau sur le réservoir de Cointzio. La saison sèche est marquée par une importante stratification, liée au forçage radiatif seul. Au fil de la saison des pluies, la stratification tend à se fragiliser sous l'effet des crues qui, de par leur charge solide, s'écoulent sur le fond. Ces écoulements hyperpycnaux ont pu être représentés par le biais de deux simulations numériques distinctes (modèle INFLO1 et modèle CA). L'analyse sédimentaire vient boucler l'ensemble des observations précédemment faites. L'observation détaillée de carottes prélevées dans les deux réservoirs confirme les régimes et les processus de remplissage identifiés. Les datations par radioéléments, tout comme le traitement d'image RX, nous informent sur les vitesses de remplissage et nous permettent de conclure sur la validité des modèles précédemment utilisés.<br />La synthèse de l'ensemble des données recueillies montrent que depuis les années 70, les conditions érosives sur le bassin versant de Cointzio sont relativement stables mais que certains efforts restent à faire pour limiter l'effet des transferts sédimentaires (plus particulièrement de la fraction colloïdale) sur les eaux du réservoir de Cointzio.

L'objectif principal de cette thèse est de décrire les quelques conséquences importantes de l'interaction d'un magma basique avec les sédiments qui forment son encaissant.<br />La première partie du manuscrit rappelle quelques résultats intéressants sur l'influence d'un encaissant sur un magma (assimilation d'encaissant par un magma) et sur l'influence de l'écoulement d'un magma sur l'encaissant (métamorphisme de contact). Cette partie rappelle également comment et pourquoi l'interaction entre les magmas et les roches sédimentaires de l'encaissant est souvent à la base de formation de gisements de métaux.<br />La deuxième partie apporte une nouvelle explication à la formation du gisement de magnétite titanifère de Panzhihua. Cette intrusion basique s'est mise en place dans des dolomies. Les dolomies métamorphisées ont émis une grande masse de CO2 qui a contaminé le magma et augmenté sa fugacité en oxygène. La magnétite a cristallisé précocement dans ce magma à forte fugacité en oxygène. Elle a subi une ségrégation par densité et s'est accumulée en fond de chambre magmatique.<br />Cette partie est en anglais. Elle a fait l'objet d'un article (in press) dans la revue Mineralium Deposita.<br />La troisième partie propose une étude plus détaillée des lithologies de l'auréole de contact de Panzhihua. Des données isotopiques nous permettent d'expliquer la formation des principaux types de skarns rencontrés dans l'auréole de contact. L'essentiel de l'auréole a constitué un système fermé vis-à-vis des éléments majeurs et traces. D'importants flux de CO2 (lors de la décarbonatation) puis d'eau (lors de l'hydratation) ont cependant traversé l'auréole de contact. Un échantillon de marbre à brucite montre des indices de fusion partielle (~20%). Un échantillon de skarn (zebra-rock) présente des indices de mélange chimique entre le magma et la dolomie.<br />La quatrième partie présente les résultats de l'étude d'une seconde auréole de contact, associée au gisement de sulfures de Ni-Cu magmatique d'Aguablanca (Espagne). L'intrusion d'Aguablanca s'est mise en place dans des calcaires argileux. Sa composition chimique montre des indices d'incorporation d'encaissant carbonaté. En modifiant la fugacité en oxygène du magma, l'incorporation de carbonates pourrait être impliqué dans la formation de ce gisement de Ni-Cu. Un modèle simple nous a permis de calculer la composition chimique des protolithes à partir des compositions chimiques des marbres, skarns et hornfels de l'auréole de contact. Nous avons ainsi pu montrer que les calcaires les plus purs sont également ceux qui libèrent le moins de CO2. La présence d'argiles dans les calcaires « impurs » permet diverses réactions de formation de silicates qui libèrent du CO2 lors du métamorphisme.<br />Dans la cinquième partie, nous rappelons la coïncidence temporelle entre la mise en place des grandes provinces magmatiques et les crises de la biosphère. Nous expliquons l'absence de relation de proportionnalité entrele volume de lave émis et l'intensité des crises et montrons que les sédiments sont les principales sources de gaz lors de la mise en place des grandes provinces magmatiques. L'intensité des crises dépend plus de la nature des roches dans lesquelles les trapps se mettent en place que du volume de lave émis.<br />Cette partie comporte une section en anglais, préparée pour être soumise à Geology.

Discriminer l'influence des activités humaines de celle des processus naturels sur les changements environnementaux récents est un enjeu scientifique important. Dans ce but, les mollusques et les foraminifères fossiles des Pertuis Charentais (ouest de la France) ainsi que les sédiments déposés pendant l'Holocène dont ils sont issus ont été étudiés. L'objet d'étude central est un drapage vaseux qui constitue une grande partie du comblement sédimentaire terminal des Pertuis. Les résultats obtenus montrent qu'il est composé de sédiments fins d'origine continentale déposés à partir de 1400 AD. Il est la conséquence d'une augmentation de l'érosion des sols, favorisée par la déforestation entreprise au Moyen-Age. Le taux de sédimentation de cette vase a augmenté brutalement, suite à une période d'augmentation des précipitations hivernales à la fin du Petit Age Glaciaire qui a accéléré l'érosion des sols sur ces territoires fragilisés car déforestés. Le dépôt brutal de sédiments fins dans les Pertuis Charentais a eu peu de répercussions sur les communautés de mollusques benthiques, excepté l'extinction locale du bivalve \textit{Lepton squamosum} de la baie de Marennes-Oléron. En revanche, l'augmentation des apports sédimentaires a été à l'origine d'une succession écologique au sein des communautés de foraminifères (résistance - perturbation - adaptation). Les résultats obtenus démontrent comment des milieux perturbés par les activités humaines deviennent plus sensibles aux changements climatiques. Ils soulignent aussi le potentiel de la paléoécologie dans la compréhension des changements environnementaux récents dans les zones côtières à une échelle millénaire à séculaire.

Les normes en vigueur de la caractérisation environnementale des déchets s'appuient sur l'analyse de granulats ou réduits en poudre. La modification de propriétés du matériau risque de fausser le relargage d'éléments polluants. L'objectif principal de ce travail de thèse est de mettre au point une méthodologie de lixiviation sur matériau monolithique.Des formulations cimentaires de type mortier ou sous-couche routière incorporant des sédiments traités par le procédé NOVOSOL® (STN) ont été réalisées. Leur caractérisation montre l'augmentation de la porosité et la surface lors de l'ajout de STN. Les caractéristiques mécaniques sont proches de celles des matériaux de type routier.Une longue phase de mise au point a permis de concevoir la cellule d'essai et le protocole permettant de tester des matériaux monolithiques en percolation à débit contrôlé. Un protocole de traçage couplé à une modélisation par un logiciel de transport permet de déterminer les caractéristiques hydrodynamiques des matériaux durant percolation.Les résultats d'essais mettent en évidence la bonne stabilité des métaux lourds contenus dans les STN comparés aux métaux apportés par le liant cimentaire. Ainsi, pour certains métaux, l'introduction de STN tend à diminuer les quantités relarguées, pour d'autres la teneur en polluant des percolats soit stable, soit en augmentation. Même si la complexité des phénomènes mis en jeu nous amène à considérer les données avec précaution, certains résultats tendent à montrer l'existence d'un lien entre surface de contact et relargage. La comparaison des résultats obtenus en laboratoire et des mesures réalisés in situ atteste de la représentativité du test mis au point

La maintenance des voies navigables par dragage génère de grands volumes de sédiments, souvent contaminés en métaux. Pour certains d'entre eux, un traitement par phytoextraction pourrait être envisagé. Le premier volet de ce travail vise à étudier le devenir du Cd présent dans un sédiment de curage contaminé par des métaux lors de la culture d'A. halleri, plante hyperaccumulatrice de Zn et Cd. Pour cela, un suivi des teneurs en Cd a été réalisé dans le sédiment, les parties aériennes de la plante et les lixiviats lors de la culture en pot. La présence de plantes diminue la quantité de Cd lixivié, mais ne modifie ni la fraction échangeable ni le pool phytodisponible en Cd. La spéciation a été étudiée par spectroscopie EXAFS et µXANES, la localisation par µXRF et MEB-EDX, et la biodisponibilité par DGT et extraction au Ca(NO3)2. Avant culture, le Cd est présent sous forme d'un sulfure mixte de Zn, Cd et Fe. Après 5 mois de culture, cette espèce est totalement oxydée en présence de plantes et presque totalement dans les pots sans plante. Les espèces de Cd néoformées sont des complexes Cd-acides organiques et du Cd-phosphate. Le second volet de ce travail porte sur les mécanismes d'accumulation du Cd dans les parties aériennes d'A. halleri. Après culture en hydroponie, l'analyse des parties aériennes par autoradiographie en utilisant 109Cd montre que le métal est transféré aussi bien dans les feuilles jeunes que les matures, ces dernières montrant un enrichissement des tissus périphériques. L'analyse des feuilles par spectroscopie EXAFS a montré que le Cd était lié principalement à des ligands organiques de type COOH/OH, et de façon minoritaire à des ligands de type thiols.