Les grandes éruptions caldériques sont parmi les phénomènes les plus destructeurs de la Terre, mais les processus à l’origine des grands réservoirs de magma siliceux et pauvre en cristaux qui alimentent ces éruptions ne sont pas bien compris. Le temps de stockage de ces réservoirs dans la croûte supérieure a un intérêt particulier. De longs temps de stockage—jusqu’à 105 ans—ont été estimés en utilisant les temps de repos entre les éruptions et les âges radiométriques des cristaux qui se trouvent dans les produits éruptifs. Par contre, des travaux récents sur la diffusion dans des cristaux suggèrent que les réservoirs qui alimentent même les plus grandes éruptions peuvent se mettre en place pendant une période beaucoup plus courte—101–102 ans. Afin de répondre à cette question, j’ai étudié l’éruption dacitique de Cape Riva de Santorin, Grèce (>10km3, 22 ka). Pendant les 18.000 ans précédant cette éruption, une série de dômes et de coulées dacitiques a été émise, alternant avec des dépôts de ponce dacitique (le complexe de dômes de Therasia). Ces dacites ont des compositions similaires à celle qui a été émise pendant l’éruption de Cape Riva, et ont été décrites précédemment comme des « fuites » provenant du réservoir de Cape Riva pendant sa croissance. Cependant, le magma de Cape Riva est appauvri en éléments incompatibles (tels que K, Zr, La, Ce) par rapport au magma de Therasia, une différence qui apparaît également dans les cristaux de plagioclase. Cette différence ne peut pas être expliquée par des processus peu profonds, tels que la cristallisation fractionnée ou l’assimilation de la croûte, ce qui suggère que les magmas de Cape Riva et Therasia ont des origines différentes. En outre, il existe des arguments tendant à montrer que les dacites de Therasia n’ont pas été alimentées par un réservoir majoritairement liquide ayant eu une longue durée de vie. Il y a des variations non systématiques dans la composition du magma, les compostions des bords ainsi que les caractéristiques des cristaux de plagioclase tout au long de la séquence. De plus, les temps de résidence à haute température des cristaux de plagioclase et d’orthopyroxène estimés par des modèles de diffusion sont 101–102 ans. Ces temps sont courts par rapport au temps moyen entre éruptions (1.500 ans), ce qui suggère que les cristaux observés dans chaque coulée ne se sont formés que peu de temps avant l’éruption. Les différentes teneurs en éléments incompatibles indiquent qu’un nouveau magma s’est mis en place dans le système volcanique superficiel peu de temps avant l’éruption de Cape Riva. Cet apport de magma a eu lieu après la dernière éruption de Therasia, qui s’est produite <2.800±1.400 ans avant l’éruption de Cape Riva selon les âges 40Ar/39Ar. Les périphéries des cristaux de plagioclase présents dans la dacite de Cape Riva sont en équilibre avec une rhyodacite, avec une composition similaire à celui du verre de l’éruption. Cependant, les zonations dans les éléments majeurs et traces enregistrent des changements dans la composition du liquide magmatique pendant la croissance des cristaux. La composition du centre de la plupart des cristaux de plagioclase est la même que celle des bords ; toutefois ces cristaux sont souvent partiellement résorbés, et la croissance a repris avec du plagioclase plus calcique. Ces cycles se répètent jusqu’à trois fois. La relation étroite entre la teneur en anorthite, Sr et Ti des différentes zones suggère que la composition des plagioclases est corrélé avec la composition du liquide, allant de liquides dacitiques à rhyodacitiques. Des cristaux d’orthopyroxène révèlent une séquence similaire. Les motifs de zonation sont interprétés comme un témoin de la formation du réservoir de Cape Riva dans la croûte supérieure par le mélange de plusieurs magmas ayant des compositions diverses. Des modèles de diffusion de Mg dans le plagioclase et de Fe–Mg dans l’orthopyroxène suggèrent que ce mélange a eu lieu 101–102 ans avant l’éruption. / Large, explosive, caldera-forming eruptions are amongst the most destructive phenomena on the planet, but the processes that allow the large bodies of crystal-poor silicic magma that feed them to assemble in the shallow crust are still poorly understood. Of particular interest is the timescales over which these reservoirs exist prior to eruption. Long storage times—up to 105 y—have previously been estimated using the repose times between eruptions and radiometric dating of crystals found within the eruptive products. However, more recent work modelling diffusion within single crystals has been used to argue that the reservoirs that feed even the largest eruptions are assembled over much shorter periods—101–102 y. In order to address this question, I studied the >10km3, 22-ka, dacitic Cape Riva eruption of Santorini, Greece. Over the 18 ky preceding the Cape Riva eruption a series of dacitic lava dome and coulées were erupted, and these lavas are interspersed with occasional dacitic pumice fall deposits (the Therasia dome complex). These dacites have similar major element contents to the dacite that was erupted during the Cape Riva eruption, and have previously been described as “precursory leaks” from the growing Cape Riva magma reservoir. However, the Cape Riva magma is depleted in incompatible elements (such as K, Zr, La, Ce) relative to the Therasia magma, as are the plagioclase crystals in the respective magmas. This difference cannot be explained using shallow processes such as fractional crystallisation or crustal assimilation, which suggests that the Cape Riva and Therasia magmas are separate batches. Furthermore, there is evidence that the Therasia dacites were not fed from a long-lived, melt-dominated reservoir. There are non-systematic variations in melt composition, plagioclase rim compositions, and plagioclase textures throughout the sequence. In addition, high-temperature residence times of plagioclase and orthopyroxene crystals from the Therasia dacites estimated using diffusion chronometry are 101–102 y. This is short compared to the average time between eruptions (1,500 y), which suggests the crystals in each lava grew only shortly before eruption. The different incompatible element contents of the Cape Riva and Therasia magmas and plagioclase crystals suggest that a new batch of incompatible-depleted silicic magma arrived in the shallow volcanic plumbing system shortly before the Cape Riva eruption. This influx must have taken place after the last Therasia eruption, which 40Ar/39Ar dates show occurred less than 2,800±1,400 years before the Cape Riva eruption. The rims of the plagioclase crystals found in the Cape Riva dacite are in equilibrium with a rhyodacite, with a similar composition to the Cape Riva glass. However, the major and trace element zoning patterns of the crystals record variations in the melt composition during their growth. The compositions at the centre of most crystals are the same as the rims; however, these crystals are often partially resorbed and overgrown by more calcic plagioclase. The plagioclase then grades normally back to rim compositions. This cycle is repeated up to three times. The tight relationships between the anorthite, Sr and Ti contents of the different zones suggests that the composition of the plagioclase crystals correlates with the composition of the melt from which theygrew. The different plagioclase compositions correspond to dacitic and rhyodacitic melt compositions. The orthopyroxene crystals reveal a similar sequence, although they only record one cycle. These zoning patterns are interpreted to document the assembly of the Cape Riva reservoir in the shallow crust through the amalgamation of multiple batches of compositionally diverse magma. Models of magnesium diffusion in plagioclase and Fe–Mg interdiffusion in orthopyroxene suggest that this amalgamation took place within 101–102 y of the Cape Riva eruption.

A travers l’exemple himalayen, nous étudions les mécanismes influençant la composition en osmium des sédiments durant l’érosion, le transport sédimentaire et le dépôt dans les zones estuariennes. Au niveau du bassin himalayen de la Kali Gandaki, les relations observées entre les concentrations en osmium et les quantités de carbone organique confirment le rôle important des schistes noirs appartenant aux TSS (non radiogéniques) et au LH (radiogénique) malgré leurs faibles répartitions géographiques. Cependant, la composition fortement radiogénique mesurée dans les sédiments du Gange n'est pas couplée a un enrichissement en 187Os dont la quantité moyenne est comparable à celle mesurée dans la croûte continentale. La signature isotopique du Gange résulterait d'un appauvrissement en Os non-radiogénique, témoignant d'une forte dilution par des sédiments dérivés de l'érosion des roches cristallines de l'HHC. Nous montrons à travers l’étude de sédiments estuariens que le comportement de l’osmium en contact avec l’eau de mer est complexe et des échanges sont possibles à l’interface. Le développement analytique réalisé en parallèle des études sur les sédiments a permis de documenter pour la première fois la composition en osmium des eaux souterraines. L’étude des aquifères de la plaine du Bengale montre que les eaux souterraines possèdent des concentrations en osmium significativement plus élevées que les eaux de rivière ou l’eau de mer. Si ce résultat est généralisable aux aquifères mondiaux, un flux global de l’ordre de 170 kg d’osmium par an pourrait être apporté à l’océan. Cet apport est significatif et impliquerait la réévaluation du bilan océanique mondial et une diminution significative du temps de résidence de l’osmium dans les océans. Ce résultat n’est pas anodin puisqu’il pourrait en partie réconcilier le temps de résidence estimé par bilan de masse océanique et les variations glaciaires-interglaciaires observées par le rapport 187Os/188Os dans de nombreux enregistrements marins / Using the Himalayan example, this study documents the systematics controlling the osmium composition of sediments during weathering processes, sedimentary transport and sediment deposition in tidal areas. The relationships observed between osmium concentrations and organic carbon contents in sediments of the Himalayan Kali Gandaki catchment underscore the role of black shales from the TSS (mostly unradiogenic) and LH (highly radiogenic) Himalayan units, despite their limited geographic distribution. However, the highly radiogenic composition displayed by Ganges sediments is not coupled to an enrichment in 187Os in these sediments, which on average are comparable to that of typical continental crust. Instead, the Ganges radiogenic signature results from an impoverishment in non-radiogenic osmium, reflecting a strong dilution by erosion products of crystalline rocks of the HHC unit. Moreover, based on the study of rivers in the tidal zone, we document the complex behavior of osmium at the salt/fresh water transition, potentially involving exchange between sediments and dissolved osmium. Analytical development performed concurrently with the sediment studies allowed the first measurements of groundwater osmium compositions. Groundwaters of Bengal plain aquifers have osmium contents significantly higher than those previously documented for river water or seawater. If this result can be generalized to other aquifers a global osmium groundwater flux to the ocean of about 170 kg per year could be expected. This contribution is significant and would require a reevaluation of both the osmium marine budget and the residence time of osmium in the ocean. This result could partially reconcile the diverging marine Os residence times estimated from mass balance and from glacial-interglacial variations in the 187Os/188Os marine record

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

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.

Une étude hydrogéologique a été entreprise sur les eaux de l'aquifère miocène du bassin de Valréas (Vaucluse). Celle-ci vise à améliorer la connaissance du fonctionnement du système grâce à une étude détaillée combinant une vaste gamme d'outils isotopiques et géochimiques qui inclut : les isotopes stables de la molécule d'eau (18O et 2H), les isotopes du carbone minéral dissous (13C et 14C), le tritium, les gaz rares et les éléments chimiques majeurs. Les activités 14C décroissent depuis environ 100 pcm dans la zone de recharge, jusqu'à des valeurs inférieures à 1 pcm dans l'aquifère captif. Les âges calculés révèlent la présence d'eau dont le temps de séjour atteint plus de 30 000 ans dans la partie confinée. Les teneurs en 18O et 2H mettent en évidence un fort contraste isotopique entre aquifère libre et aquifère captif, et l'étude de la relation 18O/2H souligne la particularité des circulations atmosphériques régionales, sous influence mixte atlantique et méditerranéenne. L'excès en deutérium calculé à partir des eaux anciennes suggère la persistance de ce schéma depuis le Pléistocène. Les paléotempératures de recharge déduites des concentrations en gaz rares fournissent une différence de température entre le Tardiglaciaire et l'Holocène de l'ordre de 7°C et les teneurs en hélium radiogénique montrent une évolution graduelle avec l'augmentation du temps de séjour. La géochimie des eaux met en évidence la sensibilité des eaux du réservoir miocène aux pollutions d'origine anthropique. Les minéraux argileux sont à l'origine d'échanges de bases dont l'intensité est proportionnelle au temps de séjour. La comparaison des vitesses hydrauliques et des vitesses radioisotopiques indique une grande différence dans les deux méthodes concernant la partie captive de l'aquifère, suggérant l'existence d'eaux quasi-stagnantes dans l'aquifère confiné. A l'issue de cette étude un modèle conceptuel de fonctionnement de l'aquifère est proposé.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

L’objectif de ce travail était de tester l’utilisation des radioisotopes naturels à courte période (234Th, 7Be et 210Pb) comme traceurs des transferts des particules dans le bassin versant de la Garonne-Dordogne-Gironde. Dans un premier temps, la faisabilité de la méthode basée sur le 234Th a été testée dans les rivières. Les résultats ont montré qu’une valeur de 5 mBq l-1 correspondant au seuil en 238UD est nécessaire pour l’application du 234Th en rivière. Dans un deuxième temps, le suivi sur deux années (2006-2007) des radioéléments naturels, 234Th, 7Be et 210Pb, et artificiels, 137Cs et 131I, dans le Lot, la Garonne et l’estuaire de la Gironde, a permis de distinguer les différentes étapes du transport des particules en relation avec l’hydrologie. L’atout de l’utilisation de ces traceurs est d’accéder à de premières estimations du temps de résidence des sédiments et du pourcentage des fractions anciennes et récentes. Dans le Lot et la Garonne, il existe une rétention des particules (2-89 jours) pendant l’étiage et les débits moyens, et de fortes remises en suspension des sédiments anciens à débits élevés. La moyenne du pourcentage des sédiments récents dans les rivières est d’environ 25 %, ce qui montre que les matériaux en suspension (MES) dans les rivières sont dominés par des sédiments anciens. Dans l’estuaire de la Gironde, le temps de résidence varie en fonction de l’hydrologie des rivières : pendant les périodes de forts débits, le temps de transit des particules de la Réole jusqu’à l’océan est seulement de quelque mois (~150 jours) ; alors que pendant les périodes d’étiage, l’âge des sédiments augmente dans la zone de turbidité maximum atteignant jusqu’à 400 jours. / The main objective of this study was to develop short-lived radioisotopes (234Th, 7Be and 210Pb) as tracers of particle transport in the Garonne-Dordogne-Gironde watershed. Firstly, the possibility to use 234Th/238U pair to study particle residence time in the Gironde fluvial-estuarine system was tested. The results show that dissolved 238U should be greater than 5 mBq l-1 to permit this application in fluvial systems. Secondly, the two years monitoring of natural radioisotopes, 234Th, 7Be and 210Pb, and artificial radioisotopes, 137Cs and 131I, in the Garonne and Lot rivers and in the Gironde Estuary, had allowed to observe the dynamic of particle transport, linked to the river flow. Based on this database, preliminary particle residence times and percentages of the new and old sediments were estimated. In the Lot and Garonne rivers, the particle retention ranges between 2-89 days during low and mean river discharges. The percentage of the new sediments is average 25 %, which indicates that the old resuspended sediments are dominated the suspended particulate matters (SPM). In the Gironde estuary, the particle residence time is mainly controlled by river discharge. The particle residence time during low river discharge is about 400 days. When the river discharge is increasing, the freshwaters are predominant in the estuary, the maximum turbidity zone (TMZ) is dispersed and the old sediments transported toward the ocean. During this period the particle residence time is only few months.

Jadis délaissés au profit des milieux plus simples et/ou accessibles, les milieux souterrains fracturés, notamment ceux de socle cristallin, bénéficient désormais d'un intérêt croissant vue leur capacité à constituer de réelles ressources en eau. La compréhension de ces systèmes apparaît donc comme un enjeu majeur en hydrogéologie. Nous explorons avant tout la possibilité de structures portant une ressource en eau autres que celles jusqu'à présent identifiées i.e. la zone altérée et les fractures régionales sub-verticales. Nous identifions à ce propos les fractures locales à faible pente, confirmant ainsi certaines observations de site comme celles réalisées sur l'aquifère de socle cristallin de Ploemeur (Bretagne). Nous étudions ensuite l'apport des données d'" âge " pour la caractérisation des systèmes hétérogènes complexes et de leur ressource. Issues de mesures de concentration, elles sont classiquement utilisées dans les milieux peu hétérogènes pour quantifier la recharge. Nous reconsidérons ici leur sensibilité et montrons, en cohérence avec le degré d'incertitude des propriétés, qu'elles peuvent autant servir à caractériser la structure du champ de vitesse plutôt que sa magnitude. Par une réflexion plus générale sur leur contenu informationnel, nous montrons aussi qu'elles ne peuvent seules identifier le modèle d'écoulement et la distribution des temps de résidence associée, en raison de leur caractère intégrateur. Il en résulte pléthore de modèles cohérents avec les données même si peu pertinents pour la prédiction tel que le modèle exponentiel. Nous proposons au final les moyens de contrecarrer cet écueil par une utilisation spatiale et temporelle de la donnée.

Les femelles parasitoïdes exploitant un agrégat d’hôtes doivent ajuster leurs comportements en fonction des facteurs environnementaux auxquels elles sont soumises, dont la présence de compétiteurs dans l’environnement. L’objectif de cette étude est de mesurer les impacts de la compétition sur les stratégies d’exploitation d’agrégats chez deux espèces de parasitoïdes non agressives. Les espèces Trichogramma pintoi et T. minutum (Hymenoptera : Trichogrammatidae), des parasitoïdes d’œufs de lépidoptères, furent utilisées et leurs temps de résidence dans l’agrégat, leurs mécanismes de prise de décision et le sexe des descendants alloués furent mesurés en l'absence de compétition et en situation de compétition directe et indirecte, intra- et interspécifique. Trichogramma pintoi privilégie une stratégie générale basée uniquement sur la qualité perçue de l’agrégat. À l’inverse, T. minutum privilégie une stratégie adaptée au type de la compétition (directe ou indirecte) et à la nature des compétiteurs (intra ou interspécifiques), sans égards à la qualité de l’agrégat. La distinction de ces deux stratégies amène des perspectives de recherche intéressantes sur les impacts de la compétition à l’échelle du paysage, et est d’un intérêt certain pour ceux voulant améliorer l’efficacité des programmes et des élevages de masse utilisés en lutte biologique. / Female parasitoids must adjust their behavior in response to different environmental factors when foraging for hosts. One of the most important factors they must cope with is the presence of competitors in their environment. The objective of this study is to measure the effects competition has on the foraging strategies of non-aggressive parasitoids. We used the species Trichogramma pintoi and T. minutum (Hymenoptera: Trichogrammatidae), two egg parasitoids of lepidoteran species. We measured patch residence times, patch-leaving mechanisms and progeny sex allocation of females foraging alone, and of females foraging under direct or indirect, intra- or interspecific competition. Trichogramma pintoi females favoured a general strategy entirely based on the perceived quality of the patch, whereas T. minutum females favoured a strategy that was adapted to the type of competition (direct or indirect) and to the nature of the competitors (intra- or interspecific) they were subjected to, with no regards for the quality of the patch. The distinction between these two strategies brings forth interesting research opportunities regarding the effects of competition at the landscape level, and should be of interest for biological control practitioners wishing to increase the efficacy of biological control programs and of commercial mass rearings.

Quand deux espèces exploitent la même niche écologique, elles entrent en compétition. Cette compétition interspécifique peut conduire à l’exclusion de l’une d’entre elles. Toutefois, il est possible qu’un équilibre s’installe et que les deux espèces coexistent en sympatrie. Eupelmus vuilleti et Dinarmus basalis sont deux espèces de parasitoïdes solitaires, exploitant la même niche écologique, les larves et les nymphes de Callosobruchus maculatus un coléoptère séminivore. En situation de compétition par exploitation, E. vuilleti présente les caractéristiques d’une espèce dominante, potentiellement capable d’exclure D. basalis. Aussi, nous nous sommes demandés comment D. basalis peut se maintenir dans la même niche écologique qu’E. vuilleti, comme cela est observé dans certaines zones africaines ? Nos résultats montrent qu’en présence de compétitrices (compétition par interférence), les femelles des deux espèces expriment des comportements agonistiques et la résolution des conflits est principalement influencée par la valeur que les femelles placent dans la ressource. Nous montrons finalement que dans les conditions de compétition interspécifique directe, les femelles de D. basalis sont plus agressives et font du self-suparparasitisme pour augmenter leur gain en fitness. Au contraire, les femelles d’E. vuilleti s’éloignent et attendent pour finalement revenir multiparasiter après le départ de cette dernière. En conséquence, la coexistence de ces deux espèces est le résultat d’un équilibre entre les stratégies adoptées par les femelles dans ces deux situations de compétition. / When two species exploit the same ecological niche, interspecific competition may lead to the exclusion of one of them. For the two species to co-exist, resource exploitation strategies developed by both species must somehow counter-balance each other. Eupelmus vuilleti and Dinarmus basalis are two solitary parasitoid species exploiting the same hosts, larvae and pupae of Callosobruchus maculatus. When confronted to already parasitized hosts (i.e. exploitative competition), Eupelmus vuilleti seems to be dominant and potentially able to exclude D. basalis. Here, we aim at understanding how E. vuilleti and D. basalis can coexist when in sympatry. More particularly, we investigate the behavioral strategies adopted by females of both species when exploiting the resource (i.e. host) in presence of a competitor female (conspecific or interspecific) (i.e. interference competition). Our study reveals that in presence of a competitor female, E. vuilleti and D. basalis females display agonistic behaviors and the contest resolution is mainly influenced by the value that contestants place on the resource. Finally, under interspecific direct competition, D. basalis females tend to outcompete E. vuilleti females: they are more aggressive. In contrast, E. vuilleti females adopt a waiting strategy, waiting for the opponent female’s departure to multiparasitize hosts after committing an ovicide. Thus, both species seem to show counterbalancing strategies which could promote their coexistence in nature and granaries.