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National audience; La paléoaltimétrie est un outil puissant utilisé dans le domaine des sciences de la Terre permettant d’étudier les interactions entre l’évolution de la topographie, les phénomènes tectoniques et climatiques. Cette approche consiste à estimer la paléoaltitude ou les paléoreliefs d’une chaîne de montagne ou d’un plateau orogénique à une période donnée. Plusieurs méthodes sont utilisées pour y parvenir, parmis celles-ci, la paléoaltimétrie basée sur les isotopes stables consiste à utiliser la composition des paléo-précipitations qui se déversaient à haute et à basse altitude à une certaine période et au niveau de la zone étudiée. En effet il a été démontré que les rapports isotopiques de l’oxygène (δ18O) et de l’hydrogène (δD) des précipitations orographiques diminuent au fur et à mesure que l’altitude des reliefs augmente suivant un gradient isotopique variable (Poage et al.,2001). L’analyse du δ18O(mineral) ou du δD(mineral) de minéraux comme certains carbonates et les phylosilicates formés à partir d’eaumétéorique permet de calculer le δ18O(water) et le δD(water) des paléo-précipitations en estimant la température à laquelle le fractionnement isotopique entre l’eau et le minéral a eu lieu. Cependant, l’estimation imprécise de cette température génèrent d’importantes marges d’erreur pouvant dépasser les +/- 1000m.Nous avons développé une méthode permettant de mesurer directement et conjointement le δ18O(water) et le δD(water) de l’eau des paléo-précipitation avec une grande précision (+/- 0,39 ‰ et 1,53 ‰) pour le δ18O(water) et le δD(water) respectivement et permet notamment de réduire les marges d’erreur de l’estimation paléoaltimétrique à moins de +/- 150m. Cette méthode consiste à extraire et analyser de petites quantitésde fluides (~10L) piégées dans les minéraux de quartz au moment de leur croissance.L’extraction des inclusions fluides est réalisée à l’aide d’une ligne sous vide et l’analyse isotopique est réalisée dans un second temps avec un spectroscope (OA-ICOS) situé à l’Institut des Sciences Analytiques de Lyon (ISA). Nous avons testé ce protocole sur des veines de quartz alpines provenant des massifs du Mont Blanc et du Chenaillet. Les résultats obtenus montrent que l’eau extraite correspond à de l’eau météorique et quesa signature isotopique a été conservée au cours des temps géologiques. Ces données montrent que le massif du Mont-Blanc était à basse élévation (moins de 1000m a.s.l) au Miocène moyen. En revanche, les données provenant du massif du Chenaillet indiquent qu’il avait déjà atteint son altitude moyenne actuelle (~ 2500m a.s.l) à la même période.

Shell middens represent an environmental and cultural heritage which is now threatened by climate change and the associated intensification of marine erosion. The three archaeological occupations layers in the southwest dune of the Beniguet island (Le Conquet, Finistère, France) contain significant amounts of Patella sp. shells. The island is still surrounded by populations of living Patella vulgata, constituting a unique opportunity to apply the methods of sclerochronology on this biological archive. A first approach aims to build a strong referential upon modern shells, and secondly the archaeological shells were investigated to get both palaeo-environmental and cultural informations about the harvest seasonality of this species through time. Studying the growth of the shell through Calcein marking experiment showed strong heterogeneity in increment deposition from one shell to another, questioning the established rhythm of tidal micro-banding for this species. The results of stable oxygen isotope analysis also highlighted this heterogeneity in growth, at least for the medium intertidal level. They also showed that the level of collect on the shore did not significantly affects the SST (sea surface temperature) reconstructions based on δ18O values. In opposition, the stable carbon isotopes values ( δ13C) are scaled upon this altitude on the shore. The isotopic analysis have also been applied to archaeological shells from shell layers dated back to the Chalcolithic, early Bronze Age and early Middle Ages. The SST reconstruction from δ18O data highlighted several palaeo-environmental features during Mid- and Late-Holocene, including a global cooling since the Holocene Climate Optimum and a diminution of seasonality caused by a decreasing solar insolation in summer. The δ13C scaling on the shore did not allowed to reattribute directly each shell to a level of collection as a Suess effect have been demonstrated between modern and preindustrial shells. Finally, the analysis of marginal δ18O showed significant differences according to the considered period, with a year-long collect for the Chalcolithic occupation, a spring-focused collect during early Bronze age and no limpet collection in summer for the early Middle Ages. Despite the uncertainties remaining about the growth and the increments deposition of Patella vulgata shells, this work underscores the interest of archaeological limpet shells as palaeo-environmental and cultural archives archives and with an underexploited sclerochronological potential., Les amas coquilliers constituent une mémoire culturelle et environnementale qui est aujourd’hui menacée par les changements climatiques et l’intensification de l’érosion marine. Les trois niveaux d’occupation de la dune sud-ouest de l’île de Béniguet en mer d’Iroise (Le Conquet, Finistère, France) contiennent de grandes quantités de coquilles de Patella sp. Ces trois niveaux sont entourés d’une population de Patella vulgata occupant les estrans de l’île ce qui constitue une opportunité unique d’appliquer les méthodes de la sclérochronologie à cette archive biologique encore sous-exploitée. L’étude de la croissance incrémentale des coquilles de Patella vulgata actuelles par des expérimentations de marquages fluorescents à la Calcéine ont montré une forte hétérogénéité de la croissance d’une coquille à l’autre chez cette espèce, remettant en cause le rythme de formation tidal des micro-incréments jusque-là établi dans la littérature scientifique. Les résultats des analyses de δ18O ont eux-aussi montré une forte hétérogénéité de la croissance, mais cette-fois-ci entre les différentes étages de l’estran. Ils ont aussi permis de montrer que le niveau de collecte n’avait pas d’impact significatif sur les reconstructions de températures basées sur les valeurs de δ18O. Les analyses portant sur le carbone ont également mis en évidence un étagement des valeurs de δ13C des coquilles depuis le haut d’estran (δ13C plus faible) vers le bas de l’estran (δ13C plus élevé). Ces méthodes isotopiques ont ensuite été appliquées à des coquilles archéologiques provenant de niveaux d’occupations datés au Chalcolithique, à l’âge du Bronze ancien et au haut Moyen-Âge. Les reconstructions paléo-environnementales basées sur les reconstructions de SST à partir des données de δ18O ont permis de mettre en évidence plusieurs caractéristiques climatiques de l’Holocène moyen et récent, dont un refroidissement depuis l’optimum climatique Holocène ainsi qu’une réduction des températures estivales du fait de la diminution de l’insolation en été. L’étagement des valeurs de δ13C n’a toutefois pas permis de replacer les coquilles archéologiques à un niveau de prélèvement, car un effet Suess a été mis en évidence entre les coquilles modernes et préindustrielles. Enfin, l’analyse du δ18O à la marge des coquilles a montré des différents modes de collecte des patelles, avec une récolte tout au long de l’année pour le Chalcolithique, une récolte printanière à l’âge du Bronze ancien et enfin une absence de récolte en été pour le haut Moyen-Âge. Malgré des incertitudes persistantes, notamment à propos de la croissance de la coquille de Patella vulgata, ce travail souligne l’intérêt des coquilles de patelles archéologiques en tant qu’archives environnementales et culturelles, dont tout le potentiel sclérochronologique n’est pas encore entièrement exploité.

International audience; Le gisement d’Eléments de Terres Rares (ETR) de Gakara, Burundi, est d’origine hydrothermale. A une bastnaésite primaire se superpose une altération monazitique en association avec laquelle se développent de larges cristaux de quartz automorphes. Bastnaésite et quartz contiennent de superbes inclusions fluides, extrêmement variées en nature. Les résultats de la caractérisation de ces inclusions fluides et d’une étude isotopique pionnière en oxygène et carbone sur la bastnaésite sont présentés ici, et participent à l’établissement d’un modèle métallogénique global, encore en cours d’établissement (thèse de Seconde Ntiharirizwa, Université de Rennes 1). Les inclusions fluides contenues dans la bastnaésite et le quartz sont, aquo-carboniques, aquo- carboniques à solides (nombreux et variés), carboniques et aqueux. Toutes sont majoritairement primaires à pseudo-secondaires. La température d’homogénéisation varie de 250°C, jusqu’à plus de 400°C. Les salinités varient également fortement, de 5 à 50 pds% eq. NaCl comme le montre la présence de cubes de sels. La phase volatile est quasi-exclusivement constituée de CO2, avec une contribution mineure de N2. Les conditions de piégeage estimées à partir du calcul des isochores sont compatibles avec une minéralisation dans la croûte supérieure telle que suggérée par les observations de terrain (voir résumé Branquet et al., cette session) , à des températures supposées de 400 à 450°C. Il n’y a que peu de différence entre les IF contenues dans les deux minéraux, indiquant une continuité dans l’histoire de minéralisation et d’altération.Les analyses en isotopes stables (O et C) de la bastnaésite constituent un challenge analytique, en l’absence de standard international de bastnaésite. Nous avons développé un protocole original, utilisant un bain d’huile végétale, par lequel nous obtenons des valeurs d18O entre 11 et 16‰, compatibles avec une formation à assez haute température à partir de fluides magmatiques, et des d13C entre -12 et -16‰, indiquant un fractionnement des isotopes du carbone au cours de processus de séparation de phases fluides, suggérées par la coexistence de fluides à CO2 avec des inclusions très salées.L’ensemble des résultats est compatible, renforce même, l’interprétation du gisement de Gakara à partir de fluides dérivés d’une intrusion alcaline en profondeur, telle que la région des Grands Lacs a réussi à en produire régulièrement ce dernier milliard d’années.

This PhD thesis uses Glycymeris glycymeris, a temperate bivalve in the Glycymerididae family, to reconstruct environmental variability in the Bay of Brest, France. This work comprises of geochemical data archived within shells, compared with several biological and ecological variables. The aims of this study were to assess for potential proxies and expand environmental knowledge prior to local observational records.Thirty-eight live- and dead-collected specimens were used to create a chronology spanning 1891 to 2014. When the standardised growth index was correlated with local environmental factors, it showed that the predominant drivers of growth were Elorn inflow, salinity and suspended particulate matter.Isotopic analysis was undertaken on the juvenile increments of 24 shells. Our results highlight that variations in δ18Oaragonite accurately record local sea surface temperatures, leading to the creation of a 45-year SST reconstruction for the Bay of Brest. Correlations between this and climate forcings show that SSTs in this area are controlled by the subpolar gyre and the East Atlantic Pattern.Five shells (three under the age of 10 and two aged 45) were analysed using a LA-ICP-MS to determine the quantity of strontium and magnesium. Mg and Sr intensities are positively correlated with temperature sub-annually, but on an annual scale there is a negative correlation.This study conveys the potential of G. glycymeris as an archive of climatic and environmental variability in the Bay of Brest. As there are a large number of sub-fossil specimens in the area, this study also provides an anchored base for expansion further back in time., Ce doctorat repose sur l'utilisation de Glycymeris glycymeris, un bivalve de la famille des Glycymerididae, pour reconstruire la variabilité environnementale en rade de Brest (France). Il vise à comparer des données géochimiques archivées dans ces coquilles avec diverses variables biologiques et écologiques. Les objectifs sont d'identifier de potentiels proxys et d'étendre notre connaissance de la variabilité environnementale avant les premières mesures instrumentales.Au total, 38 spécimens (vivants ou morts) ont été utilisés pour construire une chronologie s'étendant de 1891 à 2014.Les indices de croissance standardisés suggèrent que la croissance coquillière est principalement influencée par le débit de l'Elorn, la salinité et la matière particulaire en suspension.Des analyses isotopiques, réalisées sur les portions juvéniles de 24 spécimens, mettent en évidence que les variations de δ18Oaragonite enregistrent fidèlement la température de surface, permettant sa reconstruction sur 45 ans en rade de Brest. En terme de forçage climatique, ces variations de température en rade semblent contrôlées par le gyre subpolaire et l'East Atlantic Pattern.Cinq coquilles (3 d'âge inférieur à 10 ans et 2 âgées de 45 ans) ont ensuite été analysées pour leurs concentrations en strontium et magnésium par LA-ICP-MSLes concentrations en Mg et Sr, quant à elles, sont positivement corrélées à la température de l'eau à une échelle sub-annuelle, mais négativement à l'échelle annuelle.Cette étude met en lumière le potentiel de G. glycymeris comme archive de la variabilité climatique et environnementale en rade de Brest. Du fait du nombre important de spécimens sub-fossiles en rade, cette thèse fournit une base de travail pour l'extension de ces reconstructions dans un passé encore plus lointain.

The ecological functioning of coastal ecosystems is subjected to the synergistic action of climate change and anthropogenic pressures. In Arcachon Bay, the reproductive cycle of the oyster Crassostrea gigas has changed in recent years (e.g. weak gametogenesis, spawning delay). This pattern seems to be associated with global changes in thermal and trophic conditions. The aim of this work was to characterize the spatio-temporal variability in the reproductive investment of oysters in Arcachon Bay. This variability has been investigated in relation to the origin, quantity and quality of the trophic resources. The results revealed important spatial gradients of variability in gonadal development and trophic signal in C. gigas, between inner parts of the bay influenced by river inputs (south-east and north-east) and the external part of the bay, which is influenced by oceanic inputs. Two hydrodynamic factors explained most of the observed variability: immersion time and oceanic water renewal. A comparison of C. gigas gametogenesis and the nutritional value of available food sources between the south-eastern and north-eastern parts of the bay revealed temporal variability in the composition of phytoplankton. This variability was associated with variability in the amounts of essential fatty acids, necessary for gametogenesis. Changes in energy reserves and gamete release cycle were synchronized with the seasonal nutrient variability. These results constitute a first approach in the development of a model predicting the evolution of the energetic needs of C. gigas under the global change in environmental conditions., Le fonctionnement écologique des écosystèmes côtiers est soumis à l’action synergique des changements climatiques et des pressions anthropiques. Au sein du Bassin d’Arcachon, l’huître Crassostrea gigas, montre depuis quelques années une modification du cycle reproductif (i.e. faible formation des gamètes, retard de ponte), qui semble lié aux modifications globales des conditions thermiques et trophiques du milieu. L’objectif de ce travail consiste à réaliser un état des lieux de la variabilité spatio-temporelle de l’état reproductif des huîtres dans le Bassin d’Arcachon, en lien avec l’origine, la quantité et la qualité de la ressource trophique. Les résultats obtenus ont permis de révéler d’importants gradients spatiaux de variabilité du développement gonadique et du signal trophique chez C. gigas, entre les parties internes sous influences des rivières (sud-est et nord-est), et la partie externe sous influences océaniques. Deux facteurs clés se sont révélés en partie explicatifs de cette variabilité, le temps d’immersion et le temps de renouvellement océanique. Un comparatif de la gamétogenèse et du pool nutritif entre les parties sud-est et nord-est du bassin a permis de démontrer une variabilité temporelle de la composition phytoplanctonique associée à une variabilité des apports en acides gras essentiels à la formation et la maturité des gamètes. La dynamique de la mise en réserves ainsi que le déclenchement des pontes chez C. gigas se sont révélés synchrones à la variabilité saisonnière de la quantité et la qualité du pool nutritif. Ces résultats représentent une première étape vers le développement d’un modèle prédictif des besoins énergétiques de l’espèce sous l’effet des changements globaux des conditions environnementales.

Environment influences the isotope compositions of body Ca and vertebrate physiology affects these compositions in turn. These observations have allowed recognition of possible applications for Ca isotopes, in the field of medical biology, with the assessment of bone mineral balance in human, and in (palaeo-)ecology for the study of past and present day diets in vertebrates. These applications depend on a better fundamental understanding of causes for these variations. This thesis aims at identifying the main mechanisms responsible for variability of Ca isotope compositions in mammals and human. A solution mode analysis protocol was first developed for MC-ICP-MS. Two methods for microsampling of tooth enamel were then compared in order to increase spatial resolution of mineralized tissues analysis. The influence of dietary Ca sources has been discussed. Isotope composition of human diet is variable because of the diversity of Ca primary sources but also due to variations in dairy products proportions in diet. Early dietary transitions, such as weaning, can be studied using the Ca isotope compositions of human deciduous tooth enamel.Based on observations in human and other mammals, the mechanisms responsible for Ca isotope fractionations are discussed. A mathematical model was developed, allowing the identification of some mechanisms responsible for Ca isotope distribution across organism reservoirs, and sheds light on the crucial role of kidney in determination of bone isotope compositions., L’environnement et la physiologie déterminent les compositions isotopiques du Ca de l’organisme des vertébrés et des mammifères en particulier. Ces constats ont permis de dégager des applications possibles de l’étude des isotopes du Ca, en biologie médicale pour le suivi de l’équilibre osseux chez les mammifères et en (paléo-)écologie pour l’étude des régimes alimentaires actuels et passés des vertébrés. Ces applications sont tributaires d’une meilleure compréhension fondamentale des causes de ces variations. Cette thèse a pour but de déterminer les principales causes de variabilité des compositions isotopiques du Ca chez les mammifères et l’humain. Un protocole d’analyse en solution par MC-ICP-MS est d’abord présenté puis deux méthodes d’échantillonnage sont comparées afin de réaliser des mesures de résolution spatiale accrue dans les tissus minéralisés. L’influence des sources alimentaires de Ca est ensuite discutée. La composition isotopique de l’alimentation humaine est variable du fait des compositions diverses des sources primaires de Ca et dépend particulièrement des proportions de produits laitiers dans l’alimentation. Il est démontré que les transitions nutritionnelles précoces, comme le sevrage du lait maternel, peuvent être tracées par les compositions de l’émail des dents de lait humaines. Les mécanismes des fractionnements isotopiques sont discutés sur la base d’observations chez l’humain et l’animal. Un modèle mathématique permet de dégager des mécanismes expliquant la distribution des isotopes du Ca à travers les tissus et les fluides de l’organisme et met en lumière le rôle prépondérant du rein dans la détermination de la composition isotopique de l’os.

Since the end of the 19th century, the use of copper (Cu)-based fungicides has resulted in increased Cu concentrations in vineyard soils, but also in downstream aquatic ecosystems. The aim of the thesis was to better understand the fate of this Cu in an agrosystem based on assessing Cu isotope fractionation (65Cu/63Cu). The results have shown that the surface vineyard soils have become enriched in Cu from 9 to 28 times compared to the background level during 4 to 5 decades of vine-growing and that clay minerals were the major Cu sorbing phases in the soils. During rainfall, runoff mobilized ~1% of the applied Cu during the, mainly associated with clays. The stormwater wetland collecting the runoff retained in average 68% of the dissolved and more than 92% of particulate Cu. Cu isotope ratios measured in the wetland suggested dissolved Cu sorption to the sediments and in situ reduction of Cu(II) due to biogeochemical processes., Depuis la fin du 19ème siècle, le traitement des vignes par des fongicides cupriques a engendré une augmentation de la teneur en cuivre (Cu) dans les sols viticoles, ainsi que dans les écosystèmes aquatiques en aval. Cette thèse vise à mieux comprendre le devenir de ce Cu dans un agrosystème basé sur l’étude du fractionnement isotopique du 65Cu/63Cu. Les résultats montrent que durant 4 à 5 décennies de culture de vignes, les sols en surface se sont enrichis en Cu de 9 à 28 fois par rapport au fond géochimique et que les minéraux argileux jouent un rôle important dans l’accumulation du Cu. Lors des événements pluvieux, ~1% du Cu appliqué est mobilisé, essentiellement lié à des argiles. Le bassin d’orage récoltant les lames ruisselantes retient en moyenne 68% du Cu dissous et plus de 92% du Cu particulaire. Les ratios isotopiques du Cu dans le bassin indiqueraient la sorption du Cu dissous dans les sédiments, ainsi que la réduction du Cu(II) in situ due à des processus biogéochimiques.

Barada and Awaj basin is the most important and extensively used water basin in Syria. The upper part of Awaj River occupies the southwestern part of this basin. In this arid region, groundwater is considered to be as a main source of water supply. In order to assess the main features which characterize the hydrogeological system in this area and calculate the water budget of the first aquifer horizon, a multi approach methodology using hydrochemistry, environmental stable isotopes and groundwater modeling were used as integrated tools. The detailed description of hydrogeochemical conditions has underlined the very complex variability of the stratigraphic sequences and hence the numerous hydrogeological units within the study area. Hydrogeochemical evolution reveals the domination of dissolution/precipitation of carbonate rocks as a main mechanism controlling groundwater chemical composition and to less extend, the silicate hydrolysis, dissolution of gypsum and reverse ion exchange. Consequently, hydrochemical patterns did not give enough evidences for the expecting of huge feeding flow from the Jurassic aquifers towards the Neogene/Quaternary aquifer. The similarity in water type tends to express the existence of a unique hydrochemical system where the individualised groundwater flow paths are difficult to delineate. The isotope compositions imply an important rapid infiltration of atmospheric precipitation before significant evaporation takes place. Hence the infiltrated precipitation provides the main source of groundwater recharge all over the study area and mainly throughout the mountainous parts. The study area can be dividing into two main sub-regions. The sub-region (A) which characterizes by active dissolution phenomena and deep vertical groundwater flow. And sub-region (B) which characterizes by a shallow horizontal flow component associated with active interaction between groundwater and hosting rocks. The result of groundwater model indicates a hydraulic connection between the deep aquifers and the overlying first aquifer through the upward leakage of groundwater. The components of the water budget of the first aquifer had determined. The lateral discharge from the Jurassic aquifer as well as the meteoric recharge is the most important recharging component of this budget. The upward leakage of groundwater from deeper aquifers also plays an important role. However, the lateral discharge from the eastern boundary is the largest discharge component which indicates that the study area can be considered as a main recharge region of the western side of the Barada and Awaj Basin., Le bassin hydrologique du Barada et de l’Awaj est le plus important et le plus intensément exploité de Syrie. Le sous bassin amont de la rivière Awaj occupe la partie sud-ouest de ce bassin. Dans cette région aride, l’eau souterraine représente la principale réserve et ressource de production d’eau. Dans l’optique de caractériser le fonctionnement du système hydrogéologique multicouche local et de calculer un bilan hydrologique pour l’aquifère superficiel, une méthodologie multi techniques couplant hydrochimie, isotopie et hydrodynamisme a été déployée. L’analyse détaillée des données hydrochimiques recueillies a mis en évidence la grande variabilité du fond géochimique local, directement fonction de la stratigraphie. Cette complexité stratigraphique induit une vision hydrogéologique complexe de nombreux corps aquifères. L’évolution de la chimie des eaux révèle la prépondérance du phénomène de dissolution/précipitation des roches carbonatées comme principal mécanisme de contrôle de l’hydrochimie, devant l’hydrolyse des silicates, la dissolution du gypse et l’échange ionique. En conséquence il n’a pas été possible de déduire de l’hydrochimie des eaux les preuves d’une recharge par drainance ascendante depuis l’aquifère du jurassique vers les aquifères superficiels, bien que la similarité des faciès hydrochimiques tend à consolider l’hypothèse d’une origine unique des eaux, sans toutefois permettre une identification des chemins d’écoulement. Les données isotopiques indiquent quant à elles, une infiltration importante et rapide des eaux météoritiques, avant qu’une importante phase d’évaporation n’ait lieu. Ainsi, l’important flux d’infiltration qui se produit essentiellement dans la partie montagneuse de la zone, représente la principale source de recharge du système aquifère multicouche régional. De ce fait la zone d’étude peut se subdiviser en deux sous régions : la première (A) se caractérise par une dissolution active et des flux de circulation d’eau souterraine fortement orientés verticalement vers la profondeur, alors que la seconde (B) est caractérisée par des écoulements peu profonds associés à des interactions hydrochimiques avec les roches encaissantes. Les résultats de la modélisation hydrodynamique du système mettent en évidence la connexion hydraulique entre l’aquifère profond du Jurassique et les aquifères surincombants par le biais d’une drainance ascendante. Le bilan hydrologique de l’aquifère se surface a ainsi pu être appréhendé : les principaux flux de recharge proviennent de l’infiltration des eaux météoritiques mais également de l’écoulement latéral du Jurassique dans la partie montagneuse. La drainance ascendante depuis le Jurassique dans la partie aval est également non négligeable. Du point de vue des sorties, le flux d’écoulement le plus important se situe en direction de l’est vers le centre du bassin. Ce constat permet de concevoir que La sous bassin amont de le rivière Awaj est la principale zone de recharge occidentale du bassin de Barada et Awaj.

Hydrodynamic, hydrochemical (major ions, traces, pharmaceuticals and pesticides), and isotopic investigations (oxygen-18 and deuterium) were carried out on 19 points, including boreholes, piezometer, surface water, and springs from February 2011 to November 2012, to assess groundwater quality in the unconfined shallow alluvial aquifer of the Allier River (one of the main tributary of the Loire River). The study area, located near the city of Clermont-Ferrand (France), plays an important socio-economic role as the alluvial aquifer is the major source of drinking water for about 100 000 inhabitants. The objective of the project aims at understanding the functioning and the vulnerability of alluvial aquifers that occupy a pre-eminent position in the hydrogeologic landscape both for their economic role - production of drinking water and agricultural development - and for their ecological role. Moreover, this study also targets at determining the factors and processes controlling shallow groundwater quality and origin. The water circulates from the south, with a natural alimentation from the hills in the non-pumped part of the alluvial aquifer. In the pumping zone, this general behaviour is altered by the pumping that makes the water from the Allier River enter the system in a large proportion. Four end-members have been identified for the recharge of the alluvial groundwater: rainfall, Allier River, surrounding hills’ aquifer and the southern non-pumped part of the alluvial system. Results indicate that, despite the global Ca-HCO3 water type of the groundwater, spatial variations of physico-chemical parameters do exist in the study area. Ionic concentrations increase from the Allier River towards east due either to the increase in the residence time or a mixing with groundwater coming from the aquifer’s borders. Stable isotopes of the water molecule show the same results: boreholes close to the river bank are recharged by the Allier River (depleted values), while boreholes far from the river exhibit isotopic contents close to the values of hills’ spring or to the southern part of the alluvial aquifer, both recharged by local precipitation. One borehole (B65) does not follow this scheme of functioning and presents values attesting of a probable sealing of the Allier River banks. Based on these results, the contribution of each end-member has been calculated and the functioning of the alluvial system determined. According to this general scheme of functioning, origins of pollution (agricultural, urban) have been determined and clues to the protection of such hydrosystems defined., L’objectif de la thèse vise à déterminer les facteurs et processus qui contrôlent l’origine et la qualité des eaux souterraines alluviales et ainsi à mieux comprendre le fonctionnement et la vulnérabilité des aquifères alluviaux qui occupent une place prééminente dans le paysage hydrogéologique mondial tant pour leur rôle économique - production d'eau potable, développement agricole - que pour leur rôle écologique. Des mesures hydrodynamiques, hydrochimiques (ions majeurs, traces, molécules phytosanitaires et pharmaceutiques) combinées à des déterminations isotopiques (oxygène-18, deuterium, carbone-13) ont ainsi été effectuées sur 19 points incluant puits, piézomètres et eaux de surface, de février 2011 à novembre 2012, afin d’évaluer l’origine et la qualité de l’eau souterraine dans l’aquifère alluvial de la rivière Allier, un des principaux tributaires de la Loire. La zone d’étude, située près de la ville de Clermont-Ferrand (France), joue par ailleurs un rôle socio-économique majeur, la nappe alluviale de l’Allier constituant la principale ressource en eau potable pour une population d’environ 100 000 habitants. D’un point de vue hydrodynamique, l'eau souterraine circule généralement du sud au nord, avec une alimentation naturelle à partir des coteaux adjacents, dans la partie non-pompée de l'aquifère. Dans la zone de pompage, cette circulation naturelle est modifiée par le pompage qui fait pénétrer l’eau de la rivière Allier dans l’aquifère. La recharge de l’aquifère dépend alors de quatre pôles de mélange : pluie, rivière Allier, coteaux adjacents et partie sud, non-pompée, de l’aquifère. Les résultats chimiques et isotopiques obtenus permettent de cartographier la contribution de chaque pôle de mélange. [...] Ces résultats mettent en évidence la vulnérabilité de l’aquifère face aux pollutions. Les parties méridionale et orientale du site sont affectées par des arrivées d’eaux de qualité médiocre démontrant l’importance de la définition d’un périmètre de protection adaptée. Près de l’Allier, une attention particulière doit être portée non seulement aux pollutions ponctuelles qui peuvent se produire sur le cours de la rivière, mais également aux pollutions chroniques liées notamment aux rejets des stations d’épuration pourvoyeurs de polluants tels les molécules pharmaceutiques. Toutes les informations acquises devront être incluses dans les stratégies de gestion d'eau souterraine afin protéger la durabilité de cette ressource de valeur. Les résultats s’appuient sur les investigations menées sur la nappe alluviale de l’Allier, néanmoins la méthodologie utilisée et sa transposition à des systèmes analogues est l’une des perspectives majeures de cette étude.

Nitrate, the end product of oxidation of atmospheric NOX (= NO + NO2), is one of the most abundant anions present in polar snow and ice. Its stable isotope ratios (δ18O, δ15N and Δ17O) have been widely used to constrain its sources and oxidation pathways. In addition, the nitrate archived in deep ice cores may be an important metric to constrain past climatic conditions. However, deposition of nitrate in polar regions with low snow accumulation is reversible due to post-depositional processes, and interpretation of this record is complicated. Currently, there exist deep ice core records of nitrate encompassing climatic information of millennial time scales, and their interpretation relies on careful quantification of post-depositional effects. We have experimentally studied the 17O-excess transfer from ozone during the gas phase NO2 + O3 → NO3 + O2 reaction, which is an important nighttime nitrate formation pathway. From this study, we have determined the ∆17O transfer function given by: ∆17O(O3*) = (1.23 ± 0.19) × ∆17O(O3)bulk + (9.02 ± 0.99). We have also evaluated the intramolecular oxygen isotope distribution of ozone and have observed the excess enrichment resides predominantly on the terminal oxygen atoms of ozone. The findings from this study will have an important implication for understanding nitrate formation pathways via different NOX oxidation mechanisms. The impact of photolysis on the amount and stable isotope enrichments of nitrate is investigated in this PhD study based on laboratory and field experiments. A laboratory study was conducted by irradiating a natural snow from Dome C with a Xe UV lamp and a selection of UV-filters (280 nm, 305 nm and 320 nm). Based on the oxygen and nitrogen isotope ratio measurements, wavelength dependent isotopic fractionations were determined. Accordingly, in the presence of high-energy UV light, isotopic fractionation is shifted towards less negative values and the reverse for lower energy UV photons. Based the isotopic fractionations obtained in the laboratory study, we derived an apparent ZPE-shift value, which better constrains the absorption cross-section of 15NO3-. This apparent shift is derived from the best fit between the experimental observations and calculated fractionations based on existing ZPE-shift model and it includes actual ZPE-shift and changes in width, asymmetry and amplitude in absorption cross-section during isotopic substitution. We have validated the newly derived apparent ZPE-shift by conducting a field study at Dome C, Antarctica. In this study, an experimental setup was built on-site and the effect of solar UV photolysis on snow nitrate was investigated. This study was based on a comparison of two snow pits filled with locally drifted snow and by allowing/blocking the solar UV. The 15N fractionation for the UV exposed samples (-67.9 ± 12 ‰) was in fairly good agreement with the ZPE-shift model estimate from this study (-55.4 ‰). These values are also within the range of apparent isotopic fractionation observed at Dome C in previous studies. Further calculations to better constrain the absorption cross-section of 15NO3- with the ZPE-shift are underway, and we propose that the newly derived apparent ZPE-shift value should be used in future studies. We believe that incorporating these new findings in models predicting the enrichments of 15N nitrate in ice cores will allow a quantitative interpretation of the information preserved in ice., Le nitrate, produit de la fin de chaîne de réaction des oxydes d’azotes de l’atmosphère (NOx = NO +NO2), est l’un des ions le plus abondant de la neige et de la glace polaire. Ses rapports isotopiques stables (δ18O, δ15N et Δ17O) ont été abondamment utilisés pour contraindre ses sources et les chemins réactionnels. De plus, le nitrate archivé dans les carottes de glace profondes peut apporter de nouvelles contraintes sur les conditions climatiques passées. Cependant, le dépôt de nitrate dans les régions polaires à faible accumulation est réversible en raison des processus post-dépôts, compliquant l’interprétation des enregistrements. Actuellement, il existe des enregistrements de nitrate issus de carottes de glace profonds couvrant de l’information climatique sur plusieurs milliers d’années dont leur interprétation dépend d’une quantification précise ces phénomènes post-dépôts.Nous avons étudié expérimentalement le transfert d’excès-17O de l’ozone durant la réaction en phase gaz de NO2 + O3  NO3 + O2, qui est une réaction importante de la chimie nocturne de formation du nitrate. De cette étude nous avons déterminé la fonction de transfert du 17O donnée par : ∆17O(O3*) = (1.23 ± 0.19) × ∆17O(O3)bulk + (9.02 ± 0.99). Nous avons aussi évalué la distribution intramoléculaire des isotopes de l’oxygène de l’ozone et observé que l’excès d’enrichissement résidait de manière prépondérante sur les atomes terminaux de l’ozone. Ces résultats auront une implication importante sur la compréhension de la formation du nitrate via les mécanismes d’oxydation des précurseurs NOx.L’impact de la photolyse sur les concentrations et les compositions isotopiques stables du nitrate est étudié dans ce travail de thèse sur la base d’étude de laboratoire et de terrain. Une étude de laboratoire a été conduite en irradiant de la neige naturelle de Dôme C avec une lampe UV à xénon et en utilisant différents filtres UV (280 nm, 305 nm et 320 nm). Sur la base des mesures des rapports isotopiques de l’oxygène et de l’azote, la dépendance aux longueurs d’onde des fractionnements isotopiques a été déterminée. En conséquence, en présence de lumière UV de haute énergie, le fractionnement isotopique est décalé vers des valeurs moins négatives et vice versa.Sur la base des fractionnements isotopiques obtenus en laboratoire, nous avons dérivé un décalage apparent de la valeur du zéro point d’énergie (ZPE) qui apporte une meilleure contrainte sur la section efficace d’absorption du 15NO3-. Ce décalage apparent est obtenu en minimisant les écarts entre les observations et les fractionnements isotopiques calculés basés sur un modèle de décalage ZPE, modèle qui inclut outre le décalage ZPE, le changement des largeurs, de l’asymétrie et de l’amplitude des sections efficaces d’absorption lors de la substitution isotopique. Nous avons validé le nouveau ZPE apparent en conduisant une étude de terrain à Dôme C, Antarctique. Dans cette étude, un dispositif expérimental a été construit sur le site et l’effet du rayonnement solaire UV sur la photolyse du nitrate de la neige investigué. Cette étude était basée sur la comparaison de deux puits remplis par de la neige soufflée homogénéisée dont l’un des deux puits n’était pas soumis aux rayonnements UV. Le fractionnement isotopique de 15N pour la neige exposée aux UV (-67.9 ± 12 ‰) est en bon accord avec le modèle de décalage ZPE estimé au cours de ce travail de thèse (-55.4 ‰). Ces valeurs sont aussi dans la gamme des fractionnements isotopiques apparents observée précédemment au Dôme C. Nous pensons que l’inclusion des ces nouvelles connaissances dans un modèle prédisant l’enrichissement du 15N dans les carottes de glace permettra une interprétation quantitative de l’information préservée dans la glace.

Hard-rock aquifers are one of the major challenges for the current hydrogeology. These fractured formations are intensively exploited for drinking water supply becoming an essential resource for many people. The metamorphic massif of Ursuya (France, 64) is one of this strategic aquifer. A multidisciplinary approach has led to understand the functioning of this system. The results help to progress in the knowledge of discontinuous media and they provide supports for a rational management of this resource.The input signal is characterized by both quantitative and qualitative methods. Monitoring of climate parameters is used to estimate the amount of aquifer recharge. Isotopic characterization of rainwater highlights the principal Atlantic origin of air masses which are responsible of precipitation on the north-western Basque Country. Some rainfall events are also due to atmospheric circulation over the Iberian Peninsula, the Northern Europe and the Mediterranean region. The chemical composition of rainwater, resulting from these origins, is characterized by a low acidity and sometimes by high concentrations of anthropogenic elements.The hydrochemistry of groundwater is studied in conjunction with residence time data. These are acquired by the interpretation of 3H, CFCs and SF6 concentrations. The chemical characteristics, the measured residence times (less than 10 years to over than 50 years) and the associated mixing processes allow the achievement of a conceptual model of groundwater flow. It points out the role of the weathering profile (from the surface to the depth : weathered layer, fractured rock and fresh bedrock) from the point of view of the mineralization as well as the flowpaths.A quantitative approach is finally proposed. Boreholes studies show highly heterogeneous hydrodynamic properties (10-4 m s-1 < K, Les aquifères fracturés sont un enjeu majeur de l’hydrogéologie actuelle. Ils constituent une ressource essentielle pour de nombreuses populations. Le massif de l’Ursuya (France, 64), en est une illustration. Constitué de formations métamorphiques fracturées, il est intensément exploité pour l’alimentation en eau potable. Une approche multidisciplinaire a permis la compréhension du fonctionnement de ce système. Les résultats obtenus constituent une avancée dans la connaissance des aquifères discontinus et offrent des pistes pour une gestion raisonnée de cette ressource.Le signal d’entrée est caractérisé dans sa composante quantitative et qualitative. Le suivi des paramètres climatiques permet d’estimer la lame d’eau participant à la recharge de l’aquifère. La caractérisation isotopique de l’eau précipitée met ensuite en évidence une origine majoritairement atlantique des masses d’air, responsables des précipitations sur le nord-ouest du Pays Basque. Des circulations atmosphériques sur la péninsule Ibérique, l’Europe du Nord et la région méditerranéenne sont cependant responsables de certains événements pluvieux. La composition chimique de l’eau de pluie, résultant de ces origines, est caractérisée par une faible acidité et par des concentrations en éléments anthropiques parfois élevées.L’hydrochimie des eaux souterraines est étudiée conjointement avec des données de temps de séjour acquises par l’interprétation des concentrations en 3H, CFC et SF6. Les caractéristiques physico-chimiques, les temps de séjours mesurés (moins de 10 ans à plus de 50 ans) et les phénomènes de mélanges associés permettent de proposer un modèle conceptuel des écoulements souterrains. Celui-ci met en exergue le rôle prépondérant du profil d’altération développé dans les milieux cristallins (de la surface vers la profondeur : altérites, roche fissurée et roche saine), du point de vue de la minéralisation de l’eau comme de celui des modalités d’écoulement.Une approche quantitative est finalement proposée. Du point de vue hydrodynamique, l’hétérogénéité spatiale est importante (10–4 m s–1 < K < 10–8 m s–1). Les altérites offrent une capacité de stockage et de régulation de la recharge. Un modèle numérique synthétise et valide ces résultats. Les simulations montrent de fortes interactions entre les réseaux d’écoulements superficiel et souterrain et de faibles impacts de l’exploitation actuelle sur les flux d’eau souterraine. Les évolutions climatiques ne modifieront pas significativement les écoulements durant les prochaines décennies. Une diminution des débits des sources et des cours d’eau est toutefois probable. Ce modèle numérique et l’ensemble des résultats obtenus serviront de base pour une gestion raisonnée de la ressource en eau de l’aquifère de l’Ursuya.

Tsavorite, a (V, Cr, Mn)-bearing green grossular, is hosted by graphitic gneisses or calc-silicates, often asssociated with dolomitic marbles, and belonging to the Metamorphic Neoproterozoic Mozambique Belt. Tsavorite is found either as nodules or in quartz veins (primary deposits), or in placers (secondary deposits). The mineralogical study of tsavorites suggests a new protocol to certificate their geographical origin, based on the V/Cr ratio, Mn content and delta18O. The study of the Lemshuku and Namalulu deposits in Tanzania has shown that the metamorphism of organic matter-rich and evaporites-rich sedimentary protoliths occurred at P = 7.0 ± 0.4 kbar and T = 677 ± 14°C, at 634 ± 22 Ma (U-Th-Pb dating on monazite). The metamorphic series cooled down at around 500 Ma (40Ar-39Ar dating on muscovite). Two metasomatic stages are linked to the formation of tsavorite : (i) diffusion metasomatism forming nodules at P = 5.0-7.4 kbar and T = 580-691°C; (ii) calcitic infiltration metasomatism forming quartz veins at P = 3.6-4.9 kbar and T = 505-587°C. These last have been dated in situ with Sm-Nd dating at 606 ± 36 Ma. Continental evaporites, deposited in a coastal marine sabkha with (Si, Ca)-bearing sediments, transformed into tsavorite in the case of the nodules, while the molten salts are associated with the formation of the quartz veins. The mineralisations are controlled by lithostratigraphy and structure, La tsavorite, grossulaire vert à V-Cr-Mn, est contenue dans des gneiss et roches calco-silicatées graphiteux, souvent associés à des marbres dolomitiques, et appartenant à la ceinture métamorphique néoprotérozoïque mozambicaine. La tsavorite se trouve soit dans des nodules ou des veines de quartz (gisements primaires), soit dans des placers (gisements secondaires). L'étude minéralogique des tsavorites propose un nouveau protocole de certification de leur origine géographique, à partir du rapport V/Cr, de la teneur en Mn et du [delta]18 O. L'étude des gisements de Lemshuku et Namalulu en Tanzanie montre que le métamorphisme des protolithes sédimentaires riches en matière organique et évaporites s'est effectué à P = 7,0 ± 0,4 kbar et T = 677 ± 14°C, à 634 ± 22 Ma (datation U-Th-Pb sur monazite). Le bâti métamorphique s'est refroidi vers 500 Ma (datation 40Ar-39Ar sur muscovite). Deux stades de métasomatose sont reliés à la formation de la tsavorite : (i) une métasomatose de diffusion formant les nodules à P = 5,0-7,4 kbar et T = 580-691°C; (ii) une métasomatose calcique d'infiltration contemporaine de la formation des veines de quartz à P = 3,6-4,9 kbar et T = 505-587°C. Ces dernières sont datées in situ par la méthode Sm-Nd à 606 ± 36 Ma. Les évaporites continentales, déposées dans une sabkha de côte marine avec des sédiments silico-calcaires, sont transformées en tsavorite dans le cas des nodules, alors que les sels fondus sont associés à la formation des veines de quartz. Les minéralisations sont contrôlées par la lithostratigraphie et la tectonique

Fluid flows through the crust result in the mobilization of elements that can, in turn, generate metal concentrations and the formation of ore bodies. The circulations of such fluids are mainly localized in zones affected by localized deformation, where they modify the chemical composition of the host lithologies. In the Archean Murchison Greenstone Belt (Kaapvaal Craton, South Africa), the Antimony Line is a brittle-ductile structure affected by the circulation of Sb-Au mineralizing fluids. In order to characterize the ore-forming processes, we combined a petro-geochemical study, that focused on stable isotopes and fluid inclusions in particular, with a multi-method dating (U-Th-Pb, Pb-Pb and Ar-Ar) of the ore bodies and their host rocks in and around the Antimony Line. Furthermore, our structural study emphasizes the distributed character of the belt deformation. The Murchison Greenstone Belt experienced a major episode of arc collision and related magmatism at ca 2.97 Ga, contemporaneous with an Au(±Sb) mineralization that may be responsible for a pre-enrichment in Sb. The main Sb mineralization event must be related to the circulation of a metamorphic, H2O-CO2-dominated fluid at 2-3 kbar and 350-450°C. The albitization of the granitoids intrusive into the Antimony Line is dated at 2.8 Ga and is genetically linked to this fluid flow, which took place during the late tectono-metamorphic history of the belt contemporaneously with the emplacement of leucogranites along the southern border of the belt. Therefore, this study further demonstrates that coupling petro-geochemistry and geochronology is a powerful tool in order to study and characterize a given metallogenic system., Les circulations de fluides dans la croûte sont les vecteurs de mobilités élémentaires dont une des conséquences est la concentration de métaux et la genèse de gisements. Ces fluides circulent dans les zones de déformation où ils modifient la composition des roches encaissantes. Dans la ceinture archéenne de roches vertes de Murchison (Afrique du Sud), l'Antimony Line est une zone déformée qui a été le siège de circulations de fluides minéralisateurs en Sb-Au. Pour caractériser les processus minéralisateurs, des données pétro-géochimiques, en particulier en isotopes stables et inclusions fluides, ont été associées à la datation multi-méthode (U-Th-Pb, Pb-Pb et Ar-Ar) des corps minéralisés et de leur encaissant au cœur et autour de l'Antimony Line. L'étude structurale de la région souligne le caractère distribué de la déformation. La ceinture a ainsi subi une phase majeure de collision d'arc, associée à un magmatisme important vers 2.97 Ga, contemporain d'une minéralisation en Au (±Sb) qui pourrait être responsable d'une phase de pré-enrichissement en Sb. La minéralisation principale en Sb est la conséquence de la circulation d'un fluide métamorphique à H2O-CO2, à 2-3 kbar et 350-450°C. L'albitisation de granitoïdes intrusifs dans l'Antimony Line, datée à 2.8 Ga, est génétiquement liée à cette circulation, laquelle s'inscrit donc dans l'histoire tectono-métamorphique tardive de la ceinture et est contemporaine de la mise en place de leucogranites sur la bordure sud. Ces résultats illustrent la pertinence du couplage pétro-géochimie/géochronologie pour la compréhension globale d'un système métallogénique.

In the eastern Paris Basin, the succession of sedimentary rocks with variable hydro-thermo-mechanical properties leads to a compartmentalization of the system. Three aquifer units - the Middle and Upper Jurassic limestones and the Lower Triassic sandstones - are apart from each other by very low-permeable evaporites and clay-rich successions, among which the Callovian-Oxfordian claystones currently investigated by the French national radioactive waste management agency (Andra). This PhD thesis deals with the thermal history reconstruction and the fluid-rock interactions in the Mesozoic series through a multidisciplinary approach. In the first part of the manuscript, the P-T evolution of the Mesozoic series is documented based on thermal indicators (vitrinite reflectance, biomarker isomerization, fluid inclusions) and numerical modeling. In the second part, major and trace element concentrations (including REE) and isotopic compositions (d18O, d13C and 87Sr/86Sr) of authigenic minerals and fluid inclusions were used to estimate the origin of paleo-fluids and their evolution through water-rock interactions. In the Lower Triassic sandstones, K-Ar dating of authigenic illite documents two periods of crystallization at 179.4 ± 0.8 Ma and 149.4 ± 0.3 Ma, A l'Est du Bassin de Paris, la superposition de roches sédimentaires aux propriétés hydrauliques, thermiques et mécaniques contrastées forme un système géologique compartimenté. Les séries aquifères du Jurassique moyen et supérieur et du Trias (faciès Buntsandstein) sont séparées par des niveaux aquitards constitués d'évaporites et d'argiles, parmi lesquelles la succession callovo-oxfordienne épaisse de 150 m, sélectionnée par l'agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra). Retracer l'histoire thermique des séries sédimentaires mésozoïques et lier cette histoire aux processus d'interactions fluides-roches ayant modifié les propriétés pétrophysiques des formations perméables constitue la problématique centrale de ce travail de thèse. Ce mémoire présente, dans une première partie, une synthèse de l'évolution thermique des séries mésozoïques, s'appuyant sur des données géothermométriques (réflectance de la vitrinite, isomérisation des biomarqueurs moléculaires, inclusions fluides) et sur la modélisation numérique du bassin. Dans une seconde partie, les propriétés physico-chimiques des paléo-fluides ayant percolé dans les aquifères carbonatés du Jurassique moyen et supérieur sont recherchées à l'aide des teneurs en éléments traces et de la composition isotopique (d18O, d13C, 87Sr/86Sr) des phases minérales authigènes, couplée aux mesures de chlorinité et des rapports D/H des eaux piégées en inclusions fluides. Dans les grès du Trias, les datations K-Ar de fractions granulométriques riches en illite documentent deux périodes de cristallisation à 179.4 ± 0.8 Ma et 149.4 ± 0.3 Ma, respectivement durant le Lias et à la période fini-Jurassique / début Crétacé

The molassic basin of Bas-Dauphiné is located in south-eastern France, in the Rhône valley. With an averagethickness of about 400 m, and a surface area of about 2900 km², this aquifer is an important groundwaterresource for freshwater supply and agriculture. However, this resource is also vulnerable and is impacted byhuman activities. The use of geochemical and isotopic analyses made it possible to understand the hydrodynamicsurvey of the aquifer. Firstly, we showed the stratification of the groundwater previously described in thesouthern part of the molassic aquifer could be extended to the north. The groundwater flow velocity is about onemeter / year for the deepest flow and around 100-200 meter /year for the shallowest flow. Secondly, superficialaquifers and rivers are marked by low tritium activities (3 to 4 UT) and high magnesium concentrations (until 18mg/L), which indicate ancient molassic water contribution. The definition of two water types and the applicationof a mixing equation combined with hydrogeological balances lead to an estimation of the contribution of thedeep aquifer to the shallow aquifer. It is finally established that surface water (aquifers and rivers) constitute themain outlet of the molassic aquifer. The use of trace elements shows the importance of the groundwaterresidence time and of redox conditions in the water mineralization. The assessment of baseline quality shows theimpact of agricultural activities upon the aquifer, with nearly 80 % of samples showing higher nitrateconcentration than the maximal natural concentration. This is confirmed by the study of pesticidesconcentrations. Furthermore, the evolution of pollutants concentrations points out a deterioration of the resource., L’aquifère molassique du Bas-Dauphiné est situé le long de la vallée du Rhône, dans le Sud-Est de la France. Cet aquifère d’une superficie proche de3000 km², et d’une épaisseur moyenne de 400m renferme une eau d’excellente qualité, utilisée par de nombreuses collectivités pour l’alimentation en eau potable. Cependant certains secteurs montrent une forte vulnérabilité de la nappe aux activités agricoles. L’utilisation d’outils géochimiques etisotopiques a permis de préciser le fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère. Dans un premier temps, nous avons montré que la stratification des écoulements décrite par De La Vaissière (2006) sur la partie drômoise de l’aquifère s’étend au secteur isérois. Les eaux les plus profondes ont des vitesses de circulation de l’ordre du mètre par an alors que les flux superficiels ont des vitesses de circulations d’une centaine de mètres par an. D’autre part, le marquage des nappes superficielles et des rivières par des teneurs faibles en tritium (de 3 à 4 UT) et forte en magnésium (jusqu’à 18 mg/L)indique un apport d’eaux anciennes, issues de l’aquifère molassique vers ces eaux superficielles. La définition de deux pôles d’eaux et l’application d’une équation de mélange couplés à la réalisation de bilans hydrogéologique a permis d’appréhender les volumes échangés. Il apparaît finalement que les réservoirs d’eaux superficiels constituent l’exutoire principal de l’aquifère molassique. L’utilisation des éléments traces a mis en avant le rôleessentiel du temps de séjour des eaux dans l’aquifère ainsi que des conditions d’oxydo-réduction dans l’acquisition de la minéralisation. L’évaluation de la qualité naturelle des eaux de la nappe a montré l’impact des activités agricoles sur l’aquifère, avec prés de 80% des échantillons ayant une teneur en nitrates supérieure à la concentration naturelle supposée. L’étude des teneurs en pesticides conforte ce constat. De plus l’étude de l’évolution des concentrations en polluants montre une dégradation de la ressource.

During the Archean (4 to 2.5 Ga ago), the Earth experienced the biggest changes in terms of geological and biological settings – continental growth, transition from sagduction towards purely horizontal plate tectonics, emergence of life, … The purpose of the present study is to better understand the archean earth environment by measuring the isotopic composition of transition metals – Zn, Fe – of archean rocks. Most of the samples belong to the Isua supracrustal belt, in Greenland, dated 3.8 Ga. The chemical extraction protocol of Fe, Cu, Zn was adapted to our Fe-rich samples and isotopic analyses were conducted by multicollection inductively coupled plasma mass spectrometry. The serpentinization of the oceanic crust produces fuels for life (CH 4 , H 2 ) and mackinawite, which catalyses formation of complex organic compounds. Serpentinization may thus provide a suitable environment for the emergence of the first biomolecules. We analysed the oldest known serpentinites from Isua (3.81-3.70 Ga) to comprehend the archean serpentinization process. The isotopic compositions of zinc reported in this samples and in modern serpentinites attest to a strong similarity between Isua and the Mariana serpentinite mud volcanoes. We identified Isua as an oceanic forearc environment permeated by high-pH (9-12) hydrothermal solutions at medium temperature (100-300°C). We show that such an environment could have fostered the emergence of early life. We also analyzed several banded iron formations (BIF), which are sediments limited to the Archean and Proterozoic. The temporal evolution of these samples' isotopic composition shows a close relationship with the continental freeboard. Our results support the continental emersion starting 2.9 Ga ago. Besides, we identified the life colonization of continents at 2.6 Ga together with pedogenesis of archean soils with an organic horizon., L’Archéen, de 4 à 2,5 Ga, est la période qui a connu les plus grands bouleversements géologiques et biologiques de l’histoire de la Terre : formation des continents, transition d’une tectonique à composante verticale vers une tectonique des plaques horizontale, apparition de la vie, … Le but de cette thèse est d’étudier les conditions environnementales de la Terre à l’Archéen, par l’analyse des compositions isotopiques de métaux de transition (Fe, Zn) de roches provenant principalement de la province d’Isua au Groenland (3,8 Ga). Après avoir adapté le protocole de séparation du Fe, Cu, Zn à des échantillons riches en Fe, nous avons acquis les données par spectrométrie de masse à source plasma et à multicollection MC-ICPMS. Nous nous sommes d’abord intéressés au processus de serpentinisation de la croûte océanique, réaction produisant à la fois des nutriments pour la vie (CH 4 , H 2 ) et des minéraux catalyseurs (mackinawite) de la formation abiotique d’acides aminés, molécules du vivant. L’affleurement d’Isua comporte une unité ophiolitique présentant les serpentinites les plus anciennes (3.81-3.70 Ga) : leur analyse permet d’appréhender la réaction de serpentinisation à l’Archéen. Les résultats obtenus pour la composition isotopique du zinc dans ces roches et dans des serpentinites modernes ont permis d’établir une correspondance entre le processus de serpentinisation à Isua et la mise en place de volcans de boues de serpentinites à l’aplomb de la fosse des Mariannes. Nous avons ainsi pu identifier Isua comme une zone d’arrière-arc de subduction océanique, lieu d’une serpentinisation produisant des fluides de température variable (100-300°C) et de pH alcalin (9-12). Nous montrons que cette configuration atypique réunissant serpentinisation, fluides alcalins et édifices volcaniques est favorable à l’émergence du vivant. Nous avons ensuite analysé de nombreux échantillons de formations de fer rubané (BIFs), sédiments propres à l’Archéen et au début du Protérozoïque. L’évolution de la composition isotopique du zinc de ces échantillons au cours du temps a permis d’établir une chronologie de l'émersion des continents.Nos résultats sont en faveur d’une émersion débutant il y a 2,9 Ga. Enfin, nos données nous informent sur la colonisation des continents émergés par la vie à 2,6 Ga et sur la pédogenèse de sols archéens comportant un horizon organique.

Nitrate ions (NO3-) found in Antarctic snows stem from the degradation of nitrogen oxydes (NOx = NO + NO2) in the atmosphere. At sites with low snow accumulation rates such as Vostok or Dome C (East Antarctic plateau), nitrate deposition to the snow is not irreversible and this strongly hampers the interpretation of nitrate concentration records in ice cores. Nitrogen stable isotopic (δ15N) as high as +339‰ were measured in nitrate in the upper firn at Dome C and have been attributed to nitrate photolysis initiating a strong recycling at the snow surface. The oxygen isotopic anomaly (Δ17O) reflects the activity of ozone (O3) in nitrate formation. We present the first comprehensive isotopic analysis of nitrate (δ15N, Δ17O and δ18O) in a deep ice core. 64 samples of nitrate from the Vostok ice core have been analyzed and cover the last 150 000 years. This dataset has been completed with 313 samples recently collected in the atmosphere/surface hoar/snow continuum at Dome C as well as in several snowpits from various sites covering most of the East Antarctica. Those present-day samples are used to evaluate a conceptual model (named TRANSITS) developped during this PhD and which aims at representing nitrate recycling at the snow/atmosphere interface and at modelling its impact on the isotopic composition of the archived nitrate. High positive δ15N values measured in the Vostok ice core reveal that nitrate recycling has always occurred at the surface of the Antarctic plateau over this period. Past variations of the primary flux of nitrate to the Vostok site have been estimated using the TRANSITS model. They show that glacials are characterized by higher inputs which may be linked to a greater stratospheric denitrification. The Δ17O values indicate that intrusions of stratospheric air masses to the troposphere may have been more frequent in glacials thus incorporating significant amounts of stratospheric ozone to the lower atmosphere. Last, we suggest that this study may have some relevance to the coastal nitrogen budget in Antarctica and to the interpretation of ice cores retrieved from high accumulation sites (e.g. in Greenland)., L'ion nitrate (NO3-) présent dans les neiges Antarctiques est issus de l'oxydation des oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) dans l'atmosphère. Aux sites de faible accumulation de neige tels que Vostok et Dôme C sur le plateau de l'Est de l'Antarctique, le nitrate n'est pas piégé de manière ultime dans la neige, ce qui limite fortement l'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace. Des mesures récentes de la composition isotopique en azote du nitrate (δ15N) montrent des valeurs extrêmement élevées (+339‰) dans les premiers décimètres de la neige de Dôme C. Ces valeurs ont été attribuées à la photolyse du nitrate et au recyclage important qui en résulte. Le nitrate possède, par ailleurs, une anomalie isotopique en oxygène (Δ17O) qui permet de tracer l'activité de l'ozone (O3) au cours de sa formation. Ce travail de thèse présente le premier enregistrement de la composition isotopique complète du nitrate (δ15N, Δ17O et δ18O) dans une carotte de glace : la carotte de glace de Vostok dont les 64 échantillons analysés couvrent une période de 150 000 ans. Ce jeu de données a été complété par 313 échantillons collectés entre 2007 et 2010 dans le continuum atmosphère/givre/neige au Dôme C ainsi que dans 21 puits de neige prélevés dans une zone couvrant l'essentiel de l'Est de l'Antarctique. L'analyse isotopique de ces échantillons modernes a permis de contraindre le modèle conceptuel TRANSITS développé au cours de cette thèse et dont le but est de représenter le recyclage du nitrate à l'interface entre l'atmosphère et la neige ainsi que son impact sur la composition isotopique du nitrate archivé. Les valeurs positives et élevées du δ15N du nitrate piégé dans la carotte de glace de Vostok montrent que le recyclage du nitrate a toujours eu lieu sur le plateau Antarctique au cours de la période étudiée. Les variations du flux primaire de nitrate reçu au site de Vostok estimées à l'aide du modèle TRANSITS montrent, en périodes glaciaires, un flux primaire plus important qui pourrait être lié à une dénitrification stratosphérique plus conséquente. Les valeurs de Δ17O du nitrate montrent que l'incursion d'ozone d'origine stratosphérique dans la troposphère était plus fréquente en périodes glaciaires. Nous proposons enfin que les résultats acquis dans le cadre de cette thèse pourraient permettre de mieux contraindre le cycle de l'azote sur la côte Antarctique et d'apporter des éléments d'interprétation des enregistrements en nitrate dans les carottes de glace de sites de plus forte accumulation de neige (au Groenland par exemple).

The molassic basin of Bas-Dauphiné is located in south-eastern France, in the Rhône valley. With an averagethickness of about 400 m, and a surface area of about 2900 km², this aquifer is an important groundwaterresource for freshwater supply and agriculture. However, this resource is also vulnerable and is impacted byhuman activities. The use of geochemical and isotopic analyses made it possible to understand the hydrodynamicsurvey of the aquifer. Firstly, we showed the stratification of the groundwater previously described in thesouthern part of the molassic aquifer could be extended to the north. The groundwater flow velocity is about onemeter / year for the deepest flow and around 100-200 meter /year for the shallowest flow. Secondly, superficialaquifers and rivers are marked by low tritium activities (3 to 4 UT) and high magnesium concentrations (until 18mg/L), which indicate ancient molassic water contribution. The definition of two water types and the applicationof a mixing equation combined with hydrogeological balances lead to an estimation of the contribution of thedeep aquifer to the shallow aquifer. It is finally established that surface water (aquifers and rivers) constitute themain outlet of the molassic aquifer. The use of trace elements shows the importance of the groundwaterresidence time and of redox conditions in the water mineralization. The assessment of baseline quality shows theimpact of agricultural activities upon the aquifer, with nearly 80 % of samples showing higher nitrateconcentration than the maximal natural concentration. This is confirmed by the study of pesticidesconcentrations. Furthermore, the evolution of pollutants concentrations points out a deterioration of the resource., L’aquifère molassique du Bas-Dauphiné est situé le long de la vallée du Rhône, dans le Sud-Est de la France. Cet aquifère d’une superficie proche de3000 km², et d’une épaisseur moyenne de 400m renferme une eau d’excellente qualité, utilisée par de nombreuses collectivités pour l’alimentation en eau potable. Cependant certains secteurs montrent une forte vulnérabilité de la nappe aux activités agricoles. L’utilisation d’outils géochimiques etisotopiques a permis de préciser le fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère. Dans un premier temps, nous avons montré que la stratification des écoulements décrite par De La Vaissière (2006) sur la partie drômoise de l’aquifère s’étend au secteur isérois. Les eaux les plus profondes ont des vitesses de circulation de l’ordre du mètre par an alors que les flux superficiels ont des vitesses de circulations d’une centaine de mètres par an. D’autre part, le marquage des nappes superficielles et des rivières par des teneurs faibles en tritium (de 3 à 4 UT) et forte en magnésium (jusqu’à 18 mg/L)indique un apport d’eaux anciennes, issues de l’aquifère molassique vers ces eaux superficielles. La définition de deux pôles d’eaux et l’application d’une équation de mélange couplés à la réalisation de bilans hydrogéologique a permis d’appréhender les volumes échangés. Il apparaît finalement que les réservoirs d’eaux superficiels constituent l’exutoire principal de l’aquifère molassique. L’utilisation des éléments traces a mis en avant le rôleessentiel du temps de séjour des eaux dans l’aquifère ainsi que des conditions d’oxydo-réduction dans l’acquisition de la minéralisation. L’évaluation de la qualité naturelle des eaux de la nappe a montré l’impact des activités agricoles sur l’aquifère, avec prés de 80% des échantillons ayant une teneur en nitrates supérieure à la concentration naturelle supposée. L’étude des teneurs en pesticides conforte ce constat. De plus l’étude de l’évolution des concentrations en polluants montre une dégradation de la ressource.

The present work is based on the measurement of carbon dioxide (CO2) and its stable isotopic ratio δ13CO2 in air bubbles trapped in polar ice (EPICA core, Dome C, in Antartica, EDC). We focus on rapid transitions from glacial to interglacial periods. δ13CO2 allows the partitioning of the origin of CO2 between oceanic and terrestrial sources. This study documents with high temporal resolution the evolution of CO2 and δ13CO2 during the two last deglaciations. The last deglaciation is characterized by an increase of 80 ppmv CO2, coeval with a decrease of 0.6 ‰ in δ13CO2. Larger amplitudes were observed during the penultimate deglaciation (+110 ppmv CO2 with a 0.9 ‰ decrease in δ13CO2).The measurements, interpreted with two carbon cycle models (BOXKIT and BICYCLE) are consistent with the following scenario. First, a Southern Hemisphere warming triggers an increase in atmospheric CO2. This provokes a biological and physical reorganization of the Southern Ocean which reduces δ13CO2. Last, this reorganization propagates to the north with a delayed impact of terrestrial biosphere during the Bølling/Allerød (B/A).These results obtained for the first time from the EDC core allowed to propose a scenario on the causes of deglaciations. A series of tests, based on ice of different properties, provided a validation of our extraction method., Ce travail de thèse est basé sur la mesure du dioxyde de carbone, CO2, et de son isotopologue stable δ13CO2 dans les bulles d'air emprisonnées dans la glace polaire (carotte EPICA Dome C en Antarctique, EDC). On s'intéresse aux transitions rapides entre périodes glaciaires et interglaciaires. Le δ13CO2 permet de départager l'origine du CO2 entre les sources océaniques ou terrestres.Cette étude documente à haute résolution temporelle l'évolution du CO2 et du δ13CO2 pendant les deux dernières déglaciations. La dernière déglaciation est caractérisée par une augmentation en CO2 de 80 ppmv, accompagnée par une diminution en δ13CO2 de 0.6 ‰. Des amplitudes plus importantes sont observées durant la pénultième déglaciation (+110 ppmv CO2, accompagnés pas une diminution en δ13CO2 de 0.9 ‰). Les mesures, interprétées avec deux modèles du cycle du carbone (BOXKIT et BICYCLE) sont cohérentes avec le scénario suivant. Dans un premier temps, un réchauffement de l'hémisphère sud initie une augmentation du CO2 atmosphérique. Ceci entraîne une réorganisation biologique et physique de l'océan austral qui diminue le δ13CO2. Enfin, cette réorganisation se propage vers le nord avec un impact retardé de la biosphère continentale, pendant le Bølling/Allerød (B/A).Ces résultats obtenus pour la première fois dans la carotte EDC, ont permis de proposer un scénario sur les causes des déglaciations. Une série de tests, basée sur des glaces de différentes propriétés a fourni une validation de notre méthode d'extraction.

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, 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

This works characterizes the mechanisms at which occurs the transition between CH4- and H2O- dominated fluid zone in the anchi-metamorphic rocks of the External part of Central Alps, Switzerland. Fluid inclusion trapped in fibre quartz during crack-and-seal mechanism record increasing metamorphic conditions during Alpine orogene. The end of the CH4-zone is characterized by a marked increase of CO2 at 270 +-5°C. The decrease of CH4 and CO2 in the H2O-zone is contemporaneous with presence of calcite, totally filling Alpine fissures. Isotopic fractionation (delta13C) between methane and calcite is in agreement with homogenisation temperatures of fluid inclusion. deltaD(H2O) and delta13C(CO2) values of fluid inclusions at the end of the CH4-zone characterise methane oxidation. In agreement with Mössbauer spectroscopy and EELS analyses, neoformation of chlorite and muscovite from detrital biotite is considered as the Fe-reduction driving force of the oxidation of fluid., Ce travail caractérise les mécanismes auxquels se déroule la transition entre les zones à CH4 et à H2O dans les séries anchi-métamorphiques de la partie Externe des Alpes Centrales, Suisse. Les inclusions fluides piégées dans des quartz fibreux enregistrent l'augmentation des conditions métamorphiques au sein de la roche durant l'orogène Alpin. La fin de la zone à CH4 montre une augmentation de la teneur en CO2 à 270 +- 5°C. La diminution de CH4 et CO2 dans la zone à H2O coïncide avec la présence de calcite remplissant les fentes Alpines. Le fractionnement isotopique (delta13C) entre le méthane et la calcite est en accord avec les températures d'homogénéisation des inclusions fluides. deltaD(H2O) et delta13C(CO2) des inclusions fluides à la fin de la zone à CH4 caractérisent l'oxydation du méthane. En accord avec les analyses par spectroscopie Mössbauer et EELS, la néoformation de chlorite et muscovite à partir de biotite détritique est considérée comme le moteur de la réaction d'oxydation du CH4.

Unavailable, Cette étude s'est intéressée à la recherche de nouveaux traceurs isotopiques (Fe, Cu, Se, Sb) des processus hydrothermaux océaniques (Site Lucky Strike, dorsale médio-Atlantique) et de l'altération des basaltes océaniques (Site ODP 801, Pacifique Ouest). L'objectif majeur a été d'explorer la possibilité d'utiliser ces systèmes isotopiques pour appréhender à la fois les processus chimiques et les processus biologiques dans ces environnements. Ce travail a nécessité la mise au point des protocoles analytiques des mesures isotopiques par ICP-MS multicollecteur Isoprobe. L'étude de la composition isotopique du Se dans les sulfures hydrothermaux océaniques montre des variations jusqu'à 8[pour mille], et avec l'analyse couplée des isotopes du S, permet d'apporter des informations importantes sur les processus biologiques et chimiques des environnements de subsurface. Les isotopes du Fe des sulfures hydrothermaux varient de plus de 4[pour mille], et sont influencés par les processus de précipitation de sulfures en profondeur. En revanche, les isotopes du Cu fractionnement préférentiellement pendant l'altération des sulfures de Cu dans les environnements des cheminées. , Les compositions isotopiques du S des sulfures secondaires dans la croûte océanique altérée variant entre 0 et -40[pour mille] sont en accord avec des fractionnements bactériens associés à la biosphère profonde. L'étude couplée avec les isotopes du Se apporte des contraintes supplémentaires sur les modèles de fractionnement des isotopes du S. Les valeurs isotopiques du Fe dans la croûte océanique varient de plus de 4[pour mille] et sont expliquées par (1) le lessivage préférentiel du 54Fe lors de l'altération et (2) l'oxydation partielle du Fe2+ et la précipitation d'hydroxydes de Fe dans les veines des basaltes, enrichis en 57Fe. La distinction entre des processus biologiques et abiotiques grâce aux isotopes du S, Se, Fe et Cu est donc possible mais des expériences en laboratoire des fractionnements isotopiques de ces éléments sont maintenant requises.

The study of minerals sealing the discontinuities and the cavities by past to recent fluid circulations is the only method to assess the paleo -hydrological and -hydrogeochemical behavior of both sedimentary or granitic systems. Petrographic, mineralogic, isotopic and geochemical tools provide the opportunity to identify the source and the nature of sealing-forming waters and to precise the physical and chemical mechanisms occurring during fluid circulations. This study is focused on 3 sites selected in the framework of a survey managed by ANDRA for the feasibility of an underground laboratory (plutonites of Vienne, Cretaceous siltites of Marcoule, argillites in the Eastern part of the Paris basin). Our methodology, based on the combined use of C-O isotopic tracers, petrographic, mineralogical and thermal (fluid inclusion, organic matter, clay typology) studies, is a promising powerful tool to assess the paleo-hydrogeologic behavior in geological systems., L'étude des colmatages minéraux déposés dans les discontinuités lors des circulations de fluides, anciennes à récentes, est l'unique moyen de reconstituer les comportements paléo-hydrologique et -hydrogéochimique des milieux granitiques ou sédimentaires. Le couplage d'outils pétrographiques, minéralogiques, isotopiques et géochimiques a permis de déterminer la source et la nature des fluides, et les processus physico-chimiques à l'origine des colmatages. 3 contextes distincts ont été ciblés dans le cadre des recherches menées par l'ANDRA pour l'implantation d'un laboratoire souterrain (le granite de la Vienne, les siltites du Gard et les argilites de l'Est du bassin de Paris). Ce travail a montré que le traçage isotopique en C et O des minéraux de discontinuités, couplé aux études pétrographiques, minéralogiques, et thermiques obtenues sur les inclusions fluides, sur les matières organiques et sur les argiles, constitue un outil puissant pour reconstituer les conditions paléo-hydrogéologiques, quel que soit le contexte.

Not available, L'étude des compositions isotopiques (H-O) des fluides impliqués dans les systèmes hydrothermaux de Walmès (Maroc Central) montre que trois types de fluides d'origines différentes ont circulé dans le bâti granitique, le réseau filonien et les roches métamorphiques. Le premier fluide est représenté par la déshydratation des métapelites et correspond à la transformation minéralogique de la chlorite en biotite et à une libération d'eau sous des conditions de pression et de température moyennes. Le second fluide qualifie de magmato-métamorphique est associé soit à une deuxième déshydratation des métapelites par déstabilisation de la muscovite soit au dégazage du magma. Ces fluides seraient responsables de la tourmalinisation intense des métapelites sous des conditions de températures supérieures à la première déshydratation. Le troisième fluide qui a pu être mis en évidence dans le réseau filonien est typiquement d'origine météorique. Six épisodes de circulations fluides ont été reconnus, dont trois sont responsables du dépôt des minéralisations d'étain et de tungstène de Walmès. Chaque évènement hydrothermal minéralisateur correspond à un mélange de fluides d'origines métamorphique et météorique favorisé par des variations de la pression des fluides. Les caractéristiques physico-chimiques du mélange de ces deux fluides sont propices à la précipitation de la cassitérite et/ou de la wolframite

Not available, Ce mémoire présente quelques exemples d'application de la géochimie des isotopes stables à l'étude des bassins sédimentaires : 1) la composition chimique et isotopique (H, O, Sr) des eaux de formation du delta de la Mahakam (Indonésie) et la composition isotopique des minéraux carbonatées (C, O) de l'un des champs étudiés (Handil) sont interprétés comme le résultat d'une importante contribution d'eaux météoriques avec un très faible taux de mélange avec l'eau de mer. Ces eaux peuvent s'être mises en place à des âges différents ou à partir de zones de recharge différentes. Leur présence jusqu'a 3000 m de profondeur implique un important lessivage des hydrocarbures ; 2) un protocole expérimental a été élaboré pour mesurer la composition isotopique de l'hydrogène et du carbone des sédiments argileux riches en matière organique et de déterminer par bilan de masse, la composition isotopique de la matière organique associée ; 3) une nouvelle équation de fractionnement de l'hydrogène entre la montmorillonite de l'eau est proposée. La droite des kaolinites de Savin et Epstein (1970) est reconsidérée comme la droite des kaolinites et montmorillonites continentales (KML1). Une nouvelle droite (KML2) est proposée pour tenir compte de la variation de la composition isotopique des eaux météoriques en fonction des températures moyennes annuelles de l'air; 4) une trentaine de mesures isotopiques de l'oxygène, faites sur des roches totales argileuses donnent une variation entre 15 et 20 %. Les carbonates associés sont marins ou dia génétiques et ne montrent pas d'évidence pour un échange isotopique de l'oxygène avec les minéraux silicates. Une approche combinée minéralogique et isotopique est proposée pour déterminer si les sources d'apport détritique des formations argileuses sont les mêmes pour une séquence donnée et pour mesurer le degré d'échange isotopique entre le quartz et les minéraux argileux