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Atmospheric deposition provides many nutrients to tropical rain-forests and thus contributes to soil preservation. Its importance is particular in the Caribbean area with high rainfall rate. This work carrried out a continuous temporal study of three and a half years on the deposit flux in Guadeloupe of 45 elements (Al, As, Ba, Be, Ca, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Rb, S, Sc, Sb, Se, Sr, Ti, Tl, U, V, Zn and REEs) and one year on their concentration in air. Detailed isotopic analysis of strontium (87Sr/86Sr), neodymium (143Nd/144Nd) and lead (206Pb, 207Pb, 208Pb) was performed on all samples where possible. The compositional analysis using the methods developed by Aitchison and his collaborators was of great help in the interpretation of the results. We have been able to show that the two main sources of at- mospheric deposition in Guadeloupe are trans-Atlantic Saharan dust for elements considered to be crustal such as iron, aluminium, manganese, REEs, and sea salts for the other elements such as magnesium, sodium, sulfur, and part of molybdenum, potassium and zinc. We note a very strong seasonal variability for the Saharan inflows with a peak of deposition between April and September. Analyses of REEs and iso- topes indicate a regional variability of the sources of Saharan dust without being able today to identify them precisely because of the lack of quantitative data in the emission zones. There is a compositional split between the deposit and the aerosol measured at ground level with some anthropogenic enrichment for aerosol., Le dépôt atmosphérique apporte de nombreux nutriments aux forêts tropicales humides et participe ainsi à la préservation des sols. Son importance est particulière dans la zone caraïbe ou la pluviosité est forte. Ce travail a réalisé une étude temporelle continue de trois ans et demi sur le flux de dépôt en Guadeloupe de 45 éléments (Al, As, Ba, Be, Ca, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Rb, S, Sc, Sb, Se, Sr, Ti, Tl, U, V, Zn et les terres rares) et d'une année sur leur concentration dans l'air. Une analyse isotopique détaillée du strontium (87Sr/ 86Sr), du néodyme (143Nd/ 144Nd) et du plomb ( 206Pb, 207Pb, 208Pb) a été pratiquée sur tous les échantillons où cela a été possible. L'analyse compositionnelle suivant les méthodes développé par Aitchison et ses collaborateurs a été d'une grande aide dans l'interprétation des résultats. Nous avons pu montrer que les deux sources principales du dépôt atmosphérique en Guadeloupe sont les poussières sahariennes trans-atlantiques pour les éléments réputés crustaux comme le fer, l'aluminium, le manganèse, les terres rares, et les sels marins pour les autres éléments comme le magnésium, le sodium, le soufre une partie du molybdène, du potassium et du zinc. On note une très forte variabilité saisonnière pour les apports sahariens avec un pic de dépôt entre avril et septembre. Les analyses des terres rares et des isotopes indiquent une variabilité régionale des sources des poussières sahariennes sans qu'on puisse aujourd'hui les identifier précisément à cause du manque de données quantitatives dans les zones d'émission. On note un fractionnement compositionnel entre le dépôt et l'aérosol mesuré au niveau du sol avec un enrichissement anthropique de ce dernier.

Many arc volcanoes are capable of producing devastating caldera-forming eruptions. Santorini Volcano (South Aegean Volcanic Arc, southern Aegean Sea, Greece) is an arc volcano responsible for numerous such eruptions over its >0.65 My history, the most recent being the Late Bronze Age (LBA) eruption. However, there are a number of unresolved questions relating to the Santorini volcanic system including the nature of the primary magmas of Santorini and how they change with time, differentiation processes and the relationship between mafic and silicic magmas, the origins of long-term geochemical trends in magma composition, and what changes occur in the plumbing system during the build-up to a large caldera-forming eruption. In this thesis, I present a large set of high-resolution crystal-hosted melt inclusion (MI) and groundmass glass data to address these questions relating to the nature of magma genesis and differentiation at Santorini.The dataset includes many olivine-hosted MIs of primitive basaltic composition, which are rare as whole rocks on Santorini and in the volcanic arc in general. These MIs show there is a range in the incompatible trace element chemistry of the most primitive basaltic melts at Santorini. Primitive MIs have typical subduction zone geochemical signatures and vary between incompatible-poor and incompatible-rich types, which we refer to as low Nb and high Nb primitive melt types, respectively. The primitive MIs range in La/Yb from 1.5 (flat, tholeiitic-like) in the low Nb type to 3.2 (inclined, calc-alkaline-like) in the high Nb type. We back-calculate primary melt compositions using different methods and find that the primary melts parental to the low Nb and high Nb MIs have respectively low Nb and high Nb characteristics. The low Nb and high Nb type primitive melts cannot be related by fractional crystallization but are instead related by different degrees of partial melting of the mantle. We derived the degree of mantle partial melting (F) using the petrogenetic modelling software PRIMACALC2 (F = 6% for high Nb primary melt; F= 8% for low Nb primary melt) and carrying out mantle melting models (F = 18% for high Nb primary melt; F = 22% for low Nb primary melt). The two approaches differ in F but agree that a different degree of melting can explain the compositional variation between the two endmember Nb melt types. The predominant metasomatic signature in the primary melts is from melting of sediment in the subducted slab; there is very little evidence for slab-derived aqueous fluids. There may be some influence from residual rutile in the slab, but this does not dominate the different Nb groupings. There is no consistent temporal change in the primary basaltic melts with time, suggesting that the two different endmember primary melts have been available for ascent into the crust over much of the history of the volcano. We conclude that at least two mantle source domains exist below Santorini: a source giving way to low Nb primary melts (characterized by higher sediment melt signatures and a higher degree of partial melting) and one giving rise to high Nb primary melt (characterized by a smaller, yet still prominent, sediment melt signature and associated with a few percent less melting). The absence of a strong slab-derived aqueous fluid component, coupled with the presence of arc tholeiitic compositions and regional extension around the volcanic field, suggests there could be a role of decompression melting beneath Santorini. (...), Un grand nombre de volcans d’arc sont capables de produire des éruptions caldériques. Le volcan de Santorin (South Aegean Volcanic Arc, l’Égée-Méridionale, Grèce) est un volcan d’arc responsable de plusieurs éruptions de ce type au cours de ses 0,65 Ma d’activité, et dont l’éruption de l’Âge de Bronze Tardif (éruption Late Bronze Age, LBA) est la plus récente. Pourtant, de nombreuses questions sur le système volcanique de Santorin restent non résolues telles que la nature des magmas primaires et la manière dont leurs compositions changent au cours du temps, l’origine des magmas intermédiaires et acides, les raisons des tendances géochimiques des magmas acides observées sur le long terme, et la nature des changements se produisant dans le système magmatique dans la période précédant une grande éruption caldérique. Dans cette thèse, je présente un large ensemble de données de haute précision sur les inclusions vitreuses et les verres matriciels, afin de répondre aux questions relatives à la genèse et l’évolution des magmas du Santorin.Notre échantillonnage est composé de nombreuses inclusions vitreuses piégées dans des cristaux d’olivine dont les compositions basaltiques primitives sont rarement représentées par les roches totales du Santorin et plus généralement de l’ensemble de l’arc volcanique. Ces inclusions vitreuses révèlent qu’il existe une gamme de teneurs en éléments en traces incompatibles dans les magmas basaltiques les plus primitifs du Santorin. Les inclusions primitives présentent une signature géochimique typique des magmas de zone de subduction. La gamme des compositions varie d’appauvri à enrichi en éléments incompatibles, appelés type low Nb et type high Nb. Les rapports La/Yb des inclusions vitreuses primitives sont compris entre 1,5 (plat, de genre tholéitique) dans le type low Nb et 3,2 (incliné, de genre calco-alcalin) dans le type high Nb. Nous avons calculé les compositions des liquides magmatiques primaires en utilisant différentes méthodes et nous avons mis en évidence que les liquides primaires parentaux des magmas de types low Nb et high Nb sont respectivement appauvris et enrichis en éléments incompatibles. Les différents types de magmas primitifs ne peuvent pas être expliqués par la cristallisation fractionnée de l’un de ces magmas, mais sont plutôt associés à différents degrés de fusion partielle du manteau. Nous avons déterminé les degrés de fusion partielle (F) du manteau en utilisant le logiciel de modélisation petro-génétique PRIMACALC2 (F = 6% pour les liquides silicatés primaires high Nb, F = 8% pour les liquides silicatés primaires low Nb) et en effectuant des modèles de fusion partielle du manteau (F = 18% pour les liquides silicatés primaires high Nb, F = 22% pour les liquides silicatés primaires low Nb). Les valeurs de F obtenues à partir de ces deux approches diffèrent. Cependant, les résultats obtenus montrent qu’une différence dans le degré de fusion partielle du manteau peut expliquer la gamme des compositions observée entre les différents types de magmas primitifs. La signature métasomatique prédominante dans les liquides primaires provient de la fusion partielle des sédiments de la plaque plongeante. Il y a peu de preuves de l’influence de fluides aqueux provenant de la plaque plongeante. Il y a peut-être une influence du rutile résiduel, mais celle-ci ne domine pas l’origine des différentes séries. Il n’existe aucune tendance temporelle cohérente dans les magmas basaltiques parentaux au cours du temps, ce qui suggère que les différents types de magmas primaires sont restés disponibles pour l’ascension dans la croûte durant la plupart de l’histoire du volcanisme du Santorin. (...)

Many arc volcanoes are capable of producing devastating caldera-forming eruptions. Santorini Volcano (South Aegean Volcanic Arc, southern Aegean Sea, Greece) is an arc volcano responsible for numerous such eruptions over its >0.65 My history, the most recent being the Late Bronze Age (LBA) eruption. However, there are a number of unresolved questions relating to the Santorini volcanic system including the nature of the primary magmas of Santorini and how they change with time, differentiation processes and the relationship between mafic and silicic magmas, the origins of long-term geochemical trends in magma composition, and what changes occur in the plumbing system during the build-up to a large caldera-forming eruption. In this thesis, I present a large set of high-resolution crystal-hosted melt inclusion (MI) and groundmass glass data to address these questions relating to the nature of magma genesis and differentiation at Santorini.The dataset includes many olivine-hosted MIs of primitive basaltic composition, which are rare as whole rocks on Santorini and in the volcanic arc in general. These MIs show there is a range in the incompatible trace element chemistry of the most primitive basaltic melts at Santorini. Primitive MIs have typical subduction zone geochemical signatures and vary between incompatible-poor and incompatible-rich types, which we refer to as low Nb and high Nb primitive melt types, respectively. The primitive MIs range in La/Yb from 1.5 (flat, tholeiitic-like) in the low Nb type to 3.2 (inclined, calc-alkaline-like) in the high Nb type. We back-calculate primary melt compositions using different methods and find that the primary melts parental to the low Nb and high Nb MIs have respectively low Nb and high Nb characteristics. The low Nb and high Nb type primitive melts cannot be related by fractional crystallization but are instead related by different degrees of partial melting of the mantle. We derived the degree of mantle partial melting (F) using the petrogenetic modelling software PRIMACALC2 (F = 6% for high Nb primary melt; F= 8% for low Nb primary melt) and carrying out mantle melting models (F = 18% for high Nb primary melt; F = 22% for low Nb primary melt). The two approaches differ in F but agree that a different degree of melting can explain the compositional variation between the two endmember Nb melt types. The predominant metasomatic signature in the primary melts is from melting of sediment in the subducted slab; there is very little evidence for slab-derived aqueous fluids. There may be some influence from residual rutile in the slab, but this does not dominate the different Nb groupings. There is no consistent temporal change in the primary basaltic melts with time, suggesting that the two different endmember primary melts have been available for ascent into the crust over much of the history of the volcano. We conclude that at least two mantle source domains exist below Santorini: a source giving way to low Nb primary melts (characterized by higher sediment melt signatures and a higher degree of partial melting) and one giving rise to high Nb primary melt (characterized by a smaller, yet still prominent, sediment melt signature and associated with a few percent less melting). The absence of a strong slab-derived aqueous fluid component, coupled with the presence of arc tholeiitic compositions and regional extension around the volcanic field, suggests there could be a role of decompression melting beneath Santorini. (...); Un grand nombre de volcans d’arc sont capables de produire des éruptions caldériques. Le volcan de Santorin (South Aegean Volcanic Arc, l’Égée-Méridionale, Grèce) est un volcan d’arc responsable de plusieurs éruptions de ce type au cours de ses 0,65 Ma d’activité, et dont l’éruption de l’Âge de Bronze Tardif (éruption Late Bronze Age, LBA) est la plus récente. Pourtant, de nombreuses questions sur le système volcanique de Santorin restent non résolues telles que la nature des magmas primaires et la manière dont leurs compositions changent au cours du temps, l’origine des magmas intermédiaires et acides, les raisons des tendances géochimiques des magmas acides observées sur le long terme, et la nature des changements se produisant dans le système magmatique dans la période précédant une grande éruption caldérique. Dans cette thèse, je présente un large ensemble de données de haute précision sur les inclusions vitreuses et les verres matriciels, afin de répondre aux questions relatives à la genèse et l’évolution des magmas du Santorin.Notre échantillonnage est composé de nombreuses inclusions vitreuses piégées dans des cristaux d’olivine dont les compositions basaltiques primitives sont rarement représentées par les roches totales du Santorin et plus généralement de l’ensemble de l’arc volcanique. Ces inclusions vitreuses révèlent qu’il existe une gamme de teneurs en éléments en traces incompatibles dans les magmas basaltiques les plus primitifs du Santorin. Les inclusions primitives présentent une signature géochimique typique des magmas de zone de subduction. La gamme des compositions varie d’appauvri à enrichi en éléments incompatibles, appelés type low Nb et type high Nb. Les rapports La/Yb des inclusions vitreuses primitives sont compris entre 1,5 (plat, de genre tholéitique) dans le type low Nb et 3,2 (incliné, de genre calco-alcalin) dans le type high Nb. Nous avons calculé les compositions des liquides magmatiques primaires en utilisant différentes méthodes et nous avons mis en évidence que les liquides primaires parentaux des magmas de types low Nb et high Nb sont respectivement appauvris et enrichis en éléments incompatibles. Les différents types de magmas primitifs ne peuvent pas être expliqués par la cristallisation fractionnée de l’un de ces magmas, mais sont plutôt associés à différents degrés de fusion partielle du manteau. Nous avons déterminé les degrés de fusion partielle (F) du manteau en utilisant le logiciel de modélisation petro-génétique PRIMACALC2 (F = 6% pour les liquides silicatés primaires high Nb, F = 8% pour les liquides silicatés primaires low Nb) et en effectuant des modèles de fusion partielle du manteau (F = 18% pour les liquides silicatés primaires high Nb, F = 22% pour les liquides silicatés primaires low Nb). Les valeurs de F obtenues à partir de ces deux approches diffèrent. Cependant, les résultats obtenus montrent qu’une différence dans le degré de fusion partielle du manteau peut expliquer la gamme des compositions observée entre les différents types de magmas primitifs. La signature métasomatique prédominante dans les liquides primaires provient de la fusion partielle des sédiments de la plaque plongeante. Il y a peu de preuves de l’influence de fluides aqueux provenant de la plaque plongeante. Il y a peut-être une influence du rutile résiduel, mais celle-ci ne domine pas l’origine des différentes séries. Il n’existe aucune tendance temporelle cohérente dans les magmas basaltiques parentaux au cours du temps, ce qui suggère que les différents types de magmas primaires sont restés disponibles pour l’ascension dans la croûte durant la plupart de l’histoire du volcanisme du Santorin. (...)

In a context of budgetary restrictions associated with changes in the regulation of river sediment storage, attention should be paid to the leaching behavior of sediment-trapped contaminants during the storage process and the preparation of sediments for valorization. In order to determine the mechanisms responsible for contaminant mobility and the impact of storage conditions, the study focused on three sediment treatment scenarios and geochemical modeling: (i) Determine the impact of aeration and treatments such as lagooning and mechanical reversal on the mobility of the trace elements in fluvial sediment by the application of humidification / drying cycles in a laboratory lysimeter. This has made it possible to distinguish the quality of the drainage water and the interstitial waters with a greater contamination, to conclude on the estimation of natural treatment duration over several decades which can be improved via a removal of interstitial waters. (ii) Assess the short-term evolution of sediments using compliance testing (batch leaching, pH leaching, and ascending percolation column leaching) highlighting changes in mobility and speciation trace elements. (iii) In the context of a direct valorization, sediments enriched with organic matter seem to have a greater mobility in trace elements than that observed in fluvial sediments and therefore require a strong environmental monitoring, more particularly for Zn strongly represented in the studies sediments. (iv) Modelling environmental conditions that are difficult to reproduce in laboratories. Thus, this has highlighted an important role of iron oxides and organic matter in the mobility of trace elements as well as illumination of the solid phases in the presence and which can be form depending on the environmental conditions.; Dans un contexte de restrictions budgétaires associées à des modifications de la réglementation concernant le stockage des sédiments fluviaux, il convient de prêter attention au comportement à la lixiviation des contaminants piégés dans les sédiments pendant le processus de stockage et la préparation des sédiments à la valorisation mise en place dans les installations de stockage. Afin de déterminer les mécanismes responsables de la mobilité des éléments contaminants et l’impact des conditions de stockage, l’étude a été axée sur trois scénarios de traitement des sédiments ainsi qu’une modélisation géochimique : Le premier scénario consiste à établir l’impact de l’aération et des traitements tels que le lagunage et le retournement mécanique sur la mobilité des éléments dans les sédiments fluviaux de curage via l’application de cycles d’humidification/séchage en lysimètre de laboratoire . Ce dispositif a permis de distinguer l'estimation d'une durée de traitement soit naturel sur plusieurs décennies soit améliorée via le retrait des eaux interstitielles. Le deuxième scénario a pour but d'évaluer l’évolution à court terme des sédiments à l’aide d’essais de conformité (lixiviation en batch, lixiviation de fonction du pH et lixiviation en colonne à percolation ascendante) mettant en évidence les modifications dans la mobilité et la spéciation des éléments traces. Le troisième scénario se place dans l’optique d’une voie de valorisation directe, les sédiments enrichis en matière organique semblent présenter une mobilité en éléments traces plus importante que celle observée dans les sédiments fluviaux et nécessitent donc un suivi environnemental poussé, plus particulièrement pour le Zn fortement représenté dans les sédiments étudiés. Enfin,la modélisation. Ceci a mis en évidence un rôle importante des oxydes de fer et de la matière organique dans la mobilité des éléments traces de même qu'un éclairage sur les phases solides en présence et pouvant se former en fonction des conditions du milieu.

In a context of budgetary restrictions associated with changes in the regulation of river sediment storage, attention should be paid to the leaching behavior of sediment-trapped contaminants during the storage process and the preparation of sediments for valorization. In order to determine the mechanisms responsible for contaminant mobility and the impact of storage conditions, the study focused on three sediment treatment scenarios and geochemical modeling: (i) Determine the impact of aeration and treatments such as lagooning and mechanical reversal on the mobility of the trace elements in fluvial sediment by the application of humidification / drying cycles in a laboratory lysimeter. This has made it possible to distinguish the quality of the drainage water and the interstitial waters with a greater contamination, to conclude on the estimation of natural treatment duration over several decades which can be improved via a removal of interstitial waters. (ii) Assess the short-term evolution of sediments using compliance testing (batch leaching, pH leaching, and ascending percolation column leaching) highlighting changes in mobility and speciation trace elements. (iii) In the context of a direct valorization, sediments enriched with organic matter seem to have a greater mobility in trace elements than that observed in fluvial sediments and therefore require a strong environmental monitoring, more particularly for Zn strongly represented in the studies sediments. (iv) Modelling environmental conditions that are difficult to reproduce in laboratories. Thus, this has highlighted an important role of iron oxides and organic matter in the mobility of trace elements as well as illumination of the solid phases in the presence and which can be form depending on the environmental conditions., Dans un contexte de restrictions budgétaires associées à des modifications de la réglementation concernant le stockage des sédiments fluviaux, il convient de prêter attention au comportement à la lixiviation des contaminants piégés dans les sédiments pendant le processus de stockage et la préparation des sédiments à la valorisation mise en place dans les installations de stockage. Afin de déterminer les mécanismes responsables de la mobilité des éléments contaminants et l’impact des conditions de stockage, l’étude a été axée sur trois scénarios de traitement des sédiments ainsi qu’une modélisation géochimique : Le premier scénario consiste à établir l’impact de l’aération et des traitements tels que le lagunage et le retournement mécanique sur la mobilité des éléments dans les sédiments fluviaux de curage via l’application de cycles d’humidification/séchage en lysimètre de laboratoire . Ce dispositif a permis de distinguer l'estimation d'une durée de traitement soit naturel sur plusieurs décennies soit améliorée via le retrait des eaux interstitielles. Le deuxième scénario a pour but d'évaluer l’évolution à court terme des sédiments à l’aide d’essais de conformité (lixiviation en batch, lixiviation de fonction du pH et lixiviation en colonne à percolation ascendante) mettant en évidence les modifications dans la mobilité et la spéciation des éléments traces. Le troisième scénario se place dans l’optique d’une voie de valorisation directe, les sédiments enrichis en matière organique semblent présenter une mobilité en éléments traces plus importante que celle observée dans les sédiments fluviaux et nécessitent donc un suivi environnemental poussé, plus particulièrement pour le Zn fortement représenté dans les sédiments étudiés. Enfin,la modélisation. Ceci a mis en évidence un rôle importante des oxydes de fer et de la matière organique dans la mobilité des éléments traces de même qu'un éclairage sur les phases solides en présence et pouvant se former en fonction des conditions du milieu.

The Lac Togo Bassin (LTB), located in South of Togo, is a region characterized by variousanthropogenic activities including agriculture, industry, phosphate mining, etc. To assess theimpact of these activities on the quality of surface waters and sediment of this watershed, 105river’s and lake water samples and 18 bed sediments were collected for analysis. Majorelements, alkalinity, DOC, silica, pH, were measured in the dissolved phase of the samples, aswell as trace elements (TE) and REE which were also measured in sediments and suspendedmatter during the period of 2015 to 2016.The dominant ions in river waters are Cl- (4.51 meq.l-1), Na+ (4.29 meq.l-1), HCO3- (1.32 meq.l-1), Mg2+ (1.13 meq.l-1), Ca2+ (0.69 meq.l-1) in average and represent about 90% of the totaldissolved salts (TDS). The mean DOC and silica concentrations are respectively 9.17 mg/l and7.13 mg/l. A comparative analysis of the mean concentrations of dissolved TE measured in thewater of the stations studied against the Natural Concentrations of the Rivers of the World(NCRW) shows for Sc, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Zr, Cd, Sn, Pb, Th, U concentrations higher thanNCRW values and WHO drinking water standards (INERIS-DRC, 2006) with a significantincrease in lake level and downstream samples.The results obtained from the analysis of water and sediment samples during the hydrologicalcycle 2015-2016 made it possible to estimate the specific fluxes of dissolved chemical elementstransported by Zio and Haho rivers respectively of 9,57 t.km-2.an-1 and 38.24 t.km-2.an-1 formajor elements and 7.84 and 17.82 Kg.km-2.an-1 for trace elements. The particulate matter flowat Zio (Togblekope) and Haho (Hahotoe) is estimated respectively at 15.3 t.km-2.an-1 and 59.3t.km-2.an-1. These fluxes allow estimate to the average rates of physical erosion of 3.6 to 4.3m/Ma for Zio and 10.6 to 12.5 m/Ma for Haho and chemical alteration of 1.1 to 3.3 m/Ma forZio and 3 to 4.2 m/Ma for Hahob. The specific flux of CO2 consumed by chemical alteration isabout 1.9.108 mole.an-1 of CO2 or 75.103 mole.km-2.an-1 for Zio. This CO2 flux for Haho is6.9.108 mole.an-1 or 202.6.103 moles.km-2.an-1 of which 109.103 moles.km-2.an-1 and 94.103moles.km-2.an-1 consumed respectively by the alteration of silicates and the dissolution ofcarbonates. Mechanical erosion takes precedence over chemical weathering and profiledeepening. There is an imbalance in the soils of these two sub-basins and therefore an averagereduction in soil thickness.The degree of sediment contamination by TEs is assessed by parameters (Sediment QualityGuidelines, SQGs) such as the enrichment factor (EF), the respective % of TE from natural andanthropogenic, the residual and non-residual fraction % (labile) by using Medje Creek sedimentas a reference material. The EF is generally less than 2 (limit value for natural geochemicalbackground noise), in particular for Sn, As, Co, Cu, Zn, Pb, Th and U. However, 10% of thesamples have EF between 2 and 6.3 in particular Ni, Cr and Cd. Simple extraction at EDTAshows that Co, Cu, Cd and Pb are relatively bioavailable because they are in labile formrespectively at 38%, 32%, 26% and 25%. The rare earth (REE) concentration profiles showedthat the geochemical signature of bottom sediments would be related to the TRs in thenonresidual fraction. Comparison of the concentrations of major elements, TEs and TRs insediments and suspended matter indicates that these sediments do reflect suspended matterlevels.; Le Bassin Versant du Lac Togo (BVLT) composé des rivières Zio, Haho, Lili, Yoto, Boko et le lac est situé dans le Sud Togo. Il est une région marquée par diverses activités anthropiques dont l'agriculture, l'industrie, l'extraction des minerais de phosphate, etc. Pour évaluer l'impact ces activités sur la qualité des eaux de surface drainant ce bassin hydrographique et de leurs sédiments fluviaux, 105 échantillons d'eau de rivières et de lac et 18 sédiments de fond ont été prélevés. Les cations et anions majeurs, l'alcalinité, le COD, la silice, le pH, ont été mesurés dans la phase dissoute des échantillons, ainsi que les éléments traces (ET) qui ont aussi été mesurés dans les sédiments et les matières en suspension durant la période de 2015 à 2016. Les ions dominants dans les eaux des rivières sont Cl-(4,51 meq.l-1), Na + (4,29 meq.l-1), HCO3-(1,32 meq.l-1), Mg 2+ (1,13 meq.l-1), Ca 2+ (0,69 meq.l-1) et représentent environ 90% du total des sels dissous (TDS). Les concentrations moyennes en COD et silice sont respectivement de 9,17 mg/l et 7,13 mg/l. Les concentrations moyennes en ET dissous mesurées dans les eaux des stations étudiées montre pour le Sc, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, , Sr, Zr, Cd, Sn, Pb, Th, U des concentrations plus élevées que les valeurs des Concentrations Naturelles des Rivières du Monde (CNRM) et celles des normes de l'OMS pour l'alimentation en eau potable (INERIS-DRC, 2006) avec une augmentation significative au niveau du lac et dans les stations aval. Les résultats obtenus de l'analyse des échantillons d'eau et sédiments durant le cycle hydrologique 2015-2016 ont permis d'estimer les flux spécifiques d'éléments chimiques dissous transportés par le Zio et le Haho respectivement de 9,57 t.km-2 .an-1 et 38,24 t.km-2 .an-1 pour les éléments majeurs et de 7,84 et 17,82 Kg.km-2 .an-1 pour les éléments traces. Les flux de matières particulaires à Zio (Togblékopé) et du Haho (Hahotoe) sont estimés à 15,3 t.km-2 .an-1 et 59,3 t.km-2 .an-1 respectivement. Ces flux permettent d'estimer des vitesses moyennes d'érosion physique (3,6 à 4,3 m/Ma pour le Zio et 10,6 à 12,5 m/Ma pour le Haho) et d'altération chimique (1,1 à 3,3 m/Ma pour le Zio et 3 à 4,2 m/Ma pour le Haho). Le flux spécifique de CO2 consommé par l'altération chimique est d'environ 1,9.10 8 mole.an-1 de CO2 soit 75.10 3 moles.km-2 .an-1 pour le Zio. Ce flux de CO2 pour le Haho est de 6,9.10 8 mole.an-1 soit 202,6.10 3 moles.km-2 .an-1 dont 109.10 3 moles.km-2 .an-1 et 94.10 3 moles.km-2 .an-1 consommés respectivement par l'altération des silicates et la dissolution des carbonates. L'érosion mécanique l'emporte sur l'altération chimique et l'approfondissement des profils. On assiste à un déséquilibre des sols de ces deux sous bassins et donc à une réduction moyenne de l'épaisseur des sols. Le degré de contamination des sédiments par les ET est évalué par des paramètres (Sediment Quality Guidelines, SQGs) tels que le facteur d'enrichissement (EF), les % respectifs d'ET d'origine naturelle et anthropique, le % de fraction résiduelle et non-résiduelle (labile) en prenant un sédiment du ruisseau Médjé comme matériau de référence. L'EF est globalement inférieur à 2 (valeur limite pour le bruit de fond géochimique naturel), en particulier pour Sn, As, Co, Cu, Zn, Pb, Th et U. Toutefois, 10% des échantillons ont des EF compris entre 2 et 6,3 notamment Ni, Cr et Cd. L'extraction simple à l'EDTA montre que Co, Cu, Cd et Pb sont relativement biodisponibles car ils se trouvent sous forme labile respectivement à 38%, 32%, 26% et 25%. Les profils de concentrations en terres rares (TR) ont permis de montrer que la signature géochimique des sédiments de fond serait liée aux teneurs des TR dans la fraction non résiduelle. La comparaison des teneurs des éléments majeurs, des ET et des TR dans les sédiments et les MES traduit que ces sédiments reflètent bien des teneurs en MES.

Until recently, Mars was considered as a planet with a homogeneous crust dominated by olivine-rich basalts. This simplistic vision has been largely disrupted especially with results of recent in situ missions. In this way, the Curiosity rover that travels in Gale crater, which formed by impact during the Hesperian period (3.5-3.8 Gyr) within igneous basement rocks dated at 4.2 Gyr, discovered Noachian alkaline igneous rocks (> 3.8 Gyr) using the ChemCam LIBS instrument (‘laser induced breakdown spectroscopy’): this observation along with the recent identification of Noachian igneous felsic clasts within the breccia meteorite NWA 7533 and subsequent paired stones, revealed an evolved primitive magmatic system (Sautter et al., 2016). Would an evolved ‘continental’ primitive crust have ever existed on Mars? This is favored in this work by orbital GRS observations showing several Si-K-Th-rich Noachian terrains displaying abundant feldspars. Besides, the identification of low-Ca feldspars within the clasts of the breccia and Gale rocks, suggests that the primitive martian crust may have formed according to a model that differs from the lunar magma ocean. In addition, the LIBS quantification of Li, Rb, Sr and Ba presented in this work in igneous rocks, along with the distribution of alkali trace elements within the igneous clasts of the breccia, suggests the potential occurrence of several magmatic reservoirs. Concurrently, in the Kimberley formation, copper quantification using LIBS data, reveals anomalously elevated abundances within potassic rocks: these Cu-phases mainly associated with detrital igneous silicates, would come from a primitive felsic igneous source located in the northern rim. During the Noachian period, the hydrothermal circulation within an evolved magmatic chamber favored the formation of a Cu-bearing deposit in Gale vicinity. After all, the Earth and Mars are geologically closer than ever, Jusqu’à peu, Mars était vue comme une planète à substrat crustal homogène, dominé par des basaltes à olivine. Les missions in situ ont contribué à bouleverser cette vision si simpliste. Le rover Curiosity qui sillonne le cratère d’impact de Gale formé à l’Hespérien (3.5-3.8 Ga) creusé dans des roches noachiennes (> 3.8 Ga), a ainsi découvert, grâce aux analyses LIBS (‘laser induced breakdown spectroscopy’) de l’instrument ChemCam, des roches ignées alcalines felsiques noachiennes, révélant un magmatisme primitif évolué (Sautter et al., 2016) : ce résultat est en accord avec l’identification récente de clastes ignés felsiques d’âge Noachien observés dans la brèche martienne NWA 7533 et ses paires. Une croûte primitive martienne évoluée de type ‘continentale’ aurait-elle existé ? C’est ce que suggère ce travail de par l’observation orbitale GRS de plusieurs terrains noachiens felsiques enrichis en K et Th et abondants en feldspaths. Par ailleurs, du fait de l’identification de feldspaths peu calciques dans les roches et clastes de Gale et de la brèche, il est envisagé ici que la croûte primitive martienne ait pu se former selon un modèle différent de l’océan de magma défini sur la Lune. De plus, la quantification de Li, Rb, Sr et Ba dans l’ensemble des matériaux ignés de Gale analysés par la LIBS ainsi que leurs concentrations dans les clastes ignés de la brèche, suggèrent l’existence de plusieurs réservoirs magmatiques primitifs. En parallèle, la quantification du Cu à partir des données LIBS effectuée dans cette étude, met en évidence des abondances anormalement élevées dans des roches potassiques de la région de Kimberley. Majoritairement associées à des silicates détritiques ignés, ces phases de cuivre proviendraient d’une source magmatique primitive siliceuse localisée dans le flanc Nord de Gale. Au Noachien, la circulation hydrothermale dans un magma évolué aurait formé un gisement métallifère de cuivre aux alentours du cratère. Finalement, la Terre et Mars sont géologiquement plus proches que jamais

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.

Given the toxicity of trace elements (TE) in the environment, plants developed varions strategies used currently for phytoremediation. Trees appear more efficient than herbaceous species for phytoextraction as they have a larger biomass and a deeper root system. The work was thus performed on woody species widespread in Limousin region, particularly conifers: Douglas fir, hybrid larch and its two parents, European larch and Japanese larch. Several culture models were used to allow, through complementary approaches, a better understanding of the response of these conifers to TE: in vitro grown plantlets and seedlings or 2-year-old trees grown in greenhouse. Conifers were exposed to a single TE, cadmium (Cd), or to several TE (As, Pb, Sb) present in soils collected from two former mining sites. Among investigated species, results showed that Douglas exhibited the highest rate of Cd accumulation. However, the amount stored in aboveground biomass remained low compared to other tree species already used in phytoextraction. Furthermore, the chemical characterization of cell wall pectins highlighted quantitative and qualitative modifications suggesting a Cd exclusion process. At the intracellular level, results showed that polyamines and thiol-rich oligopeptides did not appear to be involved in Cd compartmentation. However, a proline accumulation was observed in response to Cd and other TE, suggesting an involvement of proline as antioxidant molecule and / or TE scavenger. Overall, results highlighted the need to optimize conifer growth and soil TE phytoavailability before to propose these conifers, particularly Douglas, for the phytoextraction of TE.; Face à la toxicité des éléments traces métalliques (ET) dans l’environnement, les plantes ont développé différentes stratégies aujourd’hui exploitées en phytoremédiation. Les arbres paraissent plus efficaces que les herbacées pour la phytoextraction de par leur importante biomasse et leur système racinaire plus profond. Ces travaux ont donc été menés sur des espèces ligneuses largement répandues dans la région Limousin, plus particulièrement des conifères: le Douglas, le mélèze hybride et ses deux parents, le mélèze d’Europe et le mélèze du Japon. Plusieurs modèles de culture ont été utilisés pour permettre, par des approches complémentaires, une meilleure appréhension des réponses de ces conifères aux ET : des plantules cultivées in vitro et des germinations ou des arbres âgés de 2 ans cultivés sous serre. Les conifères ont été exposés soit à un seul ET, le Cadmium (Cd), soit à plusieurs ET (As, Pb, Sb) présents dans des sols collectés sur deux anciens sites miniers. Les résultats ont montré que, parmi les espèces étudiées, le Douglas présentait le taux d’accumulation le plus élevé en Cd. Cependant, la quantité stockée dans la biomasse aérienne est restée faible par rapport à d’autres espèces d’arbres déjà utilisées en phytoextraction. Par ailleurs, la caractérisation chimique des pectines de la paroi a mis en évidence des modifications quantitatives et qualitatives suggérant un processus d’exclusion du Cd. Au niveau intracellulaire, les résultats ont montré que les polyamines et les oligopeptides riches en thiols ne semblaient pas impliqués dans la compartimentation du Cd. En revanche, une accumulation de proline a été observée en réponse au Cd et à d’autres ET, suggérant une implication de la proline comme molécule antioxydante et / ou chélatrice d’ET. L’ensemble des résultats a mis en évidence la nécessité d’optimiser la croissance des conifères et la phytodisponibilité des ET du sol avant de pouvoir proposer ces conifères, et notamment le Douglas, pour la phytoextraction d’ET.

The evolution of oxygenic photosynthetic bacteria (OPB) is probably the most important biological event of Earth’s history since the emergence of life itself. The release of their by-product O2 in the environment, which was globally anoxic, fundamentally changed the face of the Earth and led to the development of complex life. However, the specific timing of this evolutionary step remains unclear. This study is based on the search for in situ chemical signatures of OPB at the microbial (μm) scale, within fossilized microbial photosynthetic mats in Archean and Paleoproterozoic sediments dated between 3.45 Ga and 1.88 Ga, i.e. spanning the anoxic Earth to the aftermath of the GOE. We used optical microscopy, Raman spectroscopy, SEM/EDS, EPMA, synchrotron radiation μ-XRF, and isotope analytical techniques. The μXRF results were improved by the use of a new sample preparation method and a new quantification method, both developed during this study.Results obtained by EPMA and μXRF show that, under certain depositional contexts, enrichment in lanthanides (such as Sm, La and Gd) in individual OPB cells, as well as a Cu enrichment in diagenetic pyrites formed in association with OPB, may represent chemical signatures of OPB. I propose that OPB evolved sometime between 3.33 Ga and 2.98 Ga. Also, I argue that elemental techniques such as EPMA and μ-XRF are the most suitable techniques to find chemical signatures of OPB and constrain the timing of their emergence.; L’émergence des bactéries photosynthétiques oxygéniques (BPO), ou cyanobactéries, est probablement l’évènement le plus important de l’histoire de la Terre, depuis l’apparition de la vie elle-même. Par la libération d’O2 dans l’environnement, les BPO ont conduit à l’oxygénation de notre planète, jusqu’alors anoxique, et au développement de la vie complexe. Cependant, cette évolution n’est toujours pas datée. Dans cette étude, j’ai cherché à identifier des signatures chimiques spécifiques aux BPO, in situ à l’échelle du μm, dans des tapis microbien fossiles datant de 3,45 à 1,88 Ga, recouvrant ainsi une période allant de la Terre anoxique à la Terre oxygénée après le « Great Oxidation Event » (GOE). Nous avons utilisé la microscopie optique, la spectroscopie Raman, le MEB/EDX, l’EPMA, la μ-XRF à rayonnement synchrotron (SR-XRF), et des analyses isotopiques. Une nouvelle méthode de quantification élémentaire pour SR-XRF, ainsi qu’une nouvelle méthodologie de préparation d’échantillons ont été developpés. Les résultats obtenus par EPMA et μ-XRF montrent que, dans certains contextes de déposition, un enrichissement en lanthanides (par exemple La, Sm, Gd) de cellules fossiles, et un enrichissement en Cu de pyrites diagénétiques formées en association avec des BPO, pourraient représenter des signatures chimiques spécifiques aux BPO. Suite à ces résultats, je propose que les BPO ont évolué entre 3,33 et 2,98 Ga. Je propose que les techniques élémentaires telles que l’EPMA et la μ-XRF sont les techniques les plus appropriées pour trouver des signatures chimiques spécifiques aux BPO et contraindre leur émergence dans le temps.

This study is aimed at better understanding the behavior of trace elements – and notably those of light elements such as Li and B – during magma degassing processes. For this purpose, we used a geochemical approach based on the analysis of fresh lavas and volcanic aerosols from Piton de la Fournaise (Réunion) and Lascar (Chile) volcanoes, respectively. Firstly, this thesis work focused on the role of gas transfers in triggering major eruptions and the time scales involved. Trace element analyses of recent lavas (1998-2008) of Piton de la Fournaise reveal anomalous abundances of volatile elements (e.g., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) a few days prior to the April 2007 summit collapse. The kinetic (diffusive) fractionation of elements accounts for the observed anomalies. The short time-scales required to fractionate Li from Cd diffusively (minutes to hours) and Cd from Bi (few hours to two days) support the idea that the magmas underwent rapid pressure variations a few days before the summit collapse.Secondly, this study concentrated on the quiescent degassing activity of Lascar volcano. Both major gaseous species and trace element enrichment in gas and aerosols collected in the sustained plume over the period 2009 to 2012 suggest the involvement of two main degassing sources with contrasted geochemical signatures: a deep magmatic reservoir and a shallow hydrothermal system. Contributions from these two dominant sources vary with time in response to changes in volcanic activity. This temporal evolution has been shown not only by well-known tracers such as SO2 and HCl, but also by a trace element both volatile and highly fluid-mobile such as B.To determine the bulk boron concentration of our samples, we have developed a robust low-blank method based on isotope dilution ICP-MS. Applied to lavas of Piton de la Fournaise, this technique allowed us to quantify the amount of B lost during magma degassing (10-30%) and its dependency on degassing conditions. Applied to aerosols of Lascar, it enabled us to show that B volatility is enhanced during hydrothermal processes (gas-water, gas-rock interactions). Finally, applied to fertile peridotite xenoliths, it led us to establish new constraints on the behavior of B during mantle processes and estimate a primitive mantle B content of 0.26 ± 0.04 ppm., Dans le cadre de cette thèse, nous avons cherché à mieux comprendre le comportement des éléments traces – et notamment des éléments légers Li et B – lors des processus de dégazage magmatique par une approche géochimique, basée sur l'analyse de produits volcaniques naturels (laves, gaz, aérosols volcaniques) de deux volcans aux styles éruptifs très contrastés, le Piton de la Fournaise (Réunion) et le Lascar (Chili). Dans un premier temps, cette étude s'est intéressée au rôle des transferts de gaz dans le déclenchement des éruptions majeures et aux échelles de temps impliquées. L'étude des compositions en éléments traces des laves récentes (1998-2008) du Piton de la Fournaise nous a notamment permis d'identifier des anomalies transitoires en éléments volatils (p.e., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) en début de l'éruption majeure d'avril 2007. La cinétique de fractionnement par diffusion des éléments explique les anomalies observées. Les courts laps de temps nécessaires pour fractionner par diffusion Li par rapport à Cd (minutes à quelques heures) et Bi par rapport à Cd (quelques heures à deux jours) soutiennent l'idée que les magmas ont subi des variations rapides de pression quelques jours avant l'effondrement du cratère du Dolomieu. Dans un second temps, ce travail de thèse a porté sur le dégazage passif du volcan Lascar. Le panache volcanique dilué a été échantillonné au cours de 3 missions d'échantillonnage, menées entre 2009 et 2012, et caractérisé en termes de gaz acides (SO2, HCl, HF) et d’éléments traces. Au cours de ces missions, des mesures de flux de SO2 par DOAS ont également été réalisées. Les données mettent en évidence deux sources principales qui contribuent à l'activité de dégazage observée en surface: un réservoir magmatique profond et un système hydrothermal superficiel. Les contributions des deux sources varient dans le temps en réponse aux changements de l'activité volcanique. Cette évolution temporelle a été démontrée non seulement avec des traceurs répandus comme le SO2 et HCl, mais aussi avec des éléments traces à la fois volatils et très mobiles tel que le B. Pour la détermination des teneurs en B de nos échantillons, nous avons développé une méthode de dosage très précise par dilution isotopique. Appliquées aux laves du Piton de la Fournaise, cette technique nous a permis d'estimer les quantités de B perdues lors des processus de dégazage magmatique (ϵB compris entre 10 et 30%) ainsi que leur dépendance aux conditions de dégazage (continu en système ouvert, processus pré-, syn- et post-éruptifs). Appliquées aux aérosols du Lascar, elle nous a permis de montrer que la volatilité du B est favorisée lors des processus hydrothermaux (interactions gaz-eau, gaz-roche). Enfin, appliquées à des enclaves de péridotites, cette technique nous a permis d'apporter des contraintes nouvelles sur le comportement du B dans le manteau terrestre et d'estimer la teneur en B du manteau primitif (0,26 ± 0,04 ppm).

Serpentinites are an important component of the oceanic lithosphere formed at (ultra-) slow spreading ridges. Because these rocks are a large reservoir of water, fluid mobile elements (FME), halogens and volatiles, it has been proposed that they play a major role during chemical exchange occurring between the subducted lithosphere and the mantle wedge in subduction zones. The aim of my PhD was to characterize the nature and the composition of the fluids transferred from the slab to the mantle wedge by studying metamorphic alpine ophiolites. Those ones are mostly composed of serpentinites and have recorded different metamorphic conditions modeling a subduction gradient. The petrological studies of alpine ophiolites demonstrate that they record different serpentinization and deserpentinization steps: (1) from oceanic serpentinization and the formation of lizardite and chrysotile assemblages, (2) to the prograde destabilization of oceanic serpentine into antigorite, from greenshist to blueschist facies, and (3) finally the dehydration of antigorite into secondary olivine at eclogite facies. The chemical analyses of trace elements by LA-ICPMS and volatiles and halogens by SIMS show that during subduction, the serpentinization processes took place in a relatively closed system without significant external fluid contamination from sediments. In the shallowest part of the oceanic lithosphere, the deformation enhances the mobility of trace elements and permits their redistribution and the homogenization of antigorite composition at kilometric scale. While in the deepest part, the trace element mobility is reduced and localized in metamorphic veins that correspond to channel fluid flows. The successive crystallization of antigorite and secondary olivine are accompanied by a decrease of FME (B, Li, As, Sb, Ba, Cs…), halogens (F, Cl) and volatiles (S) concentrations. The quantification of Fe3+/FeTot by wet chemistry and XANES spectroscopy in serpentinites and serpentine show that, in the first stages of subduction, the transition lizardite to antigorite is accompanied by a strong reduction of the iron. This reduction is nonlinear with metamorphic grade, but also depends on the initial chemistry of the peridotitic protolith. At higher metamorphic grade, the beginning of the deserpentinization process occurs in a ferrous environment, leading to a new oxidation of the remaining antigorite. To conclude, serpentinites are a vector of element transfer from the ridge to subduction zones. During subduction and during the phase changes of serpentine, the FME, volatile and halogen concentrations of serpentine decrease, suggesting that they are removed in a fluid phase that can potentially contaminate the mantle wedge. The composition and the nature of this fluid phase vary during prograde metamorphism. In the first stages of subduction, during the transition lizardite to antigorite, the released fluids are FME, volatiles and halogens rich. They could oxidize the mantle wedge peridotite (e.g. SOX, H2O or CO2) where they allow the crystallization of a FME, volatils and halogens-rich serpentine. At greater depth, the formation of a Fe3+-rich antigorite associated with secondary olivine suggests a H2 production during slab dehydration., Les serpentinites sont un composant important de la lithosphère océanique formée niveau de rides lentes à ultra-lentes. Ces roches représentant un vaste réservoir de l'eau, d’éléments mobiles dans les fluides (FME), halogènes et volatils, il a été proposé qu'elles jouent un rôle important pendant l'échange chimique se produisant entre la lithosphère subduite et le coin mantellique dans des zones de subduction. L’objectif de mon doctorat a été de caractériser la nature et la composition des fluides transférés depuis la plaque plongeante jusqu’au coin mantellique en étudiant des ophiolites alpines métamorphiques. Celles-ci se composent en grande partie de serpentinites et ont enregistré différentes conditions métamorphiques modélisant un gradient de subduction. Les études pétrologiques des ophiolites alpines montrent que celles-ci ont enregistré différentes étapes de serpentinisation et de déserpentinisation : (1) serpentinisation océanique et la formation d’assemblages à lizardite et à chrysotile ; (2) déstabilisation prograde de la serpentine océanique en antigorite, à la transition des faciès schistes verts – schistes bleus ; (3)déshydratation de l'antigorite en olivine secondaire dans les conditions du facies d'éclogite. Les analyses chimiques des éléments en trace par LA-ICPMS et constituants volatils et halogènes par SIMS prouvent que, pendant la subduction, les processus de serpentinisation se sont réalisés sans contamination significative par des fluides externes provenant de la déshydratation des sédiments. Dans la partie la superficielle de la lithosphère océanique, la déformation augmente la mobilité des éléments en trace et permet leur redistribution et l'homogénéisation de la composition d'antigorite à l'échelle kilométrique. Au contraire, dans la partie la plus profonde de la lithosphère serpentinisée, la mobilité des éléments en trace est réduite et localisée dans des veines métamorphiques qui constituent des chenaux de circulation des fluides. Les cristallisations successives de l'antigorite et de l'olivine secondaire sont accompagnés d'une diminution des concentrations en FME (B, Li, As, Sb, Ba, Rb, Cs…), halogènes (F, Cl) et volatils (S). La quantification de Fe3+/FeTotal, par chimie humide et spectroscopie XANES, des serpentinites et serpentines montrent que, dans les premières phases de subduction, la transition de lizardite en antigorite est accompagnée d'une réduction forte du fer. Cette réduction est non linéaire avec le degré métamorphique, mais dépend également de la chimie initiale du protolithe péridotitique. À un degré métamorphique plus élevée, le début du processus de déserpentinisation se produit dans un environnement ferreux, menant à une nouvelle oxydation de l'antigorite résiduelle. En conclusion, les serpentinites sont un vecteur de transfert d'éléments depuis la ride jusqu’aux zones de subduction. Pendant la subduction et pendant les changements de phases de la serpentine, les teneurs en FME, en éléments volatils et halogènes de la serpentine diminuent, suggérant que ces éléments sont soustraits dans une phase fluide qui peut potentiellement contaminer le coin mantellique. La nature de ce fluide varie au cours de la subduction. Dans les premiers kilomètres de la subduction, lors de la transition lizardite vers antigorite, les fluides relâchés sont riches en FME, volatils et halogènes. Ils pourraient oxyder le coin mantellique (e.g. SOX, H2O ou CO2) où ils initieraient la cristallisation d’une serpentine riche en ces éléments. A l’inverse, à plus grande profondeur, la déshydratation de l’antigorite libère une quantité moindre de FME, volatils et halogènes. De plus, l’observation d’antigorite riche en Fe3+ associée à l’olivine de déserpentinisation pourrait suggérer la production d’hydrogène lors de la déshydratation de la plaque plongeante.

It has been shown recently that the B/Ca ratio of planktonic foraminifers depends on the seasurface water pH, while benthic foraminifer B/Ca depends on the carbonate ion saturation of deep water. This new tracer could allow to better constrain the variations of oceanic carbon cycle, especially during the glacial-interglacial transitions (G/IG) of the Pleistocene. The objectives of this thesis were therefore : (1) to develop the foraminiferal B/Ca analysis by mass spectrometry (ICP-QMS) at LSCE, (2) to identify some potential biases of this tracer to assess its limits and (3) to apply the B/Ca proxy to paleoceanographic reconstructions. Contaminations and the ease with which the boron may be adsorbed (memory effect) make it difficult to analyze it in foraminifer’s shells, which have low B/Ca, typically in the range ~40-120 µmol/mol for planktonic foraminifers and ~100-250 µmol/mol for benthic foraminifers. Foraminifers cleaning techniques and analysis by ICP-QMS that I used and improved now allow the foraminiferal B/Ca measure with an accuracy of about 3.5%. Based upon the study of surface sediments collected along a depth transect in the Atlantic (Sierra Leone Rise), I was able to show that dissolution of the planktonic species Globigerinoides sacculifer results in the preferential loss of boron. The increasing G. sacculifer dissolution with depth of deposition results, therefore, in a ~0.1 units decrease of the seasurface pH estimated from B/Ca, an order of magnitude similar to the expected G/IG variations. To overcome this dissolution effect, I propose a correction procedure based on the B/Ca of benthic foraminifera (bottom water ΔCO₃²⁻). However, the dissolution effect is not the only problem. When trying to reconstruct surface water paleo-pH, we also have to deal with the severe contradictions between recent studies which dealt with the calibration of the apparent boron partition coefficien (KD) in the calcite of planktonic foraminifers. To overcome the co-variance of temperature, salinity and CO₃²⁻ in Atlantic surface waters, which can mask the real important(s) factor(s) for KD calibration, I analyzed the B/Ca of Globigerinoides ruber picked from both Atlantic and Indo-Pacific core-tops. My data suggest that there is no robust relationship between KD and temperature or CO₃²⁻ water surface. To emphasize the uncertainties on the reconstruction of paleo-pH since the last glacial stage, I conducted a sensitivity test based on G. ruber B/Ca data from a Mozambic Channel core. I propose several ways to try to improve our understanding of the B/Ca proxy in planktonic foraminifers. If the use of planktonic foraminifer B/Ca is complex and still requires some dedicated work to understand the problems and improve the calibrations, the use of benthic foraminifer B/Ca is more simple, the B/Ca being directly related to the carbonate ion saturation of bottom waters. Analyses of Cibicidoides wuellestorfi B/Ca through two G/IG transitions (MIS16/15 and MIS12/11) on ODP Site 849 (equatorial Pacific) allowed me to show that changes in deep water chemistry estimated from the sedimentological dissolution proxies (e.g. %CaCO3, foraminifer shell weight and fragmentation, …) display incorrect amplitudes and temporal biases. Based on the comparison of benthic foraminifer B/Ca and δ¹³C, I was able (i) to highlight the link between oceanic CO2 degassing and deep-sea carbonate preservation in the Pacific and (ii) better unravel the dynamics of pelagic carbonate compensation.; Il a été récemment montré que le rapport B/Ca des foraminifères planctoniques dépend du pH des eaux de surface, tandis que celui des foraminifères benthiques dépend de la saturation en ions carbonates des eaux de fond. Ce nouveau traceur pourrait permettre de mieux contraindre les variations du cycle océanique du carbone, en particulier lors des changements glaciaire-interglaciaires (G/IG) du Pléistocène. Les objectifs de cette thèse étaient donc (1) de développer l’analyse du B/Ca des foraminifères par spectrométrie de masse (ICP-QMS) au LSCE ; (2) d’identifier certains biais potentiels de ce traceur pour en apprécier les limites; et (3) d’appliquer le B/Ca à des reconstructions paléocéanographiques. Les contaminations et la facilité avec laquelle le bore s’adsorbe (effet mémoire) rendent difficile son analyse dans les coquilles de foraminifères où le rapport B/Ca est faible, typiquement compris autour de ~ 40-120 µmol/mol pour les foraminifères planctoniques et ~ 100-250 µmol/mol pour les foraminifères benthiques. Les techniques de nettoyage des foraminifères et d’analyse par ICP-QMS que j’ai employées et améliorées permettent au final de mesurer le B/Ca des foraminifères avec une précision de l’ordre de 3.5%.A partir de l’étude de sédiments de surface prélevés le long d’un profil bathymétrique dans l’Atlantique (Sierra Leone Rise), j’ai pu montrer que la dissolution des tests de l’espèce planctonique Globigerinoides sacculifer se traduit par une perte préférentielle du bore. La dissolution croissante des coquilles de G. sacculifer le long du profil se traduit ainsi par une diminution de ~ 0.1 unités dans les estimations du pH des eaux de surface à partir du B/Ca, un ordre de grandeur similaire aux variations G/IG. Pour s ‘affranchir de cet effet de la dissolution, je propose une procédure de correction basée sur le B/Ca des foraminifères benthiques (ΔCO₃²⁻ des eaux de fond). Cependant, au-delà de l’effet de la dissolution, la reconstruction du paléo-pH des eaux de surface se heurte surtout aux contradictions des études récentes concernant la calibration du coefficient apparent de partition (KD) du bore dans la calcite des foraminifères planctoniques. Pour s’affranchir de la co-variance de la température, de la salinité et du CO₃²⁻ dans les eaux de surface Atlantique, qui peut masquer le(s) facteur(s) important(s) pour la calibration du KD, j’ai réalisé l’analyse du B/Ca de l’espèce Globigerinoides ruber sur des sommets de carottes de l’Atlantique et de l’Indo-Pacifique. Mes données suggèrent qu’il n’y a pas de relation robuste entre le KD et la température ou le CO₃²⁻ des eaux de surface. Pour souligner les incertitudes sur les reconstructions de paléo-pH depuis le dernier stade glaciaire, j’ai effectué une étude de sensibilité basée sur les données B/Ca de l’espèce G. ruber prélevée dans une carotte du Canal du Mozambique et je propose plusieurs pistes pour tenter d’améliorer, à terme, la compréhension du proxy B/Ca dans les foraminifères planctoniques.Si l’utilisation du B/Ca des foraminifères planctoniques est complexe et demande encore un gros travail de compréhension et de calibration, celle du B/Ca des foraminifères benthiques est plus simple, le B/Ca étant directement lié à la saturation en ions carbonates des eaux de fond. L’analyse du B/Ca de Cibicidoides wuellestorfi à travers deux transitions G/IG (MIS16/15 et MIS12/11) au site ODP 849 (Pacifique équatorial) m’a permis de montrer que les changements de la chimie des eaux de fond estimés à partir de traceurs sédimentaires de la dissolution (e.g. teneur en CaCO3, poids et fragmentation des foraminifères,..) ont des amplitudes erronées et présentent des biais temporels. Les profils de B/Ca et du d13C des foraminifères benthiques permettent de mettre en évidence i) le lien entre dégazage océanique de CO2 et préservation des carbonates et ii) la dynamique de la compensation des carbonates sédimentaires marins.

It has been shown recently that the B/Ca ratio of planktonic foraminifers depends on the seasurface water pH, while benthic foraminifer B/Ca depends on the carbonate ion saturation of deep water. This new tracer could allow to better constrain the variations of oceanic carbon cycle, especially during the glacial-interglacial transitions (G/IG) of the Pleistocene. The objectives of this thesis were therefore : (1) to develop the foraminiferal B/Ca analysis by mass spectrometry (ICP-QMS) at LSCE, (2) to identify some potential biases of this tracer to assess its limits and (3) to apply the B/Ca proxy to paleoceanographic reconstructions. Contaminations and the ease with which the boron may be adsorbed (memory effect) make it difficult to analyze it in foraminifer’s shells, which have low B/Ca, typically in the range ~40-120 µmol/mol for planktonic foraminifers and ~100-250 µmol/mol for benthic foraminifers. Foraminifers cleaning techniques and analysis by ICP-QMS that I used and improved now allow the foraminiferal B/Ca measure with an accuracy of about 3.5%. Based upon the study of surface sediments collected along a depth transect in the Atlantic (Sierra Leone Rise), I was able to show that dissolution of the planktonic species Globigerinoides sacculifer results in the preferential loss of boron. The increasing G. sacculifer dissolution with depth of deposition results, therefore, in a ~0.1 units decrease of the seasurface pH estimated from B/Ca, an order of magnitude similar to the expected G/IG variations. To overcome this dissolution effect, I propose a correction procedure based on the B/Ca of benthic foraminifera (bottom water ΔCO₃²⁻). However, the dissolution effect is not the only problem. When trying to reconstruct surface water paleo-pH, we also have to deal with the severe contradictions between recent studies which dealt with the calibration of the apparent boron partition coefficien (KD) in the calcite of planktonic foraminifers. To overcome the co-variance of temperature, salinity and CO₃²⁻ in Atlantic surface waters, which can mask the real important(s) factor(s) for KD calibration, I analyzed the B/Ca of Globigerinoides ruber picked from both Atlantic and Indo-Pacific core-tops. My data suggest that there is no robust relationship between KD and temperature or CO₃²⁻ water surface. To emphasize the uncertainties on the reconstruction of paleo-pH since the last glacial stage, I conducted a sensitivity test based on G. ruber B/Ca data from a Mozambic Channel core. I propose several ways to try to improve our understanding of the B/Ca proxy in planktonic foraminifers. If the use of planktonic foraminifer B/Ca is complex and still requires some dedicated work to understand the problems and improve the calibrations, the use of benthic foraminifer B/Ca is more simple, the B/Ca being directly related to the carbonate ion saturation of bottom waters. Analyses of Cibicidoides wuellestorfi B/Ca through two G/IG transitions (MIS16/15 and MIS12/11) on ODP Site 849 (equatorial Pacific) allowed me to show that changes in deep water chemistry estimated from the sedimentological dissolution proxies (e.g. %CaCO3, foraminifer shell weight and fragmentation, …) display incorrect amplitudes and temporal biases. Based on the comparison of benthic foraminifer B/Ca and δ¹³C, I was able (i) to highlight the link between oceanic CO2 degassing and deep-sea carbonate preservation in the Pacific and (ii) better unravel the dynamics of pelagic carbonate compensation.; Il a été récemment montré que le rapport B/Ca des foraminifères planctoniques dépend du pH des eaux de surface, tandis que celui des foraminifères benthiques dépend de la saturation en ions carbonates des eaux de fond. Ce nouveau traceur pourrait permettre de mieux contraindre les variations du cycle océanique du carbone, en particulier lors des changements glaciaire-interglaciaires (G/IG) du Pléistocène. Les objectifs de cette thèse étaient donc (1) de développer l’analyse du B/Ca des foraminifères par spectrométrie de masse (ICP-QMS) au LSCE ; (2) d’identifier certains biais potentiels de ce traceur pour en apprécier les limites; et (3) d’appliquer le B/Ca à des reconstructions paléocéanographiques. Les contaminations et la facilité avec laquelle le bore s’adsorbe (effet mémoire) rendent difficile son analyse dans les coquilles de foraminifères où le rapport B/Ca est faible, typiquement compris autour de ~ 40-120 µmol/mol pour les foraminifères planctoniques et ~ 100-250 µmol/mol pour les foraminifères benthiques. Les techniques de nettoyage des foraminifères et d’analyse par ICP-QMS que j’ai employées et améliorées permettent au final de mesurer le B/Ca des foraminifères avec une précision de l’ordre de 3.5%.A partir de l’étude de sédiments de surface prélevés le long d’un profil bathymétrique dans l’Atlantique (Sierra Leone Rise), j’ai pu montrer que la dissolution des tests de l’espèce planctonique Globigerinoides sacculifer se traduit par une perte préférentielle du bore. La dissolution croissante des coquilles de G. sacculifer le long du profil se traduit ainsi par une diminution de ~ 0.1 unités dans les estimations du pH des eaux de surface à partir du B/Ca, un ordre de grandeur similaire aux variations G/IG. Pour s ‘affranchir de cet effet de la dissolution, je propose une procédure de correction basée sur le B/Ca des foraminifères benthiques (ΔCO₃²⁻ des eaux de fond). Cependant, au-delà de l’effet de la dissolution, la reconstruction du paléo-pH des eaux de surface se heurte surtout aux contradictions des études récentes concernant la calibration du coefficient apparent de partition (KD) du bore dans la calcite des foraminifères planctoniques. Pour s’affranchir de la co-variance de la température, de la salinité et du CO₃²⁻ dans les eaux de surface Atlantique, qui peut masquer le(s) facteur(s) important(s) pour la calibration du KD, j’ai réalisé l’analyse du B/Ca de l’espèce Globigerinoides ruber sur des sommets de carottes de l’Atlantique et de l’Indo-Pacifique. Mes données suggèrent qu’il n’y a pas de relation robuste entre le KD et la température ou le CO₃²⁻ des eaux de surface. Pour souligner les incertitudes sur les reconstructions de paléo-pH depuis le dernier stade glaciaire, j’ai effectué une étude de sensibilité basée sur les données B/Ca de l’espèce G. ruber prélevée dans une carotte du Canal du Mozambique et je propose plusieurs pistes pour tenter d’améliorer, à terme, la compréhension du proxy B/Ca dans les foraminifères planctoniques.Si l’utilisation du B/Ca des foraminifères planctoniques est complexe et demande encore un gros travail de compréhension et de calibration, celle du B/Ca des foraminifères benthiques est plus simple, le B/Ca étant directement lié à la saturation en ions carbonates des eaux de fond. L’analyse du B/Ca de Cibicidoides wuellestorfi à travers deux transitions G/IG (MIS16/15 et MIS12/11) au site ODP 849 (Pacifique équatorial) m’a permis de montrer que les changements de la chimie des eaux de fond estimés à partir de traceurs sédimentaires de la dissolution (e.g. teneur en CaCO3, poids et fragmentation des foraminifères,..) ont des amplitudes erronées et présentent des biais temporels. Les profils de B/Ca et du d13C des foraminifères benthiques permettent de mettre en évidence i) le lien entre dégazage océanique de CO2 et préservation des carbonates et ii) la dynamique de la compensation des carbonates sédimentaires marins.

Calcareous deposits forming within caves, also known as speleothems, have become acknowledged paleoclimatic archives. One of their main interests is that they can be absolutely dated by Uranium-Thorium methods. However, traditionally used speleothem climatic proxies cannot be directly translated into environmental variables such as the mean annual temperature or the amount of annual rainfall. In some contexts, the variations of trace element concentrations in speleothem calcite could be linked to past climatic changes, but the robustness of trace element signals between speleothems of the same or nearby caves is still questionable.We determined by ICP-MS the concentrations of several families of chemical elements (alkaline-earth metals, uranium, rare-earth elements) in stalagmites from two caves located in Southern France (Villars cave in Dordogne and Chauvet Cave in Ardèche) spanning the last 50,000 years. The selected speleothems had already been dated and their stable isotope profiles had proven to record paleoenvironmental fluctuations occurring during three separate periods: the Marine Isotopic Stage 3 or MIS 3 (~50-30 ka), the Last Deglaciation (~20-10 ka), and the end of the Holocene (~2-0 ka).Variations of alkaline-earth metals recorded in two stalagmites from Villars Cave during MIS 3 are significant and robust. Notably, Sr concentrations follow the rapid climatic changes recorded in the Northern Hemisphere. Furthermore, several trace elements behave similarly during the Last Deglaciation in the Villars and the Chauvet Cave. Finally, changes of the vegetation cover above the cave are likely to have caused the synchronous fluctuations of the trace element and stable isotope contents that happened during the last two thousand years in Villars speleothems.Lastly, the partition coefficients of alkaline-earth metals, uranium and rare-earth elements were measured in different sites and conditions and proved to be very site-dependent., Les spéléothèmes (concrétions carbonatées se formant dans les zones karstiques) sont des archives paleo-climatiques reconnues, dont l’intérêt majeur est de pouvoir être datées précisément par la méthode Uranium-Thorium. En revanche, les traceurs traditionnellement utilisés pour reconstruire les climats passés à partir de ces objets géologiques ne sont pas directement quantifiables en termes de paramètres climatiques comme la température moyenne, ou la quantité de précipitation. Les variations des concentrations en éléments traces contenus dans les spéléothèmes ont pu être relié dans certains sites aux changements climatiques passés, mais des doutes existent sur la robustesse de leur signal au sein d’une même grotte et entre différents sites.Nous nous sommes appliqués à déterminer les variations au cours des 50 000 dernières années de plusieurs catégories d’éléments (alcalino-terreux, uranium, et terres rares) dans des stalagmites de deux grottes situées dans le sud de la France (les grottes de Villars en Dordogne et de Chauvet en Ardèche), par spectrométrie ICP-MS. Les spéléothèmes sélectionnés ont déjà été datés et ont enregistré les variations paleo-environnementales à travers les isotopes stables de la calcite. Trois périodes d’étude caractérisées par des changements particuliers sont étudiées: le stade isotopique 3 de la dernière période glaciaire (~50-30 ka), la dernière déglaciation (~20-10 ka) et la fin de l’Holocène (~2-0 ka).Le signal des variations des alcalino-terreux à Villars pendant le stade isotopique 3 est significatif et robuste. La variabilité du strontium notamment, qui provient de processus hydrologiques intra-karst, suit les événements climatiques rapides enregistrés dans l’hémisphère Nord. D’autre part, le comportement de nombreux éléments traces pendant la déglaciation est similaire entre les grottes de Villars et de Chauvet. Enfin, des changements du couvert végétal sont probablement à l’origine des changements synchrones enregistrés par les éléments traces et les isotopes stables de la calcite au cours des deux derniers millénaires à Villars.Par ailleurs, l’étude des coefficients de partition des alcalino-terreux, de l’uranium et des terres rares dans des conditions variées montre l’importante de la variabilité inter-site de leur partitionnement.

Volatile elements released from the subducting slab play a fundamental role during the formation of arc magmas in the mantle wedge. Advances of melt inclusion studies enlarged the data on volatile abundance in arc magmas, and it is now possible to characterize some volatile contents in arc primary magmas, in particular F and Cl. A recent study of Mt Shasta melt inclusions (LeVoyer et al., 2010) shows that fractionation of F and Cl potentially contains information about arc magma genesis. In order to trace the source of arc magmas, fluorine and chlorine partitioning was investigated. Here, I present new experimental determinations of Cl and F partition coefficients between dry and hydrous silicate melts and mantle minerals: olivine, orthopyroxene, clinopyroxene, plagioclase, garnet and also pargasite and phlogopite. The values were compiled from more than 300 measurements in 24 melting experiments, conducted between 8 and 25 kbars and between 1180 and 1430˚C. The low abundance F, Cl measurements in minerals were done by Cameca IMF 1280 at WHOI using the negative secondary ion mode. The results show that DOpx/meltF ranges from 0.123 to 0.021 and DCpx/meltF ranges from 0.153 to 0.083, while Cl partition coefficient varies from DOpx/meltCl from 0.002 to 0.069 and DCpx/meltCfrom 0.008 to 0.015, as well. Furthermore, DOl/meltF ranges from 0.116 to 0.005 and DOl/meltCl from 0.001 to 0.004; DGrt/meltF ranges from 0.012 to 0.166 and DGrt/meltCl from 0.003 to 0.087 with the increasing water amount and decreasing temperature. I also show that F is compatible in phlogopite DPhl/meltF > 1.2) while DAmp/meltF is incompatible in pargasite DAmp/meltF from 0.36 to 0.63). On the contrary, Cl is more incompatible in phlogopite (DPhl/meltCl > 1.2 on average 0.09 ± 0.02), than in pargasite (DPhl/meltCl from 0.12 to 0.38). This study demonstrates that F and Cl are substituted in specific oxygen site in minerals that lead then to be more sensitive than trace elements to crystal chemistry and water amount variations thus melting conditions. Using those new partition coefficients, I modelled melting of potential sub-arc lithologies with variable quantity aqueous-fluid. This model is able to decipher 1) amount of aqueous-fluid involved in melting, 2) melting induced by fluid or melting of an hydrous mineral-bearing source and 3) melting of either pargasite-bearing lithology or phlogopite-bearing lithology and shows that sources of some primitive melts, for instance from Italy, bear pargasite and phlogopite, while some primitve melts seem to be the results of fluid-induced melts., Les éléments volatils libérés de la plaque plongeante lors de la subduction jouent un rôle fondamental durant la formation des magmas d'arc dans le coin mantellique. Depuis quelques années, les développements des techniques d'analyse par sonde ionique ont permis l'analyse de ces éléments, en particulier F et Cl, dans les magmas d'arc, et notamment dans les magmas d'arc primaires grâce aux avancées des études sur les inclusions magmatiques. Une récente étude des inclusions magmatiques du Mont Shasta (E. U.) (Le Voyer et al., 2010) a montré que le fractionnement du F et du Cl apportait des informations sur la genèse des magmas d'arc. Afin de caractériser la source de ces magmas, j'ai étudié les coefficients de partage du fluor et du chlore. Dans cette étude, je présente les premiers coefficients de partage du F et du Cl, entre des liquides de fusions silicatés anhydres et hydratés et des minéraux mantelliques tels que olivine, orthopyroxène, clinopyroxène, plagioclase, grenat ainsi que pargasite et phlogopite. Les valeurs sont issues de 300 mesures dans 24 expériences de fusion, réalisées entre 8 et 25 kbars et, 1180 et 1430˚C. Les faibles concentrations en F et Cl dans les minéraux ont été analysées par la sonde ionique Cameca IMF 1280 de WHOI en utilisant le mode d'ions secondaires négatifs. Les résultats montrent que DOpx/meltF varient de 0.123 à 0.021 et DCpx/meltF de 0.153 à 0.083, tandis que DOpx/meltCl varient de 0.002 à 0.069 et DCpx/meltCl de 0.008 à 0.015. De plus, DOl/meltF de 0.116 à 0.005 et DOl/meltCl de 0.001 à 0.004 ; DGrt/meltF de 0.012 à 0.166 et DGrt/meltCl de 0.003 à 0.087 avec l'augmentation de la teneur en eau et la diminution de la température dans les expériences. Je montre aussi que le F est compatible dans la phlogopite (DPhl/meltF >1.2) alors qu'il est incompatible dans la pargasite (DAmp/meltF de 0.36 à 0.63). A l'inverse, Cl est plus incompatible dans la phlogopite (DPhl/meltCl en moyenne 0.09±0.02), que dans la pargasite (DAmp/meltCl de 0.12 à 0.38). Cette étude démontre que F et Cl sont substitués dans des sites spécifiques de l'oxygène, ce qui les rend plus sensibles que les éléments traces aux variations de chimie des cristaux et de la quantité d'eau, et donc aux conditions de fusion. En utilisant ces nouveaux coefficients de partage, j'ai modélisé la fusion de lithologies potentielles du manteau sub-arc permettant de 1) déterminer la quantité de fluide aqueux impliqué dans la fusion, 2) distinguer la fusion induite par apport de fluides de la fusion d'une source à minéraux hydratés et 3) la fusion d'une lithologie à pargasite de celle à phlogopite, et montre que la source de certains magmas primaires d'arc, par exemple d'Italie, contient de la pargasite et de la phlogopite, tandis d'autres magmas primaires d'arc résultent d'une fusion par apport de fluides.

Cherts, which are siliceous rocks, are considered as possible proxies of paleo-environmental conditions of the Early Earth. These rocks contain various forms of quartz, microquartz being the predominant one. The study of oxygen and silicon isotopic composition in the various forms of silica in cherts of different ages, from 3,5 Ga to 1,9 Ga, allowed to better understand the origin and the formation of these rocks and allowed to try to reconstruct paleo-temperatures for Precambrian seawater. Isotopic measurements were obtained with the ims 1270 multicollector ion microprobe with a precision better than 0,2 for [delta]18O and of 0,3 for [delta]30Si. These analyses were combined with the measurement of traces elements concentrations (B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Fe) with the ims 3f ion microprobe, with a petrographical study of microquartz and with the study of fluid inclusions in quartz veins. The major result is the existence at a micrometer scale of a large range of variations for [delta]18O (between 1 to 14) and [delta]30Si (between 2 to 5). In the Gunflint cherts, the range of [delta]18O variation has been interpreted as due to diagenesis and has been used to reconstruct oceanic paleo-temperatures. The calculated temperatures range from +37°C to +52°C, suggesting an hot ocean during the Precambrian era if Gunflint cherts are representative of global environmental conditions. The [delta]30Si variations associated with that of trace elements concentrations allow to constrain the various origins of these cherts. The effect of fluid circulations on the isotopic compositions has been characterized by [delta]18O and [delta]30Si analyses and by fluid inclusions study. It is shown that in some cases the [delta]18O value of microquartz can be totally re-equilibrated with the hydrothermal or metamorphic fluids. The approach developed in this thesis will be decisive in future studies of Archean cherts for paleotemperature reconstructions, Les cherts, roches siliceuses, sont souvent considérés comme des marqueurs des conditions environnementales de la Terre primitive. Ces roches sont constituées de quartz sous différentes formes dont le quartz microcristallin ou microquartz est la forme majoritaire. Le but de cette thèse est d'étudier à l'échelle micrométrique les compositions isotopiques de l'oxygène et du silicium des différentes formes de silice dans des cherts d'âges variés, allant de 3,5 à 1,9 Ga afin de mieux comprendre l'origine et le mode de formation de ces roches et d'essayer d'améliorer les reconstructions des températures océaniques du Précambrien. Les mesures isotopiques, réalisées à la sonde ionique ims 1270, ont une précision meilleure que 0,2 pour le [delta]18O et de l'ordre de 0,3 pour le [delta]30Si. Ces analyses isotopiques ont été combinées avec l'analyse des éléments traces (B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Fe) avec la sonde ionique 3f, avec une étude pétrographique détaillée du microquartz et avec l'analyse des inclusions fluides des veines de quartz. Le résultat principal est la mise en évidence de grandes gammes de variation du [delta]18O (entre 1 et 14) et du [delta]30Si (entre 2 et 5 ) à l'échelle micrométrique dans le microquartz. La gamme de variation du [delta]18O a pu être interprétée dans les échantillons datés de 1,9 Ga comme témoignant de l'histoire diagenètique de ces roches. Cette gamme permet, en corrigeant de l'effet de la diagenèse, de reconstruire des températures océaniques à 1,9 Ga entre 37 et 52°C, ce qui laisse suggérer un océan assez chaud au Précambrien si ces échantillons sont représentatifs de conditions globales. Dans le cas des échantillons datés à 3,5 Ga, les variations de [delta]30Si et de concentrations en éléments traces apportent des informations sur les origines variées des cherts. Enfin, l'effet des circulations fluides sur les compositions isotopiques du microquartz a été caractérisé par l'analyse isotopique du [delta]18O et du [delta]30Si et par l'étude des inclusions fluides. Il est démontré que dans certains cas le [delta]18O du microquartz peut être entièrement rééquilibré avec les fluides hydrothermaux ou métamorphiques. L'approche développée dans cette thèse devra dans le futur être appliquée systématiquement à l'étude des cherts aux fins de reconstructions paléo-environnemantales

In order to understand the mechanisms of migration and deposition of ore elements, it is essential to determine the timing, source, and destination of the geochemical element mass transfers and/or transportation on a scale encompassing the great sedimentary basins. The purpose of this study is to trace and to date the element migrations that occurred during the history of a Paleoproterozoic clastic sedimentary basin, the Athabasca Basin, which hosts the world's largest and richest uranium deposits. As this geological environment was proved to be efficient to preserve high grade ore deposits for over more than one billion years, it provides an opportunity to study some natural analogues of deep geological nuclear waste storage., Déterminer à quel moment, de quel source, et vers où, les éléments géochimiques ont été transférés ou transportés à l'échelle des grands bassins sédimentaires constitue un enjeu majeur pour la compréhension des mécanismes de migration et de concentration des métaux. L'objectif de cette étude est de tracer et dater les migrations d'éléments qui ont eu lieu au cours de l'histoire d'un bassin sédimentaire clastique Protérozoïque, le bassin Athabasca, à la base duquel ont été découverts les gisements métalliques les plus riches du monde. Cet environnement, capable de préserver de fortes concentrations uranifères pendant plus d'un milliard d'années, représente un bon terrain d'étude d'analogues naturels du concept de stockage souterrain des déchets radioactifs.

This work deals with the water quality assessment of large rivers in the world, and especially with tropical rivers. Trough the monitoring of water discharge, suspended and dissolved matter fluxes over a seven year period (1991 to 1998), this study shows the specific processes occurring in the two parts of the studied watershed : the upper Niger river, and his inland delta, a very large flood-plain.The study of water discharge on the upper watershed shows that the monitoring period is contrasted and representative of the hydrological fluctuations over the 25 years of drought. The temporal and spatial variability of suspended matter exported to the inland delta also permits to propose a simple modelling of processes involved. The water quality study shows that the river Niger and its tributaries have very low concentrations of dissolved major and trace elements. At a global scale, the weakness of annual runoff, lithology (silicate rocks), and low basin relief are the principal factors explaining the low mechanical and chemical rates observed. The results confirm that the chemical pollution of the Niger river in Mali is currently low.Estimation of water, sediment and dissolved discharge inputs and outputs through the inland delta proves that this zone plays an important role in the water balance (30 to 45% of input is lost) and for the fluvial deposits (they amount to 26 à 54 % of input for suspended matter and to about 30% for dissolved matter). These rates are directly or indirectly linked to the spatial and temporal variability of the inundation. This variability regulates the importance of complex processes occurring in the inland delta. This work also confirms that two zones must be distinguished in the functioning of the delta, a upper part witch is specifically a deltaic zone, and a lower part witch has a particular morphology with inundation of lesser extent. Differences between these two zones are particularly evidenced for high magnitude annual flood stages.; Ce travail s'inscrit dans le cadre des problématiques liées à l'étude des grands fleuves du globe, et notamment à celle des fleuves tropicaux unimodaux. En se basant sur un suivi des flux hydriques, particulaire et dissous transportés par le fleuve Niger au Mali de 1991 à 1998, cette étude a permis de différencier les processus mis en jeu sur les deux zones du bassin versant étudié, le bassin amont du fleuve Niger et son delta intérieur, vaste plaine d'inondation. L'étude des apports hydriques du bassin amont a ainsi montré que la période d'étude était contrastée, représentative des fluctuations hydrologiques de ces 25 dernières années déficitaires. L'étude des flux de matières en suspension exportés vers le delta intérieur du Niger a permis de mettre en évidence la variabilité temporelle et spatiale des concentrations en MES et de proposer une modélisation simple des processus mis en jeu. L'étude de la chimie des eaux du Niger amont (éléments majeurs et traces) a montré que les cours d'eau étudiés sont très peu minéralisés et que la charge solide est essentiellement inorganique. A l'échelle globale, la faiblesse de la lame écoulée, la lithologie (roches silicatées) et la faiblesse du relief sont les principaux facteurs expliquant les faibles taux de transport particulaire et dissous observés. L'essentiel des résultats ont confirmé la faiblesse actuelle de la pollution chimique de ce grand fleuve africain au Mali.L'étude des bilans hydriques, particulaires et dissous entre les entrées et les sorties du delta intérieur du Niger ont confirmé le rôle important que joue cette zone sur le bilan hydrique (les pertes en eaux représentent de 30 à 45% des entrées) et dans la capture de quantités de matières particulaires et dissoutes importantes, qui sont ainsi soustraites aux apports aux océans, tout du moins de manière temporaire. Les pertes de matières particulaires s'élèvent de 26 à 54 % des entrées, celles de matières dissoutes à environ 30% des entrées. L'ensemble de ces pertes est lié plus ou moins directement à l'extension spatio-temporelle de l'inondation (évapotranspiration, dépôts). Celle-ci règle l'intensité de nombreux processus complexes qui se produisent dans le delta. Ce travail a également confirmé les fonctionnements hydrochimiques très différents entre sa partie amont, proprement deltaïque, et sa partie aval, caractérisée par des zones inondées plus réduites et une morphologie différente. Ces différences de fonctionnement sont exacerbées pour les crue de forte hydraulicité.

Not available, Des études récentes ont montré l'accumulation continue des éléments tracés dans les sols, provoquant des atteintes pour l'environnement et présentant même des dangers pour la santé humaine. De ce fait, apparait aujourd'hui la nécessite d'avoir une nouvelle politique qui peut mettre en place dans un cadre réglementaire et juridique les moyens de protection des milieux naturels. Ce travail de thèse a été effectué dans le but d'établir, au moyen de méthodes statistiques et géostatistiques, un outil de diagnostic et d'évaluation de la qualité du sol et d'apprécier les risques correspondants, afin de contribuer à la détermination de valeurs guides pour les sols français. Dans un premier temps, après avoir rappelé les différents aspects normatifs en Europe et aux USA, ainsi que l'état actuel en France, nous nous attachons à présenter, de façon exhaustive, la répartition des éléments traces dans les différents types de roches et de sols. Vient ensuite une présentation de leur répartition dans les sols au niveau national, dont nous montrons que l'analyse statistique peut permettre d'interpréter au mieux la dynamique et les sources naturelles ou dues à des activités humaines des éléments traces induits dans un sol. Nous mettons notamment l'accent sur la comparaison des teneurs en éléments traces dans les sols français avec les valeurs communément adoptées comme normes ou valeurs guides par les différents pays. Dans un second temps, quatre niveaux de la distribution d'un élément trace dans un sol ont été défini : la concentration de base, le fond géochimique, la contamination et la pollution. Basé sur cette constatation, une méthode a été développée par la suite, avec, pour objectif de différencier le fond géochimique. Un jeu de données de 12 feuilles, 14000 échantillons dans les régions des Vosges et d'Alsace a été fourni par le BRGM afin de mettre au point et de valider les résultats. Enfin, la distribution spatiale des éléments tracés a été modélisée par des méthodes géostatistiques. Une estimation par la méthode de krigeage de probabilité a eu pour objectif la délimitation de la zone de pollution et l'établissement de cartes de risques face à un usage précis du sol.

Not available, Des études récentes ont montré l'accumulation continue des éléments tracés dans les sols, provoquant des atteintes pour l'environnement et présentant même des dangers pour la santé humaine. De ce fait, apparait aujourd'hui la nécessite d'avoir une nouvelle politique qui peut mettre en place dans un cadre réglementaire et juridique les moyens de protection des milieux naturels. Ce travail de thèse a été effectué dans le but d'établir, au moyen de méthodes statistiques et géostatistiques, un outil de diagnostic et d'évaluation de la qualité du sol et d'apprécier les risques correspondants, afin de contribuer à la détermination de valeurs guides pour les sols français. Dans un premier temps, après avoir rappelé les différents aspects normatifs en Europe et aux USA, ainsi que l'état actuel en France, nous nous attachons à présenter, de façon exhaustive, la répartition des éléments traces dans les différents types de roches et de sols. Vient ensuite une présentation de leur répartition dans les sols au niveau national, dont nous montrons que l'analyse statistique peut permettre d'interpréter au mieux la dynamique et les sources naturelles ou dues à des activités humaines des éléments traces induits dans un sol. Nous mettons notamment l'accent sur la comparaison des teneurs en éléments traces dans les sols français avec les valeurs communément adoptées comme normes ou valeurs guides par les différents pays. Dans un second temps, quatre niveaux de la distribution d'un élément trace dans un sol ont été défini : la concentration de base, le fond géochimique, la contamination et la pollution. Basé sur cette constatation, une méthode a été développée par la suite, avec, pour objectif de différencier le fond géochimique. Un jeu de données de 12 feuilles, 14000 échantillons dans les régions des Vosges et d'Alsace a été fourni par le BRGM afin de mettre au point et de valider les résultats. Enfin, la distribution spatiale des éléments tracés a été modélisée par des méthodes géostatistiques. Une estimation par la méthode de krigeage de probabilité a eu pour objectif la délimitation de la zone de pollution et l'établissement de cartes de risques face à un usage précis du sol.