Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Géochimie des isotopes stables“

L’exploitation intensive des ressources en eaux souterraines du bassin Chougafiya a largement influencé le fonctionnement hydrodynamique de la nappe phréatique. Elle a provoqué une inversion du gradient hydraulique et une invasion des eaux minéralisées en provenance de la nappe du Sabkhas El Batten. Afin de mettre en évidence l’effet de cette intrusion salée sur l’hydrodynamisme de la nappe phréatique, une étude multidisciplinaire basée sur les méthodes de l’hydrogéologie et la géochimie a été menée. L’étude hydrochimique a montré que le faciès des eaux évolue entre un pôle chloruré sulfaté calcique et chloruré sodique. Les principaux phénomènes géochimiques intervenant dans l’acquisition de la charge saline sont liés à l'interaction eau-roche (dissolution des minéraux évaporitiques) et à l'échange cationique. Cependant, la composition chimique des eaux minéralisées situées dans les parties centrale et méridionale du bassin d'étude est nettement influencée par un processus de mélange avec l'eau de la nappe du Sabkhas. Le traçage naturel des eaux au moyen des isotopes stables (18O, 2H) a permis d’identifier des eaux d’origine météorique et à caractère non évaporé, tandis que les eaux à caractère évaporé s’alignent selon une droite de mélange avec l’eau souterraine de la Sabkhas. L’évolution des teneurs en 3H et 14C témoigne d’une forte contribution des eaux récentes à la recharge de la nappe phréatique dans les secteurs nord et ouest, alors que les faibles activités enregistrées au centre et à l’est de la plaine reflètent la présence d’une lithologie peu perméable. L’étude des isotopes du carbone a permis de comprendre le schéma du fonctionnement de la nappe étudiée et d’estimer le temps de séjour des eaux. D’ailleurs, les âges calculés varient de l’actuel jusqu’à 7 814 ans BP. L’enrichissement isotopique en carbone-13 qui apparaît au fil de l’écoulement est révélateur de phénomènes d’échanges isotopiques avec la matrice carbonatée de l’aquifère.

La radioactivité en général, certains isotopes en particulier, sont de plus en plus utilisés dans le domaine médical pour détecter des maladies et contribuer à en guérir. Orano Chimie Enrichissement est également en passe de se mettre au service de nouveaux secteurs dont le médical, en produisant des isotopes stables.

Si la relation entre l’enregistrement géochimique au sein de ces travertins et les paramètres environnementaux semble admise, le détail des processus, notamment cinétique et dégazage, ainsi que leur poids respectifs dans les reconstitutions paléoenvironnementales ne sont clairement établis. Afin de mieux contraindre ces processus, un travail minutieux de reconnaissance des mécanismes de précipitation et d’enregistrement de la signature géochimique a été effectué sur les travertins –récents et fossiles- d’une source carbogazeuse située dans le Massif Central (France). Il couple expériences de laboratoire innovantes et travail sérié sur le terrain.Le taux de dégazage du CO2 dans les sources carbogazeuses est l’un des facteurs principaux conduisant aux conditions de précipitation via la modulation du taux de précipitation de la calcite et par conséquent, sa composition en 18O et 13C. Les tests en laboratoire ont été conduits en deux étapes : (1) caractérisation des mécanismes de dégazage seuls, et (2) des expériences combinant dégazage et précipitation pour mieux appréhender les processus cinétiques lors de la précipitation des travertins. En parallèle, un travail de terrain spécifique par pose de plaques de plexiglas le long de différents écoulement de la source, nous a permis de connaitre la résolution de précipitation des travertins et d’obtenir une meilleure estimation des facteurs de fractionnement.Les tests en laboratoire confirment que, lors d’un dégazage important, i.e. conduisant à la précipitation de travertins, la spéciation des espèces du carbone inorganique dissout (CID) et les flux entre ces espèces sont des paramètres primordiaux à considérer. Le facteur de fractionnementεDIC-CO2(g) qui dépend du pH suit alors une distillation de Rayleigh dans un système cinétique. Les évolutions des espèces carbonées en solution ont ainsi pu être modélisées à l’aide d’une équation de diffusion faisant intervenir les paramètres propres à l’expérience.Les résultats de terrain permettent de démontrer que les variations de conditions de précipitation sont principalement dues aux variations de conditions hydrodynamiques et, secondairement, aux variations de température, ce qui a pu être modélisé à l’aide de l’équation définie par Plummer en 1968 et qui a montré la variabilité des conditions de précipitation in-situ. Dans le cas des expériences de précipitation en laboratoire et par comparaison avec les données de terrain, le facteur de fractionnement εCID-calcite va dépendre des concentrations de chaque espèce de CID mais aussi de la partition du carbone entre phase gaz et phase solide. Pour l’oxygène 18, de 0°C à 10°C, les résultats acquis sur les travertins actuels nous ont permis d’utiliser la droite définie récemment par Coplen (2007) pour lier de façon fiable la température au moment de la précipitation et le facteur de fractionnement. Toutefois, pour des températures plus élevées, le facteur de fractionnement est plus important que ce qu’il devrait et confirmant ainsi la non-représentativité des droites de Coplen pour la détermination de la température de précipitation. Lors des expériences de précipitation la tendance est inverse à celle observée pour les travertins confirmant l’influence de la vitesse de dégazage et de l’indice de saturation sur le fractionnement isotopique. Nous avons également confirmé avec les expérimentations, l’impact de la vitesse de précipitation sur les teneurs isotopiques enregistrées dans les travertins.Ce travail a mis en lumière des mécanismes cinétiques complexes et qui ne sont pas complètement contraints par la seule utilisation des outils isotopiques. L’utilisation du partitionnement des éléments traces est un outil primordial pour appuyer l’étude de ces mécanismes
The response of continental groundwater systems to recent climate fluctuations can be reconstructed via the continuous measurement of groundwater level, spring flow and climatic chronicles. When any data exist, recent reconstructions of groundwater dynamics may be reached through various recorders of environmental and hydrological conditions such as travertine. Although the relationship between geochemical records in travertine and environmental parameters seems to be accepted, the details of processes and their respective weight in the paleo-information are not clearly established.Rate of CO2 degassing in CO2-rich spring likely influences calcite precipitation rate and the related δ18O and δ13C composition. Isotopic equilibrium is rarely maintained during travertine deposition and the degassing rate is the main controlling factor of the disequilibrium. Due to the lack of knowledge, fractionation processes, either kinetic or equilibrium, occurring between CO2-rich water, gas and travertine required specific pH and temperature-controlled laboratory tests. These tests were conducted on synthetic water at different pH to focus only on the degassing processes. Other tests were conducted on trace elements partitioning during calcite precipitation, to identify the origin of isotopic signature variability, and to constraint the way of recording past conditions.All these tests confirmed that during a degassing leading to travertine precipitation, the speciation of dissolved inorganic carbon species is a major parameter to be tackled since a linear relationship between εDIC-CO2(g) and pH is observed. Indeed, we highlighted that for a high degassing rate, the isotopic equilibrium is not reached because the reaction greater involves light isotopes than heavy ones. There is thus different reaction rate between the species of dissolved inorganic carbon, the reactions occurring faster in the water than the one between water and gas, the latter being controlled by diffusion

Les structures carbonatées élaborées par les organismes vivants reflètent, dans leur composition et leur structure, certaines variations des conditions du milieu. L'étude microstructurale et géochimique de coquilles de Concholepas concholepas (gastéropode des côtes du Chili et du Pérou) a été entreprise dans une perspective de reconstruction des conditions paléocéanographiques et paléo-climatiques au cours de l'Holocène. Ceci requiert, au préalable, la calibration entre un marqueur géochimique ("proxy") et un paramètre physico-chimique de l'environnement. La compréhension des modalités de croissance de C. Concholepas et l'établissement des bases d'une sclérochronologie de cette espèce, ont largement reposé sur des expériences de marquage des organismes à l'aide de fluorochromes. Ces expériences de marquage hebdomadaire ont aussi fourni un cadre chronologique adéquat pour la mise en oeuvre de l'étude géochimique des coquilles. Les mesures par spectrométrie de masse à ablation laser, microsonde électronique et SIMS nous ont ainsi permis d'obtenir des profils élémentaires et isotopiques dans la calcite des coquilles de C. Concholepas à l'échelle de quelques heures. Les mesures géochimiques indiquent que les teneurs en Mg et en delta 18O de la calcite de C. Concholepas montrent une relation avec les variations enregistrées de température. Cependant ces relations ne sont pas complètement linéaires. Des facteurs vraisemblablement liés à l'activité métabolique des organismes interviennent à divers niveaux dans l'incorporation des éléments mineurs et traces et dans les phénomènes de fractionnement isotopique pendant les processus de biominéralisation
The structure and composition of carbonate tests built by marine organisms may reflect environmental variations. The microstructural and geochemical study of Concholepas concholepas shells (gastropod living on the coasts of Chile and Peru) was undertaken with the aim to document the reconstruction of paleoceanographic and paleoenvironmental conditions during the Holocene. This requires, primarily, the calibration of a geochemical marker ("proxy") with a given physicochemical parameter of the environment. The understanding of the growth modalities of C. Concholepas and the establishment of the basis of a sclerochronology for this species were based upon marking experiments with fluorochroms. These experiments of weekly markings further provided an adequate chronological framework for the geochemical study of shells. Measurements by laser ablation ICP-MS, electronic microprobe and SIMS thus allowed us to obtain elementary and isotopic profiles in the calcite of C concholepas shells at a very high resolution (few hours) time-scale. The geochemical measurements within the calcite of C. Concholepas indicate that Mg abundance and delta 18O contents grossly covary with the recorded temperature. However, these relations are not completely linear. Factors probably related to metabolic activity of the organisms interfere at several levels in the incorporation of minor and trace elements and in the isotopic fractionation phenomena during the biomineralisation processes

Ce travail de thèse s’intéresse à deux zones de l’Atlantique Nord : la région subpolaire et la région subtropicale. Cette large couverture permet d’étudier le cycle de l’eau dans des régions hydrologiquement différentes, où des processus variés rentrent en jeu comme l’évaporation, la convection atmosphérique, la formation des précipitations, le cycle saisonnier de la glace de mer, les apports des rivières et des glaciers, et l’advection des masses d’eau et des masses d’air. Dans la région subtropicale, les variations des compositions isotopiques de la vapeur d’eau sont étudiées afin de comprendre le rôle de l’évaporation et du mélange avec la troposphère libre dans le contrôle de l’humidité et des compositions isotopiques à la surface des océans. Ces données innovantes recueillies in situ principalement au cours de l’été 2012 dans le gyre subtropical de l’Atlantique nord (campagne STRASSE) ont offert l’opportunité d’étudier les processus de fractionnement isotopique lors de l’évaporation océanique et le renouvellement de l’air de la couche limite atmosphérique. Aux plus hautes latitudes de l’océan Atlantique nord, la circulation de surface du gyre subpolaire permet le transfert d’eaux froides et dessalées en provenance de la région (sub)arctique vers l’intérieur du gyre. Dans le cadre de cette thèse, un jeu de données a été recueilli sur la période 2010-2014 et porte plus particulièrement sur la région du courant du Labrador et permet de se poser les questions suivantes : Comment le cycle de la glace de mer affecte la salinité de ces courants dessalés ? Comment évolue l’apport en eau météorique dans un contexte de fonte accélérée des glaciers continentaux ?
This thesis focuses on two regions of the North Atlantic: the subtropical gyre and the subpolar gyre. This large coverage allows an investigation of the water cycle in different hydrological regimes, where various processes take place such as sea ice seasonal cycle, rivers runoff, continental ice melt and advection of air and water masses. In the subtropical region, the variability of the isotopic composition of the water vapor is studied to understand the role of evaporation and mixing with free troposphere in humidity and isotopic compositions at the ocean surface. In particular, new data collected during summer 2012 (STRASSE cruise) gave the opportunity to explore kinetic fractionation processes during oceanic evaporation and air renewal in the atmospheric boundary layer. In the subpolar region, the surface circulation is cyclonic and transfers cold and fresh water from the arctic region to the interior of the subpolar gyre. For this thesis, data were collected between 2010 and 2014 from oceanographic cruises and commercial vessels to study the gyre interior and the main coastal currents carrying water from the arctic to lower latitudes. The study is mainly focused on the Labrador Current. There, isotopic measurements are used to identify the freshwater sources and to consider the following questions: How is the salinity of fresh currents affected by the sea ice formation and melting? How is the contribution of meteoric waters changing in a context of an acceleration of the melting of continental glaciers?

Les variations séculaires du δ13Corg, δ34S, Δ33S et du δ15N, au cours des temps géologiques, montrent des excursions remarquables à 2,7 Ga. Ces variations ont été étudiées précédemment de façon indépendante. Dans cette étude, nous avons mesuré les rapports isotopiques et les concentrations du carbone, du soufre et de l'azote dans les mêmes échantillons provenant de la Formation de Tumbiana (2,73 Ga). Les valeurs de δ13C de la matière organique varient de -43 à -34%o, reflétant ainsi une l'activité des microorganismes méthanotrophes. Les valeurs de δ 34S des sulfures montrent de faibles variations comprises entre -5,8 et 2,7%o, suggérant que l'environnement de la formation de Tumbiana était pauvre en sulfates. Les fractionnements indépendants de la masse du soufre (MIF- S) mesurés dans cette étude montrent des anomalies faibles mais significatives, indiquant des conditions environnementales anoxiques il y a 2,73 Ga. La mise en évidence d'une tendance positive entre l'enrichissement en 12C de la matière organique et l'augmentation des anomalies isotopiques du Soufre est probablement le reflet d'une diminution de la concentration en méthane atmosphérique liée à l'assimilation du méthane. L'azote sédimentaire montre un enrichissement en 15N important avec des valeurs comprises entre 8,6 et 50,4%o. Nous proposons dans cette étude que ces valeurs soient le reflet d'un processus biologique d'oxydation de l'ammonium en nitrite. Cette thèse reporte ainsi pour la première fois une étude intégrée des compositions isotopiques du C, de l'O, du S et de FN dans une formation Archéenne et suggère une augmentation du degré d'oxydation de l'océan 400 Ma avant le « Great Oxidation Event »
Secular variations of δ13Corg, δ34S, Δ33S et du δ15N through geological times show large shifts around 2,7 Ga. These shifts were mostly reported from independent sediment sections. In this study, we measured isotopic ratios and elemental contents of C, S and N in the same samples from a pristine drill core retrieved from the Tumbiana Formation (2,73 Ga). Organic δ 13C values vary from -43 to -34%o, reflecting variable contribution of 13C-depleted methanotrophic biomass. Sulfide δ 34S show small variation from -5,8 to 2,7%o, suggesting that the 2,73 Ga environment of the Tumbiana Formation was sulfate-limited. Mass-Independent-Fractionation of S isotopes show anomalies ranging between -0. 24 and 1. 64%o, indicating anoxic environmental conditions. A positive correlation between the 12C-enrichment of organic matter and increasing MIF-S was observed, maybe due to the decrease in atmospheric methane concentration as a result of biotic methane assimilation. Sedimentary N show strong 15N enrichment with 815N values ranging between 8,6 and 50,4%o. I propose here a process of the oxidation of ammonium to nitrite to explain these high 515N values. This thesis reports, for the first time, integrated C, N and S isotopes measurements in the same sedimentary formation at 2,73 Ga. It shows that δ 15N and δ 13C strong excursions are synchronous with the onset of Δ 33S increase while δ 34S variations remain minor. These integrated isotopes approach facilitate to identify different types of metabolisms with respect to environmental conditions. Our results suggest that a stepwise increase in the oceanic oxidation degree could exist 400 Ma before the Great Oxidation Event

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

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

Ce travail de thèse s’intéresse à deux zones de l’Atlantique Nord : la région subpolaire et la région subtropicale. Cette large couverture permet d’étudier le cycle de l’eau dans des régions hydrologiquement différentes, où des processus variés rentrent en jeu comme l’évaporation, la convection atmosphérique, la formation des précipitations, le cycle saisonnier de la glace de mer, les apports des rivières et des glaciers, et l’advection des masses d’eau et des masses d’air. Dans la région subtropicale, les variations des compositions isotopiques de la vapeur d’eau sont étudiées afin de comprendre le rôle de l’évaporation et du mélange avec la troposphère libre dans le contrôle de l’humidité et des compositions isotopiques à la surface des océans. Ces données innovantes recueillies in situ principalement au cours de l’été 2012 dans le gyre subtropical de l’Atlantique nord (campagne STRASSE) ont offert l’opportunité d’étudier les processus de fractionnement isotopique lors de l’évaporation océanique et le renouvellement de l’air de la couche limite atmosphérique. Aux plus hautes latitudes de l’océan Atlantique nord, la circulation de surface du gyre subpolaire permet le transfert d’eaux froides et dessalées en provenance de la région (sub)arctique vers l’intérieur du gyre. Dans le cadre de cette thèse, un jeu de données a été recueilli sur la période 2010-2014 et porte plus particulièrement sur la région du courant du Labrador et permet de se poser les questions suivantes : Comment le cycle de la glace de mer affecte la salinité de ces courants dessalés ? Comment évolue l’apport en eau météorique dans un contexte de fonte accélérée des glaciers continentaux ?
This thesis focuses on two regions of the North Atlantic: the subtropical gyre and the subpolar gyre. This large coverage allows an investigation of the water cycle in different hydrological regimes, where various processes take place such as sea ice seasonal cycle, rivers runoff, continental ice melt and advection of air and water masses. In the subtropical region, the variability of the isotopic composition of the water vapor is studied to understand the role of evaporation and mixing with free troposphere in humidity and isotopic compositions at the ocean surface. In particular, new data collected during summer 2012 (STRASSE cruise) gave the opportunity to explore kinetic fractionation processes during oceanic evaporation and air renewal in the atmospheric boundary layer. In the subpolar region, the surface circulation is cyclonic and transfers cold and fresh water from the arctic region to the interior of the subpolar gyre. For this thesis, data were collected between 2010 and 2014 from oceanographic cruises and commercial vessels to study the gyre interior and the main coastal currents carrying water from the arctic to lower latitudes. The study is mainly focused on the Labrador Current. There, isotopic measurements are used to identify the freshwater sources and to consider the following questions: How is the salinity of fresh currents affected by the sea ice formation and melting? How is the contribution of meteoric waters changing in a context of an acceleration of the melting of continental glaciers?

Les explorations scientifiques menées depuis une quarantaine d’années ont permis d'identifier la diversité et la complexité des processus géologiques et géochimiques conduisant à la concentration des métaux dans les grands fonds océaniques. Les dépôts métallifères riches en hydroxydes de Fer et de Manganèse, tels que les encroûtements hydrogénétiques et hydrothermaux et les nodules polymétalliques, présentent des enrichissements variés en éléments d'intérêts économiques tels que le Ni, Cu, Co, Te, Pt et les Terres Rares. Bien que la minéralogie et la géochimie de ces dépôts aient été largement étudiées dans la littérature, les sources de métaux restent encore mal déterminées. Par conséquent, comprendre la géochimie de ces dépôts implique d’une part, de connaître les processus participant à leur genèse, et d’autre part d’avoir de meilleures connaissances sur les sources impliquées (par ex. flux continental et hydrothermal) et leur importance dans les grands cycles biogéochimiques des métaux dans les océans. Afin d’apporter de nouveaux éléments de réponse, notre approche a consisté à utiliser les compositions isotopiques des métaux comme traceurs biogéochimiques. Ce projet est structuré autour de deux hypothèses, (1) le développement et l’utilisation d’un nouveau outil géochimique que sont les isotopes du Ni pour tracer les sources et les processus d’enrichissements en métaux dans les dépôts métallifères océaniques ; (2) la combinaison de plusieurs systèmes isotopiques tels que Fe, Pb, Cu et Zn (et Ni) dans les encroûtements de fer-manganèse comme proxy de la composition isotopique de l’eau de mer profonde. Après avoir développé une méthode d’analyse des isotopes du Ni par MC-ICP-MS et estimé la variabilité isotopique du Ni dans les systèmes naturels par la caractérisation des grands réservoirs terrestres, nous avons évalué expérimentalement le fractionnementisotopique du Ni lors de son adsorption sur les oxyhydroxydes de Fe et Mn comme analogue à ce qui pourrait se produire dans les dépôts de Fe-Mn naturels. Les résultats indiquent que lors de l’adsorption du Ni, la phase solide est enrichie en isotopes légers par rapport à la solution avec des facteurs de fractionnement (Δ60/58Nimin/sol) variant de -1 ‰ pour la birnessite, -0.9 ‰ pour la goethite et -0.4 ‰ pour la ferrihydrite. A partir de ces résultats et d’autres études récentes, nous avons pu appuyer l’hypothèse selon laquelle d’un point de vue global la variabilité isotopique du Ni dans les dépôts métallifères océaniques riches en Fe et Mn s’explique par des processus d’enrichissement et de formation lors de l’incorporation des métaux dans les phases minérales de Fe et Mn plutôt que par des variations des compositions isotopiques des sources. Ainsi les encroûtements hydrogénétiques formés lentement à partir de l’eau de mer ne montrent pas de fractionnement isotopique du Ni, tandis que les dépôts hydrothermaux formés par des processus rapides liés aux apports hydrothermaux montrent des fractionnements du Ni plus importants. Puis, afin d’évaluer la possibilité d’utiliser les signatures isotopiques du Ni comme nouveaux traceurs paléocéanographiques, nous avons mené une étude comparative sur des encroûtements collectés dans le Pacifique Nord (proche de Hawaii) et le Pacifique Sud (proche de Tahiti). Dans ce contexte, les ncroûtements de fer-manganèse formés par précipitation très lente de l’ordre de quelques mm/Ma entre 1500 et 3000 m de profondeur, fournissent un enregistrement de plusieurs millions d’années des métaux dissous dans l’eau de mer. Après avoir réalisé une étude minéralogique et géochimique (éléments majeurs et traces) et calibré les taux de croissance des encroûtements, nous avons mesuré pour la première fois les compositions isotopiques du Ni, Fe, Zn, Cu et Pb sur la même série temporelle
Scientific explorations implemented for around forty years allow to identifying the diversity and the complexity of geological and geochemical processes conducting to metals concentration on the deep seafloor. Fe- and Mn-rich metalliferous deposits such as hydrogenetic and hydrothermal ferromanganese (Fe-Mn) crusts and polymetallic nodules, present various enrichment in elements of economic interests like Ni, Cu, Co, Te, Pt and Rare Earth Elements. Although the mineralogy and geochemistry of these deposits have been largely studied in the literature, metal sources remain poorly determined. Accordingly, understanding the geochemistry of these deposits implies to know which processes are involved in their formation but also to have a better knowledge of the sources (e.g. the continental and hydrothermal fluxes) and their importance in the global oceanic metal biogeochemical cycles. In order to fill this gap, our approach consisted in using metal stable isotope compositions as biogeochemical tracers. This project is organized around two hypotheses, (1) development and utilization of a new geochemical tool, namely Ni isotopes, for tracing metal enrichment sources and processes in oceanic metalliferous deposits; (2) combination of several isotope systematics such as Fe, Pb, Cu, Zn (and Ni) in Fe-Mn crusts as proxies of the deep seawater isotope composition. Upon developing an analytical method for measuring Ni isotopes by MC-ICP-MS and estimating the Ni isotopes variability in natural systems through the characterization of terrestrial reservoirs, we experimentally evaluated Ni isotope fractionation during adsorption on Fe- and Mn-oxyhydroxides since similar processes may potentially occur in natural Fe-Mn deposits. Results indicate that after Ni adsorption, the solid phase is enriched in light Ni isotopes relatively to the solution with fractionation factors (Δ60/58Nimin/sol) varying from -1 ‰ for birnessite, -0.9 ‰ for goethite and -0.4 ‰ for ferrihydrite. These results, and other recent studies, strengthen our hypothesis according to which Ni isotopes variability in Fe- and Mn-rich metalliferous deposits can be explained by enrichment and formation processes during metal incorporation in Fe and Mn mineral phases rather than variations in the isotopic composition of the sources. Thus, hydrogenetic Fe-Mn crusts formed slowly from seawater dissolved metals do not show significant Ni isotope fractionation, whereas hydrothermal deposits formed by relatively rapid processes as a result of hydrothermal inputs exhibit important Ni isotope fractionation