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UNIVERSITÉ TOULOUSE III - PAUL SABATIER

UFR SVT

THÈSE

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ TOULOUSE III

Discipline : Géochimie de surface

Présentée et soutenue

par

Monsieur Frédéric BRUNET

Le 15 décembre 2004

Titre :

VARIATIONS DE LA SIGNATURE ISOTOPIQUE G

13 C

DU CARBONE INORGANIQUE DISSOUS

DANS LES RIVIÈRES ET LES FLEUVES

JURY

M. Francis ANDREUX,

Professeur Université de Bourgogne, Rapporteur

M. Jean-Louis DANDURAND,

Professeur Université Toulouse III

M. Louis FRANÇOIS, Chercheur FNRS, Liège, Co-directeur de thèse M. François GAUTHIER-LAFAYE, Directeur de Recherche CNRS, Strasbourg

M. Jefferson MORTATTI,

Professeur Université de Sao Paulo, Brésil, Rapporteur M. Jean-Luc PROBST,Directeur de Recherche CNRS et professeur ENSAT/INP, Directeur de thèse M. Jan VEIZER, Professeur Université de Ottawa, Canada, Rapporteur

AUTEUR : Frédéric BRUNET

TITRE : VARIATIONS DE LA SIGNATURE ISOTOPIQUE G

13

C DU CARBONE

INORGANIQUE DISSOUS DANS LES RIVIÈRES ET FLEUVES

DIRECTEUR DE THÈSE : Jean-Luc PROBST

CO- DIRECTEUR DE THÈSE : Louis FRANÇOIS

LIEU ET DATE DE SOUTENANCE :

RESUMÉ en français

L'objectif scientifique de ce travail est de mieux comprendre les transferts de carbone par les fleuves vers les océans et d'identifier les différents processus biogéochimiques susceptibles de contrôler ces transferts, à l'aide des signatures isotopiques (G 13 C) du carbone. Pour ce faire, 25 bassins versants ont été étudiés à travers le monde, en allant de petits bassins versants élémentaires jusqu'aux grands bassins fluviaux. Les résultats obtenus mettent en évidence un contrôle majeur du G 13 C CID par le dégazage de CO 2 vers l'atmosphère et par l'oxydation du carbone organique (allochtone et autochtone). La signature isotopique moyenne G 13

C du flux de carbone

inorganique vers les océans est estimée dans cette étude à -11,8‰. Enfin, les premiers

éléments d'un modèle numérique (G-Carb) sont fournis dans cette étude pour simuler l'évolution du G 13 C CID dans les rivières et les fleuves.

MOTS-CLÉS

Carbone inorganique dissous, isotopes du carbone, fleuves, processus biogéochimiques, bassins versants, CO 2 biogénique, CO 2 atmosphérique, altération des roches.

GÉOCHIMIE DE SURFACE

LABORATOIRE DES MÉCANISMES DE TRANSFERT EN GÉOLOGIE

Remerciements

Beaucoup de personnes ont participé au bon déroulement de ce travail et je souhaite les en remercier très sincèrement. Je tiens tout d'abord à remercier mes deux directeurs de thèse. Je vais commencer par remercier Jean-Luc Probst qui m'a permis de me lancer dans la géochimie isotopique lors de mon stage de DEA. Ce stage a ensuite abouti à ce travail de thèse. Je remercie donc Jean-Luc de m'avoir fait confiance pour mener à bien ce travail. Malgré son emploi du temps souvent

très chargé, il a toujours trouvé le temps de me recevoir et d'aider au bon déroulement de ce

travail. Merci pour sa patience, ses discussions et ses corrections lors de ces cinq années. Je remercie également Louis François qui a accepté de co-diriger ce travail. Le travail avec Louis n'a pas été des plus facile principalement à cause de la distance entre nos labos. Cependant lors de mes séjours en Belgique et à Nancy, Louis m'a guidé dans mon travail. Merci pour sa patience et sa participation à ce travail. Merci également pour son accueil lors de mes séjours et de m'avoir fait découvrir les bières belges.

Je tiens à remercier Francis Andreux, Jefferson Mortatti et Jan Veizer d'avoir accepté de juger

le manuscrit de cette thèse. Je remercie également Jean-Louis Dandurand et François Gauthier-Lafaye de participer au jury de cette thèse. Je tiens à remercier François Gauthier-Lafaye pour son accueil au Centre de Géochimie de

Surface, Strasbourg. Au cours des différents séjours à Strasbourg, il a toujours été présent

pour me dépanner sur le spectro et pour discuter des résultats. Je remercie également Jean- Jacques Frey qui m'a initié à la rampe d'extraction lors de mon DEA. Ses précieux conseils m'ont par la suite permis de mettre au point une rampe d'extraction de CO 2 au LMTG. Je tiens à remercier Diego Gaiero et Pedro Depetris pour m'avoir accueilli deux mois en

Argentine. Ce séjour a été très enrichissant tant sur le plan professionnel que sur le plan

personnel. Je pense que la mission sur le Paraná est le meilleur souvenir de cette thèse. Merci

encore de m'avoir fait découvrir votre beau pays.

De nombreuses analyses ont été effectuées lors de ce travail. Je remercie donc l'ensemble des

personnes qui ont participé soit aux prélèvements de terrain soit aux analyses en laboratoire.

Merci à Wolfgang Ludwig et ses collaborateurs pour les échantillons des bassins versants

français, à Balakrishna pour son aide sur les échantillons de l'Inde, à Pedro Depetris et à

Diego Gaiero pour tout le travail sur la Patagonie et sur le Paraná, Jean-Loup Boeglin et ses collaborateurs pour les échantillons du Cameroun. Je remercie également le personnel technique du LMTG à Toulouse et du CGS à Strasbourg. Un grand merci à ma famille et mes amis de m'avoir soutenu, et supporté, lors de ces quatre années. Merci particulièrement à Nolwenn pour sa patience et son soutien. Merci aussi pour les corrections et la mise en page. Ce travail n'aurait pas pu se faire sans cette bonne ambiance des thèsards au sein du labo.

Merci à vous.

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION GENERALE....................................................................1 C HAPITRE I : LE CYCLE DU CARBONE ET LES COMPOSITIONS ISOTOPIQUES DES I. Le cycle du carbone et les signatures isotopiques des différents flux et

réservoirs...................................................................................... 9

1. Le cycle du carbone organique................................................................9

2. Le cycle du carbone inorganique ...........................................................10

II. Les isotopes stables

12 C et 13 C du carbone ................................... 12

1. Expression des rapports isotopiques et fractionnement isotopique..............12

2. Le système végétation-sol-eaux de surface............................................13

III. Utilisation des isotopes stables du carbone ................................. 19

1. Dans les sols......................................................................................19

2. COP, COD dans les fleuves...................................................................20

3. CID dans les fleuves............................................................................21

C HAPITRE II : MATERIELS ET METHODES...............................................25 I. Les sites d'etudes et les prélévements sur le terrain....................... 27

1. Les sites d'études ...............................................................................27

2. Les techniques d'échantillonnage..........................................................32

II. Les analyses élémentaires......................................................... 34 III. Les analyses isotopiques.......................................................... 37 IV. La mise en place de la rampe d'extraction de CO 2 ........................ 39 C HAPITRE III : ÉTUDE DE BASSINS VERSANTS ELEMENTAIRES.....................49 Introduction ................................................................................ 51 I. Le bassin versant de Nsimi Zoétélé (Cameroun) ............................ 52

1. Présentation générale du bassin............................................................52

2. Résultats...........................................................................................57

3. Discussion .........................................................................................65

4. Conclusion.........................................................................................67

II. Le bassin versant du Strengbach................................................ 68

1. Présentation générale du bassin............................................................68

2. Résultats...........................................................................................71

3. Discussion .........................................................................................81

4. Conclusion.........................................................................................84

III. Comparaison des deux bassins versants..................................... 85 IV. Conclusion.............................................................................. 88 C HAPITRE IV : LES GRANDS BASSINS VERSANTS......................................89 I. Le bassin du Nyong ................................................................... 92

1. Présentation du bassin ........................................................................92

2. Résultats...........................................................................................94

3. Discussion .........................................................................................97

4. Conclusion....................................................................................... 101

II. Les fleuves de Patagonie..........................................................102

1. Présentation des bassins versants ....................................................... 102

2. Résultats......................................................................................... 107

3. Discussion ....................................................................................... 110

4. Conclusion....................................................................................... 117

III. Le bassin versant de la Têt......................................................118

1. Description du bassin versant............................................................. 118

2. Résultats......................................................................................... 121

3. Discussion ....................................................................................... 123

4. Conclusion....................................................................................... 127

IV. Les bassins versants de l'Hérault et du Rhône.............................128

1. Présentations des bassins versants...................................................... 128

2. Résultats......................................................................................... 129

3. Discussion ....................................................................................... 130

4. Conclusion....................................................................................... 131

V. Les bassins versants de l'Inde...................................................131

1. Présentation des bassins.................................................................... 131

2. Résultats......................................................................................... 134

3. Discussion ....................................................................................... 136

4. Conclusion....................................................................................... 141

VI. Le bassin du Paraná et de l'Uruguay..........................................142

1. Présentation du bassin ...................................................................... 142

2. Résultats......................................................................................... 144

3. Discussion ....................................................................................... 147

4. Conclusion....................................................................................... 152

VII. Le bassin de l'Amazone..........................................................153

1. Présentation générale........................................................................ 153

2. Résultats......................................................................................... 155

3. Discussion ....................................................................................... 159

4. Conclusion....................................................................................... 166

VIII. Conclusion ..........................................................................167 C HAPITRE V : FACTEURS DE CONTROLE ET BILAN GLOBAL A L'OCEAN...........149 Introduction ...............................................................................165 I. Sources et facteurs de contrôle ..................................................165

1. A l'échelle des petits bassins élémentaires............................................ 165

2. A l'échelle des grands bassins fluviaux................................................. 168

3. Variations du G

13 C CID dans les eaux de surface...................................... 174 II. Bilan aux océans.....................................................................180 III. Conclusion ............................................................................182 C HAPITRE VI : PREMIERS ELEMENTS D'UNE MODELISATION DE L'EVOLUTION DU G 13 C Introduction ...............................................................................187quotesdbs_dbs10.pdfusesText_16

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