Isotopic exploration of the critical zone : example of barium

Exploration de la zone critique : l'exemple du Baryum L’objectif de cette thèse est d’apporter de plus amples contraintes sur le cycle des nutriments et sur son rôle dans les flux d’altération. Le baryum, un élément trace alcalino-terreux relativement abondant dans la croûte terrestre continentale, est aussi un micro-nutriment dont les isotopes stables sont fractionnés par le prélèvement biologique, le rendant un possible traceur du cycles des nutriments. L’étude de petits bassins "observatoire de la zone critique" montre que la composition isotopique du baryum à la surface de la Terre est régie par deux processus majeurs : 1) la formation de phases secondaires (argiles dans les sols) et 2) le prélèvement/relargage par la biosphère. La composition isotopique du baryum dans les sédiments et eaux de rivières du bassin Amazonien indique un prélèvement systématique du baryum par la biosphère, confortant les résultats obtenus à l’échelle des petits bassins versants. Un bilan de masse à l’échelle des grands bassin versants amazoniens suggère qu’il existe un flux (ou un réservoir) "manquant" de baryum lié à la matière organique. Ce résultat montre la forte influence de l’activité biologique sur les exports de matière par les fleuves, et remet en cause l’hypothèse commune selon laquelle l’influence des cycles biologiques sur les bilans d’altération à grande échelle est négligeable. Dans un contexte arctique de la Mackenzie (Canada) où l’activité biologique est réduite, la composition isotopique du baryum des rivières est influencée par un mélange de source lithologiques, entre altération de roches silicatées et l’altération de barytine associée à des formations sédimentaires riches en matière organique ("black shales"). Les isotopes du baryum nous ont permis de quantifier la production d’acide sulfurique liée à l’érosion des "black shales" et de déterminer un bilan de consommation/production de CO2 atmosphérique à l’échelle du bassin de la Mackenzie. Pour finir, l’étude du matériel exporté par les plus grands fleuves de la planète a permis d’estimer le flux global de baryum transporté des continents aux océans et sa composition isotopiques, ainsi que d’appréhender les facteurs contrôlant ces grandeurs. Nous montrons que le cycle biologique contrôle la composition isotopique du baryum dissous des grands fleuves, de façon similaire à ce qui a été observé sur le bassin Amazonien. La composition isotopique des sédiments des grands fleuves semble quant à elle être influencée par l’érosion de la barytine, en accord avec nos résultats sur la Mackenzie. Pour conclure, cette thèse a permis d’identifier un nouveau traceur isotopique pour quantifier les processus de la zone critique.