Mineral zoning and geochemistry of epithermal polymetallic Zn-Pb-Ag-Cu-Bi mineralization at Cerro de Pasco, Peru

The large Cerro de Pasco Cordilleran base metal deposit in central Peru is located on the eastern margin of a middle Miocene diatreme-dome complex and comprises two mineralization stages. The first stage consists of a large pyrite-quartz body replacing Lower Mesozoic Pucara carbonate rocks and, to a lesser extent, diatreme breccia. This body is composed of pyrite with pyrrhotite inclusions, quartz, and black and red chalcedony (containing hypogene hematite). At the contact with the pyrite-quartz body, the diatreme breccia is altered to pyrite-quartz-sericite-pyrite. This body was, in part, replaced by pipelike pyrrhotite bodies zoned outward to carbonate-replacement Zn-Pb ores hearing Fe-rich sphalerite (up to 24 mol % Fes). The second mineralization stage is partly superimposed on the first and consists of zoned east-west-trending Cu-Ag-(Au-Zn-Pb) enargite-pyrite veins hosted in the diatreme breccia in the western part of the deposit and well-zoned Zn-Pb-(Bi-Ag-Cu) carbonate-replacement orebodies; in both cases, sphalerite is Fe poor and the inner parts of the orebodies show typically advanced argillic alteration assemblages, including aluminum phosphate Sulfate (APS) minerals. The zoned enargite-pyrite veins display mineral zoning, from a core of enargite-pyrite +/- alunite with traces of Au, through an intermediate zone of tennantite, chalcopyrite, and Bi minerals to a poorly developed Outer zone hearing sphalerite-galena +/- kaolinite. The carbonate-hosted replacement ores are controlled along N 35 degrees E, N 90 degrees E, N 120 degrees E, and N 170 degrees E faults. They form well-zoned upward-flaring pipelike orebodies with a core of famatinite-pyrite and alunite, an intermediate zone with tetrahedrite-pyrite, chalcopyrite, matildite, cuprobismutite, emplectite, and other Bi minerals accompanied by APS minerals, kaolinite, and dickite, and an outer zone composed of Fe-poor sphalerite (in the range of 0.05-3.5 mol % Fes) and galena. The outermost zone consists of hematite, magnetite, and Fe-Mn-Zn-Ca-Mg carbonates. Most of the second-stage carbonate-replacement orebodies plunge between 25 degrees and 60 degrees to the west, suggesting that the hydrothermal fluids ascended from deeper levels and that no lateral feeding from the veins to the carbonate-replacement orebodies took place. In the Venencocha and Santa Rosa areas, located 2.5 km northwest of the Cerro de Pasco open pit and in the southern part of the deposit, respectively, advanced argillic altered dacitic domes and oxidized veins with advanced argillic alteration halos occur. The latter veins are possibly the oxidized equivalent of the second-stage enargite-pyrite veins located in the western part of the deposit. The alteration assemblage quartz-muscovite-pyrite associated with the pyrite-quartz body suggests that the first stage precipitated at slightly, acidic fin. The sulfide mineral assemblages define an evolutionary path close to the pyrite-pyrrhotite boundary and are characteristic of low-sulfidation states; they suggest that the oxidizing slightly acidic hydrothermal fluid was buffered by phyllite, shale, and carbonate host rock. However, the presence in the pyrite-quartz body of hematite within quartz suggests that, locally, the fluids were less buffered by the host rock. The mineral assemblages of the second mineralization stage are characteristic of high- to intermediate-sulfidation states. High-sulfidation states and oxidizing conditions were achieved and maintained in the cores of the second-stage orebodies, even in those replacing carbonate rocks. The observation that, in places, second-stage mineral assemblages are found in the inner and outer zones is explained in terms of the hydrothermal fluid advancing and waning. Microthermometric data from fluid inclusions in quartz indicate that the different ores of the first mineralization stage formed at similar temperatures and moderate salinities (200 degrees-275 degrees C and 0.2-6.8 wt % NaCl equiv in the pyrite-quartz body; 192 degrees-250 degrees C and 1.1-4.3 wt % NaCl equiv in the pyrrhotite bodies; and 183 degrees-212 degrees C and 3.2-4.0 wt % NaCl equiv in the Zn-Pb ores). These values are similar to those obtained for fluid inclusions in quartz and sphalerite from the second-stage ores (187 degrees-293 degrees C and 0.2-5.2 wt % NaCl equiv in the enargite-pyrite veins: 178 degrees-265 degrees C and 0.2-7.5 wt % NaCl equiv in quartz of carbonate-replacement orebodies; 168 degrees-999 degrees C and 3-11.8 wt % NaCl equiv in sphalerite of carbonate-replacement orebodies; and 245 degrees-261 degrees C and 3.2-7.7 wt % NaCl equiv in quartz from Venencocha). Oxygen and hydrogen isotope compositions oil kaolinite from carbonate-replacement orebodies (delta(18)O = 5.3-11.5%o, delta D = -82 to -114%o) and on alunite from the Venencocha and Santa Rosa areas (delta(18)O = 1.9-6.9%o, delta D = -56 to -73%o). Oxygen isotope compositions of quartz from the first and second stages have 6180 values from 9.1 to 1.7.8 per mil. Calculated fluids in equilibrium with kaolinite have delta(18)O values of 2.0 to 8.2 and delta D values of -69 to -97 per mil; values in equilibrium with alunite are -1.4 to -6.4 and -62 to -79 per mil. Sulfur isotope compositions of sulfides from both stages have a narrow range of delta(34)S values, between -3.7 and +4.2 per mil; values for sulfates from the second stage are between 4.2 and 31.2 per mil. These results define two mixing trends for the ore-forming fluids. The first trend reflects mixing between a moderately saline (similar to 10 wt % NaCl equiv) magmatic end member that had degassed (as indicated by the low delta D values) and meteoric water. The second mixing indicates condensation of magmatic vapor with HCl and SO(2) into meteoric water, which formed alunite. The hydrothermal system at Cerro de Pasco was emplaced at a shallow depth (similar to 500 m) in the epithermal and upper part of a porphyry environment. The similar temperatures and salinities obtained for the first stage and second stages, together with the stable isotope data, indicate that both stages are linked and represent successive stages of epithermal polymetallic mineralization in the upper part of a porphyry system.

Geological setting of the Guelb Moghrein Fe oxide-Cu-Au-Co mineralization, Akjoujt area, Mauritania

The Guelb Moghrein Fe oxide-Cu-Au-Co deposit is located at the western boundary of the West African craton in NW Mauritania. The wall rocks to the mineralization represent a meta-volcanosedimentary succession typical of Archaean greenstone belts. Two types of meta-volcanic rocks are distinguished: (1) volcanoclastic rocks of rhyodacite-dacite composition (Sainte Barbe volcanic unit), which form the stratigraphic base; (2) tholeiitic andesites-basalts (Akjoujt meta-basalt unit). The trace element signature of both types is characteristic of a volcanic arc setting. A small meta-pelitic division belongs to the Sainte Barbe volcanic unit. A meta-carbonate body, which contains the mineralization, forms a tectonic lens in the Akjoujt meta-basalt unit. It can be defined by the high X(mg) (=36) of Fe-Mg carbonate, the REE pattern and the delta(13)C values of -18 to -17 parts per thousand as a marine precipitate similar to Archaean banded iron formation (BIF). Additionally, small slices of Fe-Mg clinoamphibole-chlorite schist in the meta-carbonate show characteristics of marine shale. This assemblage, therefore, does not represent an alteration product, but represents an iron formation unit deposited on a continental shelf, which probably belongs to the Lembeitih Formation. The hydrothermal mineralization at 2492 Ma was contemporaneous with regional D(2) thrusting of the Sainte Barbe volcanic unit and imbrications of the meta-carbonate in the upper greenschist facies. This resulted in the formation of an ore breccia in the meta-carbonate, which is enriched in Fe, Ni, Co, Cu, Bi, Mo, As and Au. Massive sulphide ore breccia contains up to 20 wt% Cu. The ore fluid was aqueous-carbonic in nature and either changed its composition from a Mg-rich oxidizing to an Fe-rich reducing fluid or the two fluid types mixed at the trap site. All lithologies at Guelb Moghrein were deformed by D(3) thrusting to the east in the lower greenschist facies. The mobility of REE in the retrogressed rocks explains the formation of a second generation of hydrothermal monazite, which was dated at c. 1742 Ma. Archaean rocks of the West African craton extend to the west to Guelb Moghrein. The active continental margin was deformed and mineralized in the Late Archaean-Early Proterozoic and again reactivated in the Mid-Proterozoic and Westphalian, showing that the western boundary of the craton was reactivated several times.

Origin of siderite mineralisation in Petrova and Trgovska Gora Mts., NW Dinarides

The Petrova and Trgovska Gora Mts. (Gora=Mountain) are Variscan basement units incorporated into the northwestern Dinarides during the Alpine orogeny. They host numerous siderite-quartz-polysulphide, siderite-chalcopyrite, siderite-galena and barite veins, as well as stratabound hydrothermal-replacement ankerite bodies within carbonates in non-metamorphosed, flysch-like Permo-Carboniferous sequences. The deposits have been mined for Cu, Pb, Ag and Fe ores since Medieval times. Fluid inclusion studies of quartz from siderite-polysulphide-quartz and barite veins of both regions have shown the presence of primary aqueous NaCl-CaCl(2)+/- MgCl(2)-H(2)O +/- CO(2) inclusions. The quartz-sulphide stage of both regions show variable salinities; 2.7-26.2 wt% NaCl eq. for the Trgovska Gora region and 3.4-23.4 wt% NaCl eq. for the Petrova gora region, and similar homogenisation temperatures (100-230A degrees C). Finally, barite is precipitated from low salinity-low temperature solutions (3.7-15.8 wt % NaCl equ. and 115-145A degrees C). P-t conditions estimated via isochore construction yield formation temperatures between 180-250A degrees C for the quartz-sulphide stage and 160-180A degrees C for the barite stage, using a maximum lithostatic pressure of 1 kbar (cc. 3 km of overburden). The sulphur isotope composition of barite from both deposits indicates the involvement of Permian seawater in ore fluids. This is supported by the elevated bromium content of the fluid inclusion leachates (120-660 ppm in quartz, 420-960 ppm in barite) with respect to the seawater, indicating evaporated seawater as the major portion of the ore-forming fluids. Variable sulphur isotope compositions of galena, pyrite and chalcopyrite, between -3.2 and +2.7aEuro degrees, are interpreted as a product of incomplete thermal reduction of the Permian marine sulphate mixed with organically- and pyrite-bound sulphur from the host sedimentary rocks. Ore-forming fluids are interpreted as deep-circulating fluids derived primarily from evaporated Permian seawater and later modified by interaction with the Variscan basement rocks. (40)Ar/(39)Ar data of the detrital mica from the host rocks yielded the Variscan age overprinted by an Early Permian tectonothermal event dated at 266-274 Ma. These ages are interpreted as those reflecting hydrothermal activity correlated with an incipient intracontinental rifting in the Tethyan domain. Nevertheless, 75 Ma recorded at a fine-grained sericite sample from the alteration zone is interpreted as a result of later resetting of white mica during Campanian opening/closure of the Sava back arc in the neighbouring Sava suture zone (Ustaszewski et al. 2008).

The oxidative potential of differently charged silver and gold nanoparticles on three human lung epithelial cell types

Background: Nanoparticle (NPs) functionalization has been shown to affect their cellular toxicity. To study this, differently functionalized silver (Ag) and gold (Au) NPs were synthesised, characterised and tested using lung epithelial cell systems. Mehtods: Monodispersed Ag and Au NPs with a size range of 7 to 10 nm were coated with either sodium citrate or chitosan resulting in surface charges from ¿50 mV to +70 mV. NP-induced cytotoxicity and oxidative stress were determined using A549 cells, BEAS-2B cells and primary lung epithelial cells (NHBE cells). TEER measurements and immunofluorescence staining of tight junctions were performed to test the growth characteristics of the cells. Cytotoxicity was measured by means of the CellTiter-Blue ® and the lactate dehydrogenase assay and cellular and cell-free reactive oxygen species (ROS) production was measured using the DCFH-DA assay. Results: Different growth characteristics were shown in the three cell types used. A549 cells grew into a confluent mono-layer, BEAS-2B cells grew into a multilayer and NHBE cells did not form a confluent layer. A549 cells were least susceptible towards NPs, irrespective of the NP functionalization. Cytotoxicity in BEAS-2B cells increased when exposed to high positive charged (+65-75 mV) Au NPs. The greatest cytotoxicity was observed in NHBE cells, where both Ag and Au NPs with a charge above +40 mV induced cytotoxicity. ROS production was most prominent in A549 cells where Au NPs (+65-75 mV) induced the highest amount of ROS. In addition, cell-free ROS measurements showed a significant increase in ROS production with an increase in chitosan coating. Conclusions: Chitosan functionalization of NPs, with resultant high surface charges plays an important role in NP-toxicity. Au NPs, which have been shown to be inert and often non-cytotoxic, can become toxic upon coating with certain charged molecules. Notably, these effects are dependent on the core material of the particle, the cell type used for testing and the growth characteristics of these cell culture model systems.

Modulation de la douleur neuropathique par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé recombinant et ARN interférent

Une lésion nerveuse périphérique est susceptible d'engendrer une douleur neuropathique caractérisée par des changements d'expression génique dans les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. Parmi ces modifications, on note une augmentation transcriptionnelle du gène codant pour la guanosine triphosphate cyclohydrolase 1 (GCH1) considérée comme modulateur clé des douleurs neuropathiques périphériques1. La surexpression de la GCH1 induit alors une hausse de la concentration de la tétrahydrobiopterin (BH4), un cofacteur essentiel pour la production de catécholamines, de sérotonine et d'oxide nitrique dans les ganglions spinaux. La surexpression de ce cofacteur induit la production de ces neurotransmetteurs et contribue à l'augmentation de la sensibilité douloureuse. Dans ce travail, j'ai modulé l'expression de GCH1 par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé. Tout d'abord, j'ai testé in vitro dans des cellules PC12 différentes molécules d'ARN interfèrent permettant la régulation négative de GCH1. Les cellules PC 12 contiennent constitutionnellement la GCH1 et sont donc intéressantes afin de tester et sélectionner un plasmide permettant une régulation négative efficace de cette molécule in vitro. Cela m'a permis de choisir après sélection de cellules par FACS et quantification protéique par Western blot les meilleurs sh-ARN à utiliser tant pour la régulation négative de GCH1 que pour le vecteur contrôle. J'ai ensuite co- transfecté ces plasmides avec le plasmide pDF6 dans des cellules HEK293T pour la production de mon vecteur viral (rAAV2/6) permettant la régulation négative de la GCH1 ainsi que de mon vecteur contrôle. Après avoir étudié deux voies d'injection chez le rat (dans le nerf sciatique et en intrathécal), j'ai retenu la voie intrathécale comme ayant le meilleur taux de transduction de mon vecteur viral au niveau des ganglions spinaux. Utiliser cette voie d'injection pour mon vecteur permet de cibler plus particulièrement les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. J'ai ensuite étudié la modulation de la GCH1 et sa répercussion sur le développement et le maintien des douleurs neuropathiques dans le modèle animal « spared nerve injury » (SNI). Je n'ai pas obtenu de diminution de douleur ni au niveau comportemental ni au niveau moléculaire chez le rat. Ayant répété l'expérience chez la souris, j'ai obtenu une diminution significative de l'expression de la GCH1 au niveau de l'ARN messager. Je n'ai pas étudié l'efficacité de mon vecteur in vivo chez la souris car un autre groupe m'a devancé dans cette expérience et a publié une étude similaire montrant une régulation négative et efficace de la GCH1 sur les symptômes de douleur neuropathique. Mes résultats, associés à cette publication, démontrent la validité de mon hypothèse de départ et ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques en prenant comme cible la production de BH4.

Pizgrischite, (Cu,Fe)Cu14PbBi17S35, a new sulfosalt from the Swiss Alps: Description, crystal structure and occurrence

Pizgrischite, (Cu,Fe)Cu14PbBi17S35, is a new mineral species named after the type locality, Piz Grisch Mountain, Val Ferrera, Graubunden, Switzerland. This sulfosalt occurs as thin, striated, metallic lead-grey blades measuring up to I cm in length, embedded in quartz and associated with tetrahedrite, chalcopyrite, pyrite, sphalerite, emplectite and derivatives of the aikinite-bismuthinite series. In plane-polarized light, the new species is brownish grey with no perceptible pleochroism; under crossed nicols in oil immersion, it presents a weak anisotropy with dark brown tints. Minimum and maximum reflectance values (in %) in air are: 40.7-42.15 (470 nm), 41.2-43.1 (546 nm), 41.2-43.35 (589 nm) and 40.7-43.3 (650 nm). Cleavage is perfect along 001 I and well developed on {010}. Abundant polysynthetic twinning is observed on (010). The mean micro-indentation hardness is 190 kg/mm(2) (Mohs hardness 3.3), and the calculated density is 6.58 g/cm(3). Electron-microprobe analyses yield (wt%; mean result of seven analyses): Cu 16.48, Pb 2.10, Fe 0.77, Bi 60.70, Sb 0.35, S 19.16, Se 0.04, total 99.60. The resulting empirical chemical formula is (Cu15.24Fe0.80Pb0.60)(Sigma 16.64)(Bi17.07Sb0.17)(Sigma 17.24)(S35.09Se0.03)(Sigma 35.12), in accordance with the formula derived from the single-crystal refinement of the structure, (Cu,Fe)Cu14PbBi17S35. Pizgrischite is monoclinic, space group C2/m, with the following unit-cell parameters: a 35.054(2), b3.91123(I), c43.192(2) angstrom, beta 96.713(4)degrees, V5881.24 angstrom(3), Z=4. The strongest seven X-ray powder-diffraction lines [d in angstrom (I)(hkl)] are: 5.364(40)((6) over bar 04), 4.080(50)((8) over bar 05), 3.120(40)(118), 3.104(68)((3) over bar 18), 2.759(53) ((9) over bar 11),2.752(44)(910) and 1.956(100)(020). The crystal structure is an expanded monoclinic derivative of kupcikite. Pizgrischite belongs to the cuprobismutite series of bismuth sulfosalts but, sensu stricto, it is not a homologue of cuprobismutite. At the type locality. pizarischite is the result of the Alpine metamorphism under greenschist-facies conditions of pre-Tertiary hydrothermal Cu-Bi mineralization.

Magmatic fluids in the Breccia-hosted epithermal Au-Ag deposit of Rosia Montana, Romania

The breccia-hosted epithermal Au-Ag deposit of Rosia Montana is located 7 kin northeast of Abrud, in the northern part of the South Apuseni Mountains, Romania. Estimated total reserves of 214.91 million metric toils (Mt) of ore at 1.46 g/t An and 6.9 g/t Ag (10.1 Moz of An and 47.6 Moz of Ag) make Rosia Montana one of the largest gold deposits in Europe. At this location, Miocene calc-alkaline magmatic and hydrothermal activity was associated with local extensional tectonics within a strike-slip regime related to the indentation of the Adriatic microplate into the European plate during the Carpathian orogenesis. The host rocks of the magmatic complex consist of pre-Mesozoic metamorphosed continental crust covered by Cretaceous turbiditic sediment (flysch). Magmatic activity at Rosia Montana and its surroundings occurred in several pulses and lasted about 7 m.y, Rosia Montana is a breccia-hosted epithermal system related to strong phreatomagmatic activity due to the shallow emplacement of the Montana dacite. The Montana dacite intruded Miocene volcaniclastic material (volcaniclastic breccias) and crops out at Cetate and Carnic Hills. Current mining is focused primarily on the Cetate open pit, which was mapped in detail, leading to the recognition of three distinct breccia bodies: the dacite breccia with a dominantly hydrothermal matrix, the gray polymict breccia with a greater proportion of sand-sized matrix support, and the black polymict breccia, which reached to the surface, contains carbonized tree trunks and has a dominantly barren elastic matrix. The hydrothermal alteration is pervasive. Adularia alteration with a phyllic overprint is ubiquitous; silicification and argillic alteration occur locally. Mineralization consists of quartz, adularia, carbonates (commonly Mn-rich), pyrite, Fe-poor sphalerite, galena, chalcopyrite, tetrahedrite, and native gold and occurs as disseminations, as well as in veins and filling vugs within the Montana dacite and the different breccias. The age of mineralization (12.85 +/- 0.07 Ma) was determined by Ar-40- Ar-39 dating on hydrothermal adularia crystals from vugs in the dacite breccia in the Cetate open pit. Microthermometric measurements of fluid inclusions in quartz phenocrysts from the Montana dacite revealed two fluid types that are absent from the hydrothermal breccia and must have been trapped at depth prior to dacite dome emplacement: brine inclusions (32-55 -wt % NaCl equiv, homogenizing at T-h > 460 degrees C) and intermediate density fluids (4.9-15.6 wt % NaCl equiv, T, between 345 degrees-430 degrees C). Secondary aqueous fluid inclusion assemblages in the phenocrysts have salinities of 0.2 to 2.2 wt percent NaCl equiv and T-h of 200 degrees to 280 degrees C. Fluid inclusion assemblages in hydrothermal quartz from breccias and veins have salinities of 0.2 to 3.4 wt percent NaCl equiv and T-h, from 200 degrees to 270 degrees C. The oxygen isotope composition of several zones of an ore-related epithermal quartz crystal indicate a very constant delta O-18 of 4.5 to 5.0 per mil for the mineralizing fluid, despite significant salinity and temperature variation over time. Following microthermometry, selected fluid inclusion assemblages were analyzed by laser ablation-inductively coupled-plasma mass spectrometry (LA-ICMS). Despite systematic differences in salinity between phenocryst-hosted fluids trapped at depth and fluids from quartz in the epithermal breccias, all fluids have overlapping major and trace cation ratios, including identical Na/K/Rb/Sr/Cs/Ba. Consistent with the constant near-magmatic oxygen isotope composition of the hydrothermal fluids, these data strongly indicate a common magmatic component of these chemically conservative solutes in all fluids. Cu, Pb, Zn, and Mn show variations in concentration relative to the relatively non-reactive alkalis, reflecting the precipitation of sulfide minerals together with An in the epithermal breccia, and possibly of Cu in an inferred subjacent porphyry environment. The magmatic-hydrothermal processes responsible for epithermal Au-Ag mineralization at Rosia Montana are, however, not directly related to the formation of the spatially associated porphyry Cu-Au deposit of Rosia Poieni, which occurred lout 3 m.y. later.

The role of a transcrustal shear zone in orogenic gold mineralization at the Aijanahalli Mine, Dharwar Craton, South India

The Ajjanahalli gold mine is spatially associated with a Late Archean craton-scale shear zone in the eastern Chitradurga greenstone belt of the Dharwar craton, India. Gold mineralization is hosted by an similar to100-m-wide antiform in a banded iron formation. Original magnetite and siderite are replaced by a peak metamorphic alteration assemblage of chlorite, stilpnomelane, minnesotaite, sericite, ankerite, arsenopyrite, pyrite, pyrrhotite, and gold at ca. 300degrees to 350degreesC. Elements enriched in the banded iron formation include Ca, Mg, C, S, An, As, Bi. Cu, Sb, Zn, Pb, Se, Ag, and Te, whereas in the wall rocks As, Cu, Zn, Bi, Ag, and An are only slightly enriched. Strontium correlates with CaO, MgO, CO2, and As, which indicates cogenetic formation of arsenopyrite and Mg-Ca carbonates. The greater extent of alteration in the Fe-rich banded iron formation layers than in the wall rock reflects the greater reactivity of the banded iron formation layers. The ore fluids, as interpreted from their isotopic composition (delta(18)O = 6.5-8.5parts per thousand; initial Sr-87/Sr-86 = 0.7068-0.7078), formed by metamorphic devolatilization of deeper levels of the Chitradurga greenstone belt. Arsenopyrite, chalcopyrite, and pyrrhotite have delta(34)S values within a narrow range between 2.1 and 2.7 per mil, consistent with a sulfur source in Chitradurga greenstone belt lithologies. Based on spatial and temporal relationships between mineralization, local structure development, and sinistral strike-slip deformation in the shear zone at the eastern contact of the Chitradurga greenstone belt, we suggest that the Ajjanahalli gold mineralization formed by fluid infiltration into a low strain area within the first-order structure. The ore fluids were transported along this shear zone into relatively shallow crustal levels during lateral terrane accretion and a change from thrust to transcurrent tectonics. Based on this model of fluid flow, exploration should focus on similar low strain areas or potentially connected higher order splays of the first-order shear zone.

Geochemistry of highly acidic mine water following disposal into a natural lake with carbonate bedrock

Acid mine drainage (AMD) from the Zn-Pb(-Ag-Bi-Cu) deposit of Cerro de Pasco (Central Peru) and waste water from a Cu-extraction plant has been discharged since 1981 into Lake Yanamate, a natural lake with carbonate bedrock. The lake has developed a highly acidic pH of similar to 1. Mean lake water chemistry was characterized by 16,775 mg/L acidity as CaCO(3), 4330 mg/L Fe and 29,250 mg/L SO(4). Mean trace element concentrations were 86.8 mg/L Cu, 493 mg/L Zn, 2.9 mg/L Pb and 48 mg/L As, which did not differ greatly from the discharged AMD. Most elements showed increasing concentrations from the surface to the lake bottom at a maximal depth of 41 m (e.g. from 3581 to 5433 mg/L Fe and 25,609 to 35,959 mg/L SO(4)). The variations in the H and 0 isotope compositions and the element concentrations within the upper 10 m of the water column suggest mixing with recently discharged AMD, shallow groundwater and precipitation waters. Below 15 m a stagnant zone had developed. Gypsum (saturation index, SI similar to 0.25) and anglesite (SI similar to 0.1) were in equilibrium with lake water. Jarosite was oversaturated (SI similar to 1.7) in the upper part of the water column, resulting in downward settling and re-dissolution in the lower part of the water column (SI similar to -0.7). Accordingly, jarosite was only found in sediments from less than 7 m water depth. At the lake bottom, a layer of gel-like material (similar to 90 wt.% water) of pH similar to 1 with a total organic C content of up to 4.40 wet wt.% originated from the kerosene discharge of the Cu-extraction plant and had contaminant element concentrations similar to the lake water. Below the organic layer followed a layer of gypsum with pH 1.5, which overlaid the dissolving carbonate sediments of pH 5.3-7. In these two layers the contaminant elements were enriched compared to lake water in the sequence As < Pb approximate to Cu < Cd < Zn = Mn with increasing depth. This sequence of enrichment was explained by the following processes: (i) adsorption of As on Fe-hydroxides coating plant roots at low pH (up to 3326 mg/kg As), (ii) adsorption at increasing pH near the gypsum/calcite boundary (up to 1812 mg/kg Pb, 2531 mg/kg Cu. and 36 mg/kg Cd), and (iii) precipitation of carbonates (up to 5177 mg/kg Zn and 810 mg/kg Mn: all data corrected to a wet base). The infiltration rate was approximately equal to the discharge rate, thus gypsum and hydroxide precipitation had not resulted in complete clogging of the lake bedrocks. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sedimentology, geochemistry and mineralogy of the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM) : sediment records from Egypt, India and Spain

A gradual increase in Earth's surface temperatures marking the transition from the late Paleocene to early Eocene (55.8±0.2Ma), represents an extraordinary warming event known as Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Both marine and continental sedimentary records during this period reveal evidences for the massive injection of isotopically light carbon. The carbon dioxide injection from multiple potential sources may have triggered the global warming. The importance of the PETM studies is due to the fact that the PETM bears some striking resemblances to the human-caused climate change unfolding today. Most notably, the culprit behind it was a massive injection of heat-trapping greenhouse gases into the atmosphere and oceans, comparable in volume to what our persistent burning of fossil fuels could deliver in coming centuries. The exact knowledge of what went on during the PETM could help us to foresee the future climate change. The response of the oceanic and continental environments to the PETM is different. Many factors might control the response of the environments to the PETM such as paleogeography, paleotopography, paleoenvironment, and paleodepth. To better understand the mechanisms triggering PETM events, two different environments were studied: 1) shallow marine to inner shelf environment (Wadi Nukhul, Sinai; and the Dababiya GSSP, Luxor, Egypt), and 2) terrestrial environments (northwestern India lignite mines) representing wetland, and fluvial environments (Esplugafreda, Spain) both highlighting the climatic changes observed in continental conditions. In the marine realm, the PETM is characterized by negative ö13Ccar and ô13Corg excursions and shifts in Ô15N to ~0%o values above the P/E boundary and persisting along the interval suggesting a bloom and high production of atmospheric N2-fixers. Decrease in carbonate contents could be due to dissolution and/or dilution by increasing detrital input. High Ti, K and Zr and decreased Si contents at the P/E boundary indicate high weathering index (CIA), which coincides with significant kaolinite input and suggests intense chemical weathering under humid conditions at the beginning of the PETM. Two anoxic intervals are observed along the PETM. The lower one may be linked to methane released from the continental shelf with no change in the redox proxies, where the upper anoxic to euxinic conditions are revealed by increasing U, Mo, V, Fe and the presence of small size pyrite framboids (2-5fim). Productivity sensitive elements (Cu, Ni, and Cd) show their maximum concentrated within the upper anoxic interval suggesting high productivity in surface water. The obtained data highlight that intense weathering and subsequent nutrient inputs are crucial parameters in the chain of the PETM events, triggering productivity during the recovery phase. In the terrestrial environments, the establishment of wetland conditions and consequence continental climatic shift towards more humid conditions led to migration of modern mammals northward following the extension of the tropical belts. Relative ages of this mammal event based on bio-chemo- and paleomagnetic stratigraphy support a migration path originating from Asia into Europe and North America, followed by later migration from Asia into India and suggests a barrier to migration that is likely linked to the timing of the India-Asia collision. In contrast, at Esplugafereda, northeastern Spain, the terrestrial environment reacted differently. Two significant S13C shifts with the lower one linked to the PETM and the upper corresponding to the Early Eocene Thermal Maximum (ETM2); 180/160 paleothermometry performed on two different soil carbonate nodule reveal a temperature increase of around 8°C during the PETM. The prominent increase in kaolinite content within the PETM is linked to increased runoff and/or weathering of adjacent and coeval soils. These results demonstrate that the PETM coincides globally with extreme climatic fluctuations and that terrestrial environments are very likely to record such climatic changes. - La transition Paléocène-Eocène (55,8±0,2 Ma) est marquée par un réchauffement extraordinaire communément appelé « Paleocene-Eocene Thermal Maximum » (PETM). Les données géochimiques caractérisant les sédiments marins et continentaux de cette période indiquent que ce réchauffement a été déclenché par une augmentation massive de CO2 lié à la déstabilisation des hydrates de méthane stockés le long des marges océaniques. L'étude des événements PETM constitue donc un bon analogue avec le réchauffement actuel. Le volume de CO2 émis durant le PETM est comparable avec le CO2 lié à l'activité actuelle humaine. La compréhension des causes du réchauffement du PETM peut être cruciale pour prévoir et évaluer les conséquences du réchauffement anthropogénique, en particulier les répercussions d'un tel réchauffement sur les domaines continentaux et océaniques. De nombreux facteurs entrent en ligne de compte dans le cas du PETM, tels que la paléogéographie, la paléotopographie et les paléoenvironnement. Pour mieux comprendre les réponses environnementales aux événements du PETM, 2 types d'environnements ont été choisis : (1) le domaine marin ouvert mais relativement peu profond (Wadi Nukhul. Sinai, Dababiya, Luxor, Egypte), (2) le milieu continental marécageux humide (mines de lignite, Inde) et fluviatile, semi-aride (Esplugafreda, Pyrénées espagnoles). Dans le domaine marin, le PETM est caractérisé par des excursions négatives du ô13Ccar et ô13Corg et un shift persistant des valeurs de 815N à ~ 0 %o indiquant une forte activité des organismes (bactéries) fixant l'azote. La diminution des carbonates observée durant le PETM peut-être due à des phénomènes de dissolution ou une augmentation des apports terrigènes. Des taux élevés en Ti, K et Zr et une diminution des montants de Si, reflétés par des valeurs des indices d'altération (CIA) qui coïncident avec une augmentation significative des apports de kaolinite impliquent une altération chimique accrue, du fait de conditions plus humides au début du PETM. Deux événements anoxiques globaux ont été mis en évidence durant le PETM. Le premier, situé dans la partie inférieur du PETM, serait lié à la libération des hydrates de méthane stockés le long des talus continentaux et ne correspond pas à des variations significatives des éléments sensibles aux changements de conditions redox. Le second est caractérisé par une augmentation des éléments U, Mo, V et Fe et la présence de petit framboids de pyrite dont la taille varie entre 2 et 5pm. Le second épisode anoxique est caractérisé par une forte augmentation des éléments sensibles aux changements de la productivité (Cu, Ni et Co), indiquant une augmentation de la productivité dans les eaux de surface. Les données obtenues mettent en évidence le rôle crucial joué par l'altération et les apports en nutriments qui en découlent. Ces paramètres sont cruciaux pour la succession des événements qui ont conduit au PETM, et plus particulièrement l'augmentation de la productivité dans la phase de récupération. Durant le PETM, le milieu continental est caractérisé par l'établissement de conditions humides qui ont facilité voir provoqué la migration des mammifères modernes qui ont suivi le déplacement de ces ceintures climatiques. L'âge de cette migration est basé sur des arguments chimiostratigraphiques (isotopes stables), biostratigraphiques et paléomagnétiques. Les données bibliographiques ainsi que celles que nous avons récoltées en Inde, montrent que les mammifères modernes ont d'abord migré depuis l'Asie vers l'Europe, puis dans le continent Nord américain. Ces derniers ne sont arrivés en Inde que plus tardivement, suggérant que le temps de leur migration est lié à la collision Inde-Asie. Dans le Nord-Est de l'Espagne (Esplugafreda), la réponse du milieu continental aux événements PETM est assez différente. Comme en Inde, deux excursions signicatives en ô13C ont été observées. La première correspond au PETM et la seconde est corrélée avec l'optimum thermique de l'Eocène précoce (ETM2). Les isotopes stables de l'oxygène mesurés 2 différents types de nodules calcaires provenant de paléosols suggère une augmentation de 10°C pendant le PETM. Une augmentation simultanée des taux de kaolinite indique une intensification de l'altération chimique et/ou de l'érosion de sols adjacents. Ces résultats démontrent que le PETM coïncide globalement avec des variations climatiques extrêmes qui sont très aisément reconnaissables dans les dépôts continentaux.

Genetics of cadmium hyperaccumulation variance in Thlaspi caerulescens natural populations from Switzerland

SUMMARY Heavy metal presence in the environment is a serious concern since some of them can be toxic to plants, animals and humans once accumulated along the food chain. Cadmium (Cd) is one of the most toxic heavy metal. It is naturally present in soils at various levels and its concentration can be increased by human activities. Several plants however have naturally developed strategies allowing them to grow on heavy metal enriched soils. One of them consists in the accumulation and sequestration of heavy metals in the above-ground biomass. Some plants present in addition an extreme strategy by which they accumulate a limited number of heavy metals in their shoots in amounts 100 times superior to those expected for a non-accumulating plant in the same conditions. Understanding the genetic basis of the hyperaccumulation trait - particularly for Cd - remains an important challenge which may lead to biotechnological applications in the soil phytoremediation. In this thesis, Thlaspi caerulescens J. & C. Presl (Brassicaceae) was used as a model plant to study the Cd hyperaccumulation trait, owing to its physiological and genetic characteristics. Twenty-four wild populations were sampled in different regions of Switzerland. They were characterized for environmental and soil parameters as well as intrinsic characteristics of plants (i.e. metal concentrations in shoots). They were as well genetically characterized by AFLPs, plastid DNA polymorphism and genes markers (CAPS and microsatellites) mainly developed in this thesis. Some of the investigated genes were putatively linked to the Cd hyperaccumulation trait. Since the study of the Cd hyperaccumulation in the field is important as it allows the identification of patterns of selection, the present work offered a methodology to define the Cd hyperaccumulation capacity of populations from different habitats permitting thus their comparison in the field. We showed that Cd, Zn, Fe and Cu accumulations were linked and that populations with higher Cd hyperaccumulation capacity had higher shoot and reproductive fitness. Using our genetic data, statistical methods (Beaumont & Nichols's procedure, partial Mantel tests) were applied to identify genomic signatures of natural selection related to the Cd hyperaccumulation capacity. A significant genetic difference between populations related to their Cd hyperaccumulation capacity was revealed based on somè specific markers (AFLP and candidate genes). Polymorphism at the gene encoding IRTl (Iron-transporter also participating to the transport of Zn) was suggested as explaining part of the variation in Cd hyperaccumulation capacity of populations supporting previous physiological investigations. RÉSUMÉ La présence de métaux lourds dans l'environnement est un phénomène préoccupant. En effet, certains métaux lourds - comme le cadmium (Cd) -sont toxiques pour les plantes, les animaux et enfin, accumulés le long de la chaîne alimentaire, pour les hommes. Le Cd est naturellement présent dans le sol et sa concentration peut être accrue par différentes activités humaines. Certaines plantes ont cependant développé des stratégies leur permettant de pousser sur des sols contaminés en métaux lourds. Parmi elles, certaines accumulent et séquestrent les métaux lourds dans leurs parties aériennes. D`autres présentent une stratégie encore plus extrême. Elles accumulent un nombre limité de métaux lourds en quantités 100 fois supérieures à celles attendues pour des espèces non-accumulatrices sous de mêmes conditions. La compréhension des bases génétiques de l'hyperaccumulation -particulièrement celle du Cd - représente un défi important avec des applications concrètes en biotechnologies, tout particulièrement dans le but appliqué de la phytoremediation des sols contaminés. Dans cette thèse, Thlaspi caerulescens J. & C. Presl (Brassicaceae) a été utilisé comme modèle pour l'étude de l'hyperaccumulation du Cd de par ses caractéristiques physiologiques et génétiques. Vingt-quatre populations naturelles ont été échantillonnées en Suisse et pour chacune d'elles les paramètres environnementaux, pédologique et les caractéristiques intrinsèques aux plantes (concentrations en métaux lourds) ont été déterminés. Les populations ont été caractérisées génétiquement par des AFLP, des marqueurs chloroplastiques et des marqueurs de gènes spécifiques, particulièrement ceux potentiellement liés à l'hyperaccumulation du Cd (CAPS et microsatellites). La plupart ont été développés au cours de cette thèse. L'étude de l'hyperaccumulation du Cd en conditions naturelles est importante car elle permet d'identifier la marque, éventuelle de sélection naturelle. Ce travail offre ainsi une méthodologie pour définir et comparer la capacité des populations à hyperaccumuler le Cd dans différents habitats. Nous avons montré que les accumulations du Cd, Zn, Fe et Cu sont liées et que les populations ayant une grande capacité d'hyperaccumuler le Cd ont également une meilleure fitness végétative et reproductive. Des méthodes statistiques (l'approche de Beaumont & Nichols, tests de Martel partiels) ont été utilisées sur les données génétiques pour identifier la signature génomique de la sélection naturelle liée à la capacité d'hyperaccumuler le Cd. Une différenciation génétique des populations liée à leur capacité d'hyperaccumuler le Cd a été mise en évidence sur certains marqueurs spécifiques. En accord avec les études physiologiques connues, le polymorphisme au gène codant IRT1 (un transporteur de Fe impliqué dans le transport du Zn) pourrait expliquer une partie de la variance de la capacité des populations à hyperaccumuler le Cd.

Biogeochemical evolution of a marine shore tailings deposit during bioremediation

Summary : Mining activities produce enormous amounts of waste material known as tailings which are composed of fine to medium size particles. These tailings often contain sulfides, which oxidation can lead to acid and metal contamination of water; therefore they need to be remediated. In this work a tailings bioremediation approach was investigated by an interdisciplinary study including geochemistry, mineralogy and microbiology. The aim of the work was to study the effect of the implementation of wetland above oxidizing tailings on the hydrogeology and the biogeochemical element cycles, and to assess the system evolution over time. To reach these goals, biogeochemical processes occurring in a marine shore tailings deposit were investigated. The studied tailings deposit is located at the Bahìa de Ite, Pacific Ocean, southern Peru, where between 1940 and 1996 the tailings were discharged from the two porphyry copper mines Cuajone and Toquepala. After the end of deposition, a remediation approach was initiated in 1997 with a wetland implementation above the oxidizing tailings. Around 90% of the tailings deposits (total 16 km2) were thus remediated, except the central delta area and some areas close to the shoreline. The multi-stable isotope study showed that the tailings were saturated with fresh water in spite of the marine setting, due to the high hydraulic gradient resulting from the wetland implementation. Submarine groundwater discharge (SGD) was the major source of SO4 2-, C1-, Na+, Fe2+, and Mn2+ input into the tailings at the original shelf-seawater interface. The geochemical study (aquatic geochemistry and X-Ray diffraction (XRD) and sequential extractions from the solid fraction) showed that iron and sulfur oxidation were the main processes in the non-remediated tailings, which showed a top a low-pH oxidation zone with strong accumulation of efflorescent salts at the surface due to capillary upward transport of heavy metals (Fe, Cu, Zn, Mn, Cd, Co, and Ni) in the arid climate. The study showed also that the implementation of the wetland resulted in very low concentrations of heavy metals in solution (mainly under the detection limit) due to the near neutral pH and more reducing conditions (100-150 mV). The heavy metals, which were taken from solution, precipitated as hydroxides and sulfides or were bound to organic matter. The bacterial community composition analysis by Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) and cloning and sequencing of 16S rRNA genes combined with a detailed statistical analysis revealed a high correlation between the bacterial distribution and the geochemical variables. Acidophilic autotrophic oxidizing bacteria were dominating the oxidizing tailings, whereas neutrophilic and heterotrophic reducing bacteria were driving the biogeochemical processes in the remediated tailings below the wetland. At the subsurface of the remediated tailings, an iron cycling was highlighted with oxidation and reduction processes due to micro-aerophilic niches provided by the plant rhizosphere in this overall reducing environment. The in situ bioremediation experiment showed that the main parameter to take into account for the effectiveness was the water table and chemistry which controls the system. The constructed remediation cells were more efficient and rapid in metal removal when saturation conditions were available. This study showed that the bioremediation by wetland implementation could be an effective and rapid treatment for some sulfidic mine tailings deposits. However, the water saturation of the tailings has to be managed on a long-term basis in order to guarantee stability. Résumé : L'activité minière produit d'énormes quantités de déchets géologiques connus sous le nom de « tailings » composées de particules de taille fine à moyenne. Ces déchets contiennent souvent des sulfures dont l'oxydation conduit à la formation d'effluents acides contaminés en métaux, d'où la nécessité d'effectuer une remédiation des sites de stockage concernés. Le but de ce travail est dans un premier temps d'étudier l'effet de la bio-remédiation d'un dépôt de tailings oxydés sur l'hydrogéologie du système et les cycles biogéochimiques des éléments et en second lieu, d'évaluer l'évolution du processus de remédiation dans le temps. Le site étudié dans ce travail est situé dans la Bahía de Ite, au sud du Pérou, au bord de l'Océan Pacifique. Les déchets miniers en question sont déposés dans un environnement marin. De 1940 à 1996, les déchets de deux mines de porphyre cuprifère - Cuajone et Toquepala - ont été acheminés sur le site via la rivière Locumba. En 1997, une première remédiation a été initiée avec la construction d'une zone humide sur les tailings. Depuis, environ 90% de la surface du dépôt (16 km2) a été traité, les parties restantes étant la zone centrale du delta du Locumba et certaines zones proches de la plage. Malgré la proximité de l'océan, les études isotopiques menées dans le cadre de ce travail ont montré que les tailings étaient saturés en eau douce. Cette saturation est due à la pression hydraulique résultant de la mise en place des zones humides. Un écoulement d'eau souterrain sous-marin a été à détecté à l'interface entre les résidus et l'ancien fond marin. En raison de la géologie locale, il constitue une source d'entrée de SO4 2-, Cl-, Na+, FeZ+, et Mn2+ dans le système. L'analyse de la géochimie aquatique, la Diffraction aux Rayons X (XRD) et l'extraction séquentielle ont montré que l'oxydation du fer et .des sulfures est le principal processus se produisant dans les déchets non remédiés. Ceci a entraîné le développement d'une zone d'oxydation à pH bas induisant une forte accumulation des sels efflorescents, conséquence de la migration capillaire des métaux lourds (Fe, Cu, Zn, Mn, Cd, Co et Ni) de la solution vers la surface dans ce climat aride. Cette étude a montré également que la construction de la zone humide a eu comme résultats une précipitation des métaux dans des phases minérales en raison du pH neutre et des conditions réductrices (100-150mV). Les métaux lourds ont précipité sous la forme d'hydroxydes et de sulfures ou sont adsorbés à la matière organique. L'analyse de la composition de la communauté bactérienne à l'aide la technique T-RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) et par le clonage/séquençage des gènes de l'ARNr 16S a été combinée à une statistique détaillée. Cette dernière a révélé une forte corrélation entre la distribution de bactéries spécifiques et la géochimie : Les bactéries autotrophes acidophiles dominent dans les déchets oxydés non remédiés, tandis que des bactéries hétérotrophes neutrophiles ont mené les processus microbiens dans les déchets remédiés sous la zone humide. Sous la surface de la zone humide, nos analyses ont également mis en évidence un cycle du fer par des processus d'oxydoréduction rendus possibles par la présence de niches micro-aérées par la rhizosphère dans cet environnement réducteur. L'expérience de bio-remédiation in situ a montré que les paramètres clés qui contrôlent l'efficacité du traitement sont le niveau de la nappe aquifère et la chimie de l'eau. Les cellules de remédiation se sont montrées plus efficaces et plus rapides lorsque le système a pu être saturé en eau. Finalement, cette étude a montré que la bio-remédiation de déchets miniers par la construction de zones humides est un moyen de traitement efficace, rapide et peu coûteux. Cependant, la saturation en eau du système doit être gérée sur le long terme afin de garantir la stabilité de l'ensemble du système.

Long-term and long range migration of radioisotopes in terrestrial systems : mechanisms of radioisotopes (Cs, Sr, Pu, Am) mobilization in soils

Summary Artificial radionuclides were released in the environment during the atmospheric nuclear weapon tests and after accidental events involving nuclear industries. As a primary receptor of the deposition, the soil is a very sensitive compartment and understanding the interaction and migration of radionuclides within soils allows the development of scenario for the contamination risk of the population and of the environment. Most available field studies on radionuclides in soils only concern one or two isotopes, mostly 137Cs, and few physico-chemical soil parameters. The purpose of this study was a broader understanding of the radioecology of an Alpine valley. In a first part, we aimed to describe the depth distribution of 137Cs, 90Sr, 239+240Pu, and 241Am within different alpine soils and to identify some stable elements as indicators for accumulating layers. In the central part of the study, the goal was to investigate the repartition of ^Sr and 239Pu between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the soil solutions and to identify the nature of colloids involved in the adsorption of ^Sr and 239Pu. These results were integrated in an "advection- sorption" transport model seeking to explain the migration of 239Pu and 90Sr within the soils and to assess the importance of colloidal transport for these two isotopes. A further aspect studied was the role of the competition between the radioisotopes (137Cs and 90Sr) and their stable chemical analogues (K and Ca) with respect to plant uptake by different plant species. The results on the depth distribution within the soils showed that 137Cs was mostly retained in the topsoil, to the exception of an organic-rich soil (Histosol 2) receiving important surface runoff, where migration down to a depth of 30 cm was observed. 137Cs depth distribution within the soils was similar to unsupported 210Pb depth distribution. The plant uptake of 137Cs clearly depended on the concentration of exchangeable potassium in the soils. Moreover, we showed that the 137Cs uptake by certain species of the taxonomic orders Poales and Rosales was more sensitive to the increase in exchangeable Κ compared to other orders. Strontium-90 was much more mobile in the soils than 137Cs and depth migration and accumulation in specific AI- and Fe-rich layers were found down to 30 cm. Copper and Ni showed accumulations in these same layers, indicating their potential to be used as indicators for the migration of ^Sr within the soils. In addition, we observed a 90Sr activity peak in the topsoil that can be attributable to recycling of 90Sr by plant uptake. We demonstrated for the first time that a part of 90Sr (at least 40%) was associated with the colloids in organic-rich soil solutions. Therefore, we predict a significant effect of the colloidal migration of ^Sr in organic-rich soil solutions. The plant uptake results for 90Sr indicated a phylogenetic effect between Non-Eudicot and Eudicots: the order Poales concentrating much less 90Sr than Eudicots do. Moreover, we were able to demonstrate that the sensitivity of the 90Sr uptake by 5 different Alpine plant species to the amount of exchangeable Ca was species-independent. Plutonium and 241Am accumulated in the second layer of all soils and only a slight migration deeper than 20 cm was observed. Plutonium and 241Am showed a similar depth distribution in the soils. The model results suggested that the present day migration of 239Pu was very slow and that the uptake by plants was negligible. 239Pu activities between 0.01 to 0.08 mBq/L were measured in the bulk soil solutions. Migration of 239Pu with the soil solution is dominated by colloidal transport. We reported strong evidences that humic substances were responsible of the sorption of 239Pu to the colloidal fraction of the soil solutions. This was reflected by the strong correlation between 239Pu concentrations and the content of (colloidal) organic matter in the soil solution. Résumé Certains radioéléments artificiels ont été disséminés dans l'environnement suite aux essais atmosphériques de bombes nucléaires et suite à des accidents impliquant les industries nucléaires. En tant que récepteur primaire de la déposition, le sol est un compartiment sensible et des connaissances sur les interactions et la migration des radioéléments dans le sol permettent de développer des modèles pour estimer la contamination de la population et de l'environnement. Actuellement, la plupart des études de terrain sur ce sujet concernent uniquement un ou deux radioéléments, surtout le 137Cs et peu d'études intègrent les paramètres du sol pour expliquer la migration des radioéléments. Le but général de cette étude était une compréhension étendue de la radio-écologie d'une vallée alpine. Notre premier objectif était de décrire la distribution en profondeur de 137Cs, ^Sr, 239+240pu et 241Am dans différents sols alpins en relation avec des éléments stables du sol, dans le but d'identifier des éléments stables qui pourraient servir d'indicateurs pour des horizons accumulateurs. L'objectif de la deuxième partie, qui était la partie centrale de l'étude, était d'estimer le pourcentage d'activité sous forme colloïdale du 239Pu et du 90Sr dans les solutions des sols. De plus nous avons déterminé la nature des colloïdes impliqués dans la fixation du ^Sr et 239Pu. Nous avons ensuite intégré ces résultats dans un modèle de transport développé dans le but de décrire la migration du 239Pu et 90Sr dans le sol. Finalement, nous avons étudié l'absorption de 137Cs et 90Sr par les plantes en fonction de l'espèce et de la compétition avec leur élément analogue stable (K et Ca). Les résultats sur la migration en profondeur du 137Cs ont montré que ce radioélément était généralement retenu en surface, à l'exception d'un sol riche en matière organique dans lequel nous avons observé une nette migration en profondeur. Dans tous les sols, la distribution en profondeur du 137Cs était corrélée avec la distribution du 210Pb. L'absorption du 137Cs par les plantes, était dépendante de la concentration en Κ échangeable dans le sol, le potassium étant un compétiteur. De plus, nous avons observé que les espèces ne réagissaient pas de la même manière aux variations de la concentration de Κ échangeable. En effet, les espèces appartenant aux ordres des Poales et des Rosales étaient plus sensibles aux variations de potassium échangeable dans le sol. Dans tous les sols Le 90Sr était beaucoup plus mobile que le 137Cs. En effet, nous avons observé des accumulations de 90Sr dans des horizons riches en Fe et Al jusqu'à 30 cm de profondeur. De plus, le Cu et le Ni montraient des accumulations dans les mêmes horizons que le 90Sr, indiquant qu'il pourrait être possible d'utiliser ces deux éléments comme analogues pour la migration du 90Sr. D'après le modèle développé, le pic de 90Sr dans les premiers centimètres du sol peut être attribué à du recyclage par les plantes. Le 90Sr en solution était principalement sous forme dissoute dans des solutions de sols peu organique (entre 60 et 100% de 90Sr dissous). Par contre, dans des solutions organiques, un important pourcentage de 90Sr (plus de 40%) était associé aux colloïdes. La migration colloïdale du 90Sr peut donc être significative dans des solutions organiques. Comme pour le 137Cs, l'absorption du 90Sr par les plantes dépendait de la concentration de son analogue chimique dans la fraction échangeable du sol. Par contre, les espèces de plantes étudiées avaient la même sensibilité aux variations de la concentration du calcium échangeable. Le plutonium et l'américium étaient accumulés dans le deuxième horizon du sol et nous avons observé seulement une faible migration plus profondément que 20 cm. Selon le modèle, la migration actuelle du plutonium est très lente et l'absorption par les plantes semble négligeable. Nous avons mesuré entre 0.01 et 0.08 mBq/L de 239Pu dans les solutions de sol brutes. La migration du plutonium par la solution du sol est due principalement aux colloïdes, probablement de nature humique. Résumé grand public Dans les années 1950 à 1960, l'environnement a été contaminé par des éléments radioactifs (radioéléments) artificiels provenant des essais des armes atomiques et de l'industrie nucléaire. En effet, durant ces années, les premiers essais de bombes atomiques se faisaient dans l'atmosphère, libérant de grandes quantités d'éléments radioactifs. De plus certains accidents impliquant l'industrie nucléaire civile ont contribué à la dissémination d'éléments radioactifs dans l'environnement. Ce fut par exemple le cas de l'accident de la centrale atomique de Tchernobyl en 1986 qui a causé une importante contamination d'une grande partie de l'Europe par le 137Cs. Lorsqu'ils sont libérés dans l'atmosphère, les radioéléments sont dispersés et transportés par les courants atmosphériques, puis peuvent être déposés dans l'environnement, principalement par les précipitations. Une fois déposés sur le sol, les radioéléments vont interagir avec les composants du sol et migrer plus ou moins vite. La connaissance des interactions des éléments radioactifs avec le sol est donc importante pour prédire les risques de contamination de l'environnement et de l'homme. Le but général de ce travail était d'évaluer la migration de différents éléments radioactifs (césium-137, strontium-90, plutonium et américium-241) à travers le sol. Nous avons choisi un site d'étude en milieu alpin (Val Piora, Tessin, Suisse), contaminé en radioéléments principalement par les retombées de l'accident de Tchernobyl et des essais atmosphériques de bombes atomiques. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la distribution en profondeur des éléments radioactifs dans le sol et l'avons comparée à divers éléments stables. Cette comparaison nous a permit de remarquer que le cuivre et le nickel s'accumulaient dans les mêmes horizons du sol que le strontium-90 et pourraient donc être utilisés comme analogue pour la migration du strontium-90 dans les sols. Dans la plupart des sols étudiés, la migration du césium-137, du plutonium et de l'américium-241 était lente et ces radioéléments étaient donc accumulés dans les premiers centimètres du sol. Par contre, le strontium-90 a migré beaucoup plus rapidement que les autres radioéléments si bien qu'on observe des accumulations de strontium-90 à plus de 30 cm de profondeur. Les radioéléments migrent dans la solution du sol soit sous forme dissoute, soit sous forme colloïdale, c'est-à-dire associés à des particules de diamètre < Ιμηι. Cette association avec des colloïdes permet à des radioéléments peu solubles, comme le plutonium, de migrer plus rapidement qu'attendu. Nous avons voulu savoir quelle était la part de strontium-90 et plutonium associés à des colloïdes dans la solution du sol. Les résultats ont montré que le plutonium en solution était principalement associé à des colloïdes de type organique. Quant au strontium-90, ce dernier était en partie associé à des colloïdes dans des solutions de sol riches en matière organique, par contre, il était principalement sous forme dissoute dans les solutions de sol peu organiques. L'absorption de radioéléments par les plantes représente une voie importante pour le transfert vers la chaîne alimentaire, par conséquent pour la contamination de l'homme. Nous avons donc étudié le transfert du césium-137 et du strontium-90 de plusieurs sols vers différentes espèces de plantes. Les résultats ont montré que l'absorption des radioéléments par les plantes était liée à la concentration de leur analogue chimique (calcium pour le strontium-90 et potassium pour le césium- 137) dans la fraction échangeable du sol. De plus certaines espèces de plantes accumulent significativement moins de strontium-90.