Les isotopes du lithium, traceurs de la Zone Critique de la Terre : du local au global

La Zone Critique de la Terre désigne la fine pellicule recouvrant sa surface, à l'interface du cycle de l'eau, de la lithosphère et de la biosphère. Cette couche est produite à sa base par altération chimique et détruite à son sommet par érosion mécanique. Parce que le lithium et ses isotopes ont la particularité de se partager entre la phase dissoute et la phase solide au cours des réactions d'interaction eaux-roches, nous explorons, dans cette thèse, le potentiel des isotopes du lithium dissous dans les rivières comme traceurs des processus d’altération chimique des continents. Nous nous sommes focalisés, dans un premier temps, sur le Bassin Congolais. Cette étude met en évidence le caractère non univoque de la réponse de la composition isotopique du Li dissous des rivières aux topographies plates (et aux intensités d’altération élevées). Deux valeurs extrêmes de signature isotopique du Li dissous sont, en effet, produites dans le bassin du Congo, qui tracent deux styles d'altération continentale distincts, dans lesquels les processus d'altération chimique sont différents. D'autre part, nous proposons une nouvelle estimation du flux moyen de Li et de sa composition isotopique moyenne exportés à l'océan par les rivières aujourd'hui (5,5×10^10 g/an et 19±2 pour mille, respectivement). Nous montrons que la composition isotopique du Li dissous dans les grands fleuves est contrôlée, au premier ordre, par la ré-incorporation du Li dans les minéraux secondaires (dans les sols et les plaines d’inondation) et, d'une manière non univoque, de l'intensité d’altération. En outre, l'étude des signatures isotopiques du Li dissous dans les rivières drainant les îles volcaniques (Islande, Java, Martinique, Réunion et Sao Miguel) montre que l'hydrothermalisme continental, générant des eaux très concentrées en Li avec une valeur basse de sa signature isotopique (car très peu fractionnée par rapport à la roche mère basaltique), influence la composition isotopique du Li dissous des rivières des îles volcaniques et peut avoir un impact significatif sur le flux de Li (et sa composition isotopique ) transféré(s) à l'océan à l'échelle globale. Enfin, nous proposons une interprétation de l'augmentation de l'ordre de 9‰ qu’a connue la signature isotopique du Li de l'eau de mer au cours du Cénozoïque à l'aide d’un modèle de boîtes simple de l’océan et au regard de nos résultats. Il émane de ce travail de thèse que les isotopes du Li dissous dans les rivières prouvent là encore leur capacité à être de bons traceurs des régimes d'altération des roches silicatées continentales (et ce, même en contexte anthropisé, comme le montre notre étude du bassin de l'Orgeval, en Seine-et-Marne). Le Li et ses isotopes constituent donc des traceurs prometteurs de la Zone Critique de la Terre et des paléo-processus d'altération chimique ainsi que de l'évolution géodynamique des continents voire des grands mouvements verticaux affectant la lithosphère continentale.