L’étude d’environnements modernes caractérisés par des conditions environnementales proches de ce que nous connaissons de la Terre ancienne (des analogues) constitue une approche puissante pour mieux comprendre les cycles biogéochimiques anciens, et complémentaire des études portant directement sur le répertoire géologique. Dans ce sens, mon travail de thèse s’est attaché à caractériser quatre lacs de cratère de volcans situés au Mexique. Ces lacs sont alcalins et stratifiés et constituent ainsi des environnements extrêmes notamment en termes de conditions redox et de chimie des eaux. De plus, ces lacs sont caractérisés par la présence de microbialites, des roches carbonatées dont la formation résulte de l’interaction de communautés microbiennes avec leur environnement, et qui représentent un des enregistrements emblématiques de l’évolution précoce de la vie sur Terre (> 3.5 Ga). Durant ma thèse, j’ai caractérisé ces écosystèmes principalement par le biais de la géochimie isotopique, outil puissant permettant de retracer les processus physico- et biogéo-chimiques. Les isotopes du C, de l’O et du S ont ainsi été charterisés dans de multiples phases dissoutes et particulaires, minérales ou organiques, dans les colonnes d’eau et sédiments des quatre lacs.Cette étude propose une caractérisation en profondeur à la fois des processus biogéochimiques du C et du S s’opérant actuellement dans ces écosystèmes, ainsi que des signatures biogéochimiques que ces derniers laissent dans l’enregistrement sédimentaire des lacs (sédiments gravitaires et microbialites). Cette approche met en lumière les processus susceptibles d’être transférés au répertoire géologique et au contraire ceux qui ne le sont pas, ou partiellement. Ainsi, ce travail montre que les réservoirs carbonatés dans des conditions de forte alcalinité sont peu sensibles aux processus biologiques ou climatiques pour de courtes échelles de temps. Il est également montré que la matière organique sédimentaire n’enregistre que partiellement les conditions du milieu et ne permet pas toujours de reconstruire fidèlement la stratification redox et chimique des colonnes d’eaux. En revanche des processus physiologiques clés accomplis par les micro-organismes et ayant une forte influence sur le cycle du C ont été mis en évidence par l’analyse originale de la composition isotopique du carbone organique dissous (non préservé dans les sédiments).De plus, les conditions physico-chimiques spécifiques à chacun des lacs engendrent des différences dans l’amplitude avec laquelle les registres sédimentaires du C et du S et leurs signatures géochimiques sont remaniés et préservés dans les carbonates, la matière organique, et les pyrites sédimentaires (e.g. selon les dynamiques hydrologiques, le niveau d’oxydation, les teneurs en nutriments et en substrats organiques et inorganiques).L’enregistrement des microbialites est également altéré par un certain nombre de biais mais apporte un message complémentaire, plus spécifique des processus biologiques et environnementaux locaux. Par exemple, la formation des microbialites à une profondeur donnée de la colonne d’eau stratifiée permet un enregistrement plus ponctuel et spécifiques des conditions physico-chimiques de la colonne d’eau.En couplant l’approche géochimique, à des résultats de minéralogie, sédimentologie, et microbiologie, cette étude décrit dans quelles limites l’enregistrement sédimentaire géochimique peut nous permettre de reconstruire l’histoire géologique et biogéochimique d’un paléoenvironnement stratifié.Toutefois, l’étude de ces milieux actuels permet à la fois d’identifier les processus biogéochimiques présentement à l’œuvre ainsi que les signaux géochimiques isotopiques sédimentaires qui en résultent, constituant une étape importante dans notre compréhension des fonctions de transferts à utiliser pour reconstruire les paléoenvironnements anciens ainsi que les processus biogéochimiques associés à la formation des microbialites.