Ce mémoire d'habilitation présente une synthèse de mes travaux depuis la fin de mon doctorat. Il rassemble une compilation de ma recherche sur les dépôts atmosphériques en éléments traces et en radionucléides dans les milieux distants de sources de pollution. Il illustre l'intérêt d'une approche couplée entre des traceurs isotopiques variés et des enregistrements spatio-temporels diversifiés pour comprendre la dynamique et l'origine des éléments trace dans l'environnement, en particulier en milieux montagnards et/ou aux interfaces atmosphère-sol-eau (la zone critique). Ce document présente également mon curriculum-vitae détaillé y compris les encadrements de thèses et de masters, ma liste de publications ainsi que les reproductions d'articles scientifiques les plus significatifs.