Search

1. Contexte La Nouvelle-Calédonie (NC) est reconnue comme l’un des hot spots de la biodiversité mondiale avec une des richesses endémiques les plus élevées. Ce territoire possède le plus grand complexe corallien au monde, et près de 75 % de la surface des récifs et lagons des territoires français. L’exceptionnel état de sa biodiversité marine lui a valu une inscription en 2008 au Patrimoine Mondial de l’Humanité d’une grande partie de ses lagons. La NC est par ailleurs le siège de mutations démographiques, économiques et sociétales rapides. Si l’industrie minière a depuis un siècle façonné significativement les paysages terrestres et littoraux, il existe une volonté forte de diversifier l’économie du pays, de développer le tourisme et des filières pour aller vers plus d’autonomie. Il en résulte des pressions anthropiques croissantes sur les environnements terrestres et lagonaires, auxquelles viennent s'ajouter les conséquences encore mal connues du réchauffement climatique. Le maintien de l’intégrité de ce bien représente un enjeu important en termes de gestion. L’évaluation de l’état écologique doit tenir compte des diverses pressions d’origine humaine, de leurs impacts et de la variabilité naturelle des écosystèmes pour être en mesure d’adopter des mesures de gestion permettant de limiter, voire supprimer, toute dégradation. Les eaux des rivières peuvent contribuer à la dégradation de l’environnement littoral par transfert des matières accumulées lors de leur parcours. En effet, à leur arrivée dans le lagon, elles peuvent contenir de nombreux contaminants et polluants et présenter une forte turbidité en lien avec les processus d’érosion. Elles peuvent être ainsi une cause de dégradation des écosystèmes côtiers déjà soumis à de nombreuses pressions. Plusieurs questions se posent donc : - Quelle est la qualité de l’eau aux embouchures et quel est l’impact des pressions humaines terrestres ? - Que deviennent les eaux de rivières après leur arrivée dans le lagon ? - Quels sont les risques pour l’écosystème lagonaire en cas d’apports terrestres excessifs ? 2. Objectif(s) L'objectif de ce travail de recherche était d’apporter des connaissances aux décideurs et à la communauté scientifique. Dans le cadre d’une première action, il s’agissait de suivre pendant un an les caractéristiques de l'eau au niveau des exutoires de la Dumbéa, de la Coulée, de la Tontouta et de la rivière des Pirogues (fig. 2) et de quantifier les apports de ces rivières dans le lagon autour du grand Nouméa. Ce travail devait en outre permettre d'identifier une signature chimique et/ou biologique des cours d'eau pour être en mesure de tracer leur devenir dans le milieu marin. Dans le cadre d’une seconde action, l’objectif était d’étudier le devenir des eaux de rivière et de la matière associée (panaches) au sein du lagon et d’analyser les conséquences de ces apports sur le compartiment microbien. Ce compartiment qui est à la base de la chaîne alimentaire est celui qui réagit le plus vite aux perturbations environnementales. 3. Phase(s) Pour répondre aux questions posées dans le cadre de la première action, nous avons prélevé près de 230 échantillons d’eau à l’embouchure des quatre rivières à partir de décembre 2018 pendant un an, et ce à raison d’une campagne tous les 15 jours. Lors du passage du cyclone Hola (mars 2018), nous avons collecté des échantillons tous les jours pendant une semaine. Les échantillons collectés ont été analysés au laboratoire en mesurant une quarantaine de paramètres (température, salinité, pH, oxygène dissous, nutriments, matières minérales et organiques, métaux…). Pour tracer le trajet des eaux de rivières dans le lagon, nous avons utilisé des bouées dérivantes (pendant et hors période de pluies) et collecté régulièrement des échantillons d’eau sur des stations fixes pour suivre de nombreux paramètres biotiques et abiotiques (fig. 3). La technique de l’ADN environnemental (marqueurs de la biodiversité) a été utilisée pour suivre la réponse des communautés microbiennes aux apports des rivières. 4. Résultats Les principaux résultats que nous avons obtenus en étudiant l’embouchure de quatre rivières situées entre Païta et Le Mont-Dore sont les suivants : - À l’embouchure, la qualité de l’eau aux exutoires varie en fonction des conditions hydrologiques. Il faut donc discriminer les périodes de faibles débits, des périodes de crue et de décrue. Toutefois, des changements notables peuvent apparaître lors d’événements climatiques particuliers. L’eau de rivière subit notamment des changements intenses et furtifs lors des cyclones ou des dépressions tropicales. - Chaque rivière présente une identité biogéochimique unique liée à la nature géologique et biologique du bassin versant qu’elle traverse. En effet, chaque bassin versant possède un sol, un sous-sol et une biodiversité qui lui sont propres. Lors des évènements pluvieux, les reliefs sont érodés et la rivière s’enrichit d’une multitude de matières minérales et organiques. Nous montrons que la turbidité aux exutoires dépend des débits et que cette relation varie en fonction des bassins versants, possiblement en lien avec le niveau de couverture végétale. - La nature et l’intensité des activités humaines présentes sur les bassins versants ont une influence sur la qualité des eaux. La Coulée est une rivière dégradée du fait des grands incendies qui se sont fréquemment produits sur la montagne des Sources (2005, 2019), de la forte urbanisation et de l’importante activité agricole du bassin Mont-Dorien. - Il est aujourd’hui possible d’instrumenter les rivières pour mieux suivre les risques que font courir les activités humaines sur l’environnement côtier pour permettre la mise en place de mesures correctives adaptées. Le travail réalisé sur l’eau aux exutoires permet d’optimiser notre protocole d’échantillonnage des eaux en ciblant des périodes d’intérêt et certains paramètres pour en limiter le coût. - Les communautés microbiennes en période sèche sont structurées en lien avec un gradient côte – large. L’arrivée de l’eau de rivière dans le lagon exerce une influence forte sur cette structure et au final sur la qualité des eaux marines de surface. Lors des crues, cette influence s’étend de manière visible jusqu’au récif et peut durer 24 à 48 h. Les effets de ces perturbations sur les communautés microbiennes restent significatifs après 6 jours. Parmi ces apports, le manganèse, métal impliqué dans le processus de photosynthèse pourrait favoriser la présence de certaines microalgues dans les baies après le passage d’un évènement pluvieux. Nos travaux montrent que la résilience du système est toutefois fonction du paramètre que l’on observe. Une approche multiparamétrique est donc nécessaire si on souhaite comprendre l’influence des bassins versants sur l’écosystème lagonaire. Elle est aussi nécessaire dans le cadre de la mise en place d’un observatoire.

Cette étude repose sur une analyse comparative des distributions d’éléments traces (ET) dans les podzols de deux forêts adjacentes qui se distinguent principalement par leur régime de perturbation. La forêt du site de l’Île a été protégée des perturbations majeures pendant plusieurs siècles, tandis que le site du Versant a subi un feu majeur il y a 100 ans. Bien qu’ils aient évolué à partir du même matériel parental et sous les mêmes conditions climatiques et topographiques, les sols de ces deux sites présentent des différences marquées au niveau de leur morphologie et de leurs propriétés chimiques. Notamment, le sol de l’Île, qui est dominée par des conifères, a un pH significativement plus faible dans l’entièreté du profil, un horizon B podzolique qui contient significativement plus d’oxydes de fer cristallin et des horizons organiques quatre fois plus épais en comparaison au sol du Versant, un peuplement de feuillus. L’objectif de ce projet de recherche était alors de démontrer comment les différentes conditions biogéochimiques affectent la rétention et la mobilisation des ET et plus spécifiquement, comment l’âge des forêts affecte le cycle des ET à travers son influence sur la pédogénèse. Dans chacun des deux sites, quatre pédons ont été creusés puis tous leurs horizons de sol ont été échantillonnés (total de 79 échantillons) afin de mesurer leurs concentrations extraites à l’acides et solubles dans l’eau en As, Cd, Cu, Pb, V et Zn. Les différences majeures entre les deux sites se trouvaient surtout dans les horizons organiques, où les concentrations totales de tous les ET étaient significativement plus élevées sur le Versant. Un cyclage biologique accru sur le Versant, par la présence de feuillus, dont Betula alleghaniensis, explique en partie les concentrations élevées dans la couche d’humus, particulièrement pour le Cd, le Cu et le Zn, dont les concentrations étaient jusqu’à 5 fois plus élevées dans l’horizon F du Versant. Cependant, le pourcentage d’ET en solution était significativement plus élevé sur l’Île pour tous les ET, à l’exception de l’As. Le très faible pH de l’Île a contribué à la mobilisation de ces ET. La rétention de Cd et de Zn était plus sensible à la variation de pH que les autres ET. Une quantité significative de Zn a été lessivée en dehors du profil de la forêt non-perturbée, car le stock total du profil de sol en Zn (mg/m2 par cm d’épaisseur) y est 4.5 fois plus faible que sur le Versant. Cette étude soulève l’impact direct et indirect de la dynamique de la végétation sur la pédogénèse et sur le cycle des ET dans les podzols., This study is based on a comparative analysis of the distribution of trace elements (ET) in the podzolic soils of two adjacent forested sites that distinguish themselves based on their disturbance regime. The Island site was sheltered from major disturbances for several centuries, whereas a stand-replacing wildfire burned the area 100 years ago on the Hillslope site. Even though the soils of both sites developed from the same parent material and under the same climatic and topographic conditions, they display major morphological and chemical differences. The Island is a coniferous stand that has a significantly lower soil pH through the entire profile, a podzolic B horizon that contains significantly more crystalline iron oxide and organic horizons that are four times thicker than at the Hillslope, a deciduous stand. The objective of this research is to demonstrate how different biogeochemical conditions affect the retention and mobilisation of TE and more specifically how stand age influences the cycling of TE in soils through its impact on pedogenesis. In each site, four soil profiles were dug and all their horizons were sampled (total of 79 samples) in order to measure their acid-extracted and water-soluble concentrations of As, Cd, Cu, Pb, V and Zn. Major differences between the two sites are mainly found in organic horizons, where acid-extracted TE concentrations were significantly greater on the Hillslope. The enhanced biocycling caused by deciduous trees including Betula alleghaniensis contributed to the high concentrations in the humus layer of the Hillslope, especially of Cd, Cu and Zn, which were 5 times higher in the F horizon compared to the Island. Also, a higher percentage of TE was soluble on the Island for all TE, except for As. The solubilisation of TE was associated to the low soil pH of the older stand. Cd and Zn retention were more sensible to pH variation than other TE. A significant quantity of Zn was leached outside of the soil profile on the Island since the summed Zn content of the entire profile (mg Zn /m2 surface /cm thickness) was 4.5 times lower than on the Hillslope. This study highlights the direct and indirect impacts of vegetation on soil genesis and TE cycling in podzols.

In the soil, the living take over. Interview conducted and edited by Bernard Paillard For biologists, the soil terminates where the rock prevails, in a layer where life thrives. Bacteria, fungi, and, to a lesser extent, the small soil fauna (pedofauna) play a considerable role. They take control of the physico-chemical processes they accelerate : by decomposing rocks, they produce soils, shape, organize and stabilize them. They even preside over their evolution. They elaborate the nourishing components of the plants, nitrogen, phosphate, etc. Decomposing these organic materials, they recycle them, making them assimilable once more. Our societies are accountable for pass soils in good condition on to future generations. It is crucial to become aware that humans are absolutely incapable of producing what has resulted from interactions and interdependencies between living beings over millennia., Dans le sol, les vivants prennent la main. Entretien réalisé et annoté par Bernard Paillard Pour le biologiste, le sol s’arrête là où commence la roche, dans une couche où l’on trouve en abondance de la vie. Les bactéries, les champignons et, dans une moindre mesure, la petite faune terricole (pédofaune) y jouent un rôle considérable. Ils prennent la main sur les processus physico-chimiques qu’ils accélèrent : décomposant les roches, ils produisent les sols, les façonnent, les organisent et les stabilisent. Ils président même à leurs évolutions. Ils élaborent les composants nourriciers des plantes, azote, phosphate, etc. Décomposant ces matières organiques, ils les recyclent, les rendant de nouveau assimilables. Nos sociétés ont la responsabilité de transmettre en bon état leurs sols aux générations futures. Elles doivent prendre conscience que les humains sont incapables de produire ce qui résulte d’interactions et d’interdépendances entre vivants durant des millénaires., En el suelo, los hacen todo el trabajo. Entrevista realizada y anotada por Bernard Paillard Para el biólogo, el suelo termina donde comienza la roca, en una capa donde hay abundancia de vida. Las bacterias, los hongos y, en menor medida, la pequeña fauna del suelo (pedofauna) desempeñan un papel considerable. Se hacen cargo de los procesos físico-químicos y los aceleran : al descomponer las rocas, producen suelos, los modelan, organizan y estabilizan. Incluso gobiernan su evolución. Elaboran los nutrientes de las plantas, nitrógeno, fosfato, etc. Descomponiendo estos materiales orgánicos, los reciclan, haciéndolos asimilables de nuevo. Nuestras sociedades son responsables de transmitir sus suelos en buen estado a las generaciones futuras. Deben ser conscientes de que los humanos son incapaces de producir algo que resulta de milenios de interacción e interdependencia entre los seres vivos., Selosse Marc-André. Dans le sol, les vivants prennent la main. Entretien réalisé et annoté par Bernard Paillard. In: Communications, 110, 2022. Vivantes interactions. pp. 41-55.

International audience

International audience

How to analyse a complex organic sample? This general question seems simple at first glance but requires a closer look at the notion of complexity to be able to understand and justify the means used to characterise it. In planetology, and more widely in astrophysics, all the observations and observables indicate that the matter that makes up extraterrestrial objects is composed of a mixture of various molecules, and this mixture is more or less diverse and dense depending on the object. Observations and models are routinely done to try to understand these objects and to constrain their evolutionary processes, or to try to investigate their origin.Characterising the molecular complexity of such objects requires state-of-the-art instruments, which are difficult to adapt to space industry constraints in order to be placed on a probe, and this requires that the object under study can be sampled. However, most objects of interest cannot be reached in a reasonable time. Therefore, another way to study these objects is needed: laboratory astrophysics. Many experiments attempt to simulate the objects and environments in which they evolve and analyse the evolution of matter subjected to these constraints. Part of the challenges of these experiments lies in the chemical characterisation of the samples, and more particularly in their molecular characterisation.As part of this thesis, we proposed to use high-resolution mass spectrometry (HRMS) and high-performance liquid chromatography (HPLC) to characterise complex organic samples. To do so, the entire analytical chain was studied, from the data acquisition to its use. Thus, we proposed an optimisation of the data acquisition in Orbitrap, as well as the systematic processing of the data resulting from the analysis done by ESI-HRMS as well as for the analysis done by LDI-ICR. Chromatography coupled with mass spectrometry is a powerful tool for accessing the molecular structure of samples and requires developing methods that are suited to the samples analysed. Therefore we offered two HPLC methods for sample analysis, which have been developed and validated for the analysis of complex samples. However, no currently available commercial software allowed for the unsupervised analysis of such samples. Software to allow the processing of this data has now been developed and allows the molecular diversity of samples to be revealed without supervision. The identification of the detected molecules is not an easy process since it then requires having all the possible isomers for each molecule detected as standards for reference. To reduce the number of possibilities, a tool for predicting retention times was proposed. This was based on knowledge of the physico-chemical properties of known compounds to predict their theoretical retention time on the methods used.Lastly, this work presents the application of all the developments carried out during these three years on a set of samples of synthetic atmospheric aerosol analogues modelling exoplanets of the super-Earth and mini-Neptunes type. From the analysis of their soluble matter to the comparison between soluble, insoluble, and total phase, analysis by mass spectrometry indicates a great diversity and important differences between samples. This indicates processes of formation and evolution related to the composition of the reactive mixture. Finally, chromatographic analysis of one of these samples indicates multiple isomers, some of which may be labelled as biological molecules, potentially involved in the process of the origin of life., Comment analyser un échantillon organique complexe ? Cette question générale semble simple de prime abord, mais requiert de s’intéresser de plus près à la notion de complexité afin de pouvoir comprendre et justifier les moyens utilisés pour la caractériser. En planétologie, et plus largement en astrophysique, l’ensemble des observations et observables indiquent que la matière qui compose les objets extraterrestres est composée d’un mélange de diverses molécules, et ce mélange est plus ou moins divers en fonction de l’objet. Observations et modélisations sont effectuées couramment pour tenter de comprendre ces objets et de contraindre leurs processus évolutifs.Caractériser la complexité moléculaire de tels objets nécessite des instruments de pointe, qui sont difficilement adaptables aux contraintes spatiales pour être placés sur une sonde, et cela requiert que l’objet étudié puisse être échantillonné. Or, la très grande majorité des objets d’intérêt ne peuvent pas être atteints dans un temps raisonnable. Dès lors, il faut un autre moyen d’étudier ces objets : c’est l’astrophysique de laboratoire. De nombreuses expériences tentent de simuler les objets et environnements dans lequel ils évoluent, et analysent l’évolution de la matière soumise à ces contraintes. Une partie des défis de ces expériences réside dans la caractérisation chimique des échantillons, et plus particulièrement dans leur caractérisation moléculaire.Dans le cadre de cette thèse, nous proposons d’utiliser la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS) et la chromatographie en phase liquide haute performance (HPLC) pour caractériser des échantillons organiques complexes. Pour se faire, l’ensemble de la chaine analytique a été étudiée, depuis l’acquisition des données jusqu’à leur exploitation. Ainsi, nous proposons une optimisation de l’acquisition des données en Orbitrap, ainsi que des systématiques de traitement des données issues des analyses effectuées ESI-HRMS ainsi que pour des analyses effectuées en LDI-ICR. La chromatographie couplée à la spectrométrie de masse est un outil puissant pour accéder à la structure moléculaire des échantillons, et nécessite de développer des méthodes qui soient adaptés aux échantillons analysés. Nous proposons ainsi deux méthodes HPLC pour l’analyse des échantillons, qui ont été développées et validées pour l’analyse d’échantillons complexes. Cependant, aucun logiciel commercial ne permet l’analyse non supervisée de tels échantillons : un logiciel qui permette le traitement de ces données a ainsi été développé et permet de révéler la diversité moléculaire des échantillons sans supervision. Mais l’identification des molécules ainsi détectées n’est pas un processus aisé puisqu’il nécessite alors de posséder l’ensemble des isomères possibles pour chaque molécule détectée. Pour réduire cet espace des possibles, un outil de prédiction des temps de rétention est proposé qui se base sur la connaissance des propriétés physico-chimiques de composés connus afin de prédire, pour ces mêmes composés, leur temps de rétention théorique sur les méthodes utilisées.Ce travail présente dans une dernière partie l’application de l’ensemble des développements effectués au cours de ces trois années sur un jeu d’échantillons d’analogue d’aérosols atmosphériques de synthèse modélisant des exoplanètes de type super-Terres et mini-Neptunes. Depuis l’analyse de leur matière soluble, jusqu’à la comparaison entre phase soluble, insoluble et totale, l’analyse par spectrométrie de masse indique une grande diversité et des différences importantes entre échantillons, indiquant des processus de formation et d’évolution directement liés à la composition du mélange réactif. Enfin, l’analyse par chromatographie d’un de ces échantillons indique de multiples isomères, dont certains pouvant être annotés comme étant des molécules biologiques, potentiellement impliquées dans le processus de l’origine de la vie.

In water treatment systems described as "nature-based solutions" the retention of suspended solids can lead to the formation of a surface deposit layer. Both from the point of view of its capacity to interact with the pollutants during its presence on the treatment unit, and during its reuse, notably in land application after curing, pollutants speciation within the deposits and their prossess of remobilization are questioned. The objectives of this work was to better describe the organo-mineral assemblage of these deposits and to provide a better understanding of the influence of colloidal phases on the remobilization of major and trace elements in order to be able to provide predictive models on the remobilization of pollutants from deposits subjected to pH variations. A vertical flow constructed wetland sludge deposit was subjected to different pH conditions and the colloidal phases were studied. Remobilization of organic colloidal phases was found to be particularly sensitive to pH changes. In the acidic pH range, small organic molecules (< 3 kDa) are predominantly remobilized from the deposits. For near-neutral and alkaline pH, large organic colloids (>30 kDa) prevail in solution. This release of organic matter seems to favor the remobilization of iron and aluminum oxides within organo-mineral colloids. The nature and quantity of the remobilized colloidal phases have a large influence on the release of major and trace elements from the constructed wetland’s sludge deposits. However, the affinity of the elements for these colloidal phases is also controlled by the chemical class of the element considered, its oxidation state and the pH of the solution. The use of these experimental data allowed the development and calibration of a multi-surface geochemical model able to reproduce the release and speciation of a wide range of elements (Fe, Al, P, Ca, Mg, Cu, Cd, Cr, Zn, Pb, As) retained within a reed filter sludge. Due to the high concentration of organic matter measured in the sludge and their importance in the release and speciation of elements, the modeling of metal complexation on organic matter by WHAM-ModelVII has been the subject of numerous experiments. The modeling tests combined with the ultrafiltration results allowed to obtain a ratio of active organic matter allowing to improve the prediction of the elemental concentrations. In order to evaluate the robustness of the methodology used on this first sludge, the modeling strategy was applied to other samples. The multisurface models developed in this thesis have all shown their efficiency in calculating the release of many elements whatever the pH conditions and despite very variable initial constitutions. The information provided by this thesis have been fundamental in understanding the risks associated with the emission of trace metals in particular. In time these models could therefore be part of the decision supporting tools available to managers of these solid deposits., Dans les systèmes de traitement des eaux qualifiés de « solutions fondées sur la nature » la rétention des particules en suspensions peut conduire à la formation d’une couche de dépôts de surface. Tant du point de vue de sa capacité à interagir avec les polluants lors de sa présence sur l’unité de traitement, que lors de sa réutilisation notamment en épandage après curage, la spéciation des éléments au sein de ces dépôts et les mécanismes de remobilisation des polluants interrogent. Ce travail avait pour objectifs de mieux décrire l’assemblage organo-minéral de ces matrices et de fournir une meilleure compréhension de l’influence des phases colloïdales sur la remobilisation d’éléments majeurs et traces afin de pouvoir fournir des modèles de prédictions sur la remobilisation de polluants des dépôts soumis à des variations de pH. Un dépôt de surface de filtre planté de roseaux à écoulement vertical a été soumis à différentes conditions de pH et les phases colloïdales ont été étudiées. La remobilisation de phases colloïdales organiques s’est montrée particulièrement sensible aux variations de pH. Dans la gamme de pH acide, de petites molécules organiques (< 3 kDa) sont majoritairement remobilisées des dépôts. Pour des pH proches de la neutralité et alcalins, les gros colloïdes organiques (> 30 kDa) prévalent en solutions. Ce relargage de matière organique semble favoriser la remobilisation d’oxydes de fer et d’aluminium au sein de colloïdes organo-minéraux. La nature et la quantité des phases colloïdales remobilisées exercent une large influence sur le relargage d’éléments majeurs et traces depuis les dépôts de filtre planté de roseaux. Cependant, l’affinité des éléments pour ces phases colloïdales est aussi contrôlée par la classe chimique de l’élément considéré, son état d’oxydation ainsi que le pH de la solution. L’utilisation de ces données expérimentales a permis le développement et la calibration d’un modèle géochimique multi-surfacique capable de reproduire la spéciation d’une large gamme d’éléments (Fe, Al, P, Ca, Mg, Cu, Cd, Cr, Zn, Pb, As) contenue au sein d’une boue de filtre planté et ainsi de reproduire le relargage de ces éléments. De par la concentration importante en matière organique mesurée dans la boue et leur importance dans le relargage et la spéciation des éléments, la modélisation de la complexation des métaux sur la matière organique par WHAM-ModelVII a fait l’objet d’un développement particulier. Afin d’évaluer la robustesse de la méthodologie employée sur cette première boue, la stratégie de modélisation a été appliquée à d’autres échantillons. Les modèles multisurfaciques développés dans cette thèse ont tous montré leur efficacité à calculer le relargage de nombreux éléments quel que soit les conditions de pH et malgré des concentrations initiales en élément majeurs et traces très variables.

Carbon is an essential component of plant biomass and soil organic matter which constitute the most important terrestrial sinks. It is generated in the soil generally by the decomposition of plants debris. The decomposition process is influenced by several biotic and abiotic factors. The aim of this study is to see the relationship between the 5 forest carbon sinks: soil, litter, herbaceous vegetation, trees and shrubs and the influence of the following factors (sand, silt, clay, density of fine particles and content of N, P, K, Ca, Mg, Fe, Na, Ec, CEC, pH, soil depth, slope, exposure, precipitation and altitude). The study was carried out on 50 sample plots in Nahr Beirut watershed. Data collection involves measuring trees and shrubs and sampling herbaceous vegetation, litter and soil from each plot. After fieldwork and data analysis in the laboratory, the results show on average that the MO% is 4.9%, the soil organic carbon is 54 tC ha-1, litter carbon is 5.9 tC ha-1, herbaceous carbon is 1.6 tC ha-1, trees and shrubs carbon is 85.1 tC ha-1. The results show a positive correlation between the MO% on one hand and the clay percentage (0.74), the silt percentage (0.49), the exchangeable Ca (0.820) on the other hand, and a negative correlation between the MO% on one hand and the percentage of sand (-0.78) and the mass of soil in t ha-1 (-0.62) in other hand. This thesis allowed to establish an allometric equation which estimates percentage of SOM by integrating the variables of the sand %, clay % and exchangeable Ca (ppm). (R2 = 0.678) estimates 68% of MO with an error of 1.326. We have spatialized the carbon stock of trees in forests of the watershed which is 859 000 tonnes, 436 000 tonnes in the pinewood stratum and 423 000 tonnes in the other types of forests stratum., Le carbone est un composant essentiel de la biomasse végétale et de la matière organique du sol qui constitue les plus importants puits terrestres. Il résulte dans le sol principalement par la décomposition des débris de végétaux. Ce processus de décomposition est influencé par plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. L’objectif de cette étude est d’analyser les relations entre les 5 stocks de carbone forestiers : le sol, la litière, la végétation herbacée, les arbres et les arbustes et l’influence de la localisation et des caractéristiques des stations et des sols. L'étude a porté sur 50 placettes d’échantillonnage dans le bassin versant de Nahr Beyrouth dans lesquelles les arbres et arbustes ont fait l’objet de mesures systématiques et où la végétation herbacée, la litière et le sol de chaque placette ont été systématiquement échantillonné. Les résultats des mesures sur le terrain puis des analyses de laboratoire montrent que le taux moyen de MO est de 4,9%, alors que l’importance des différents compartiments de stockage par ordre croissant est la suivante : la végétation herbacée (1,6 tC ha-1) la litière (5,9 tC ha-1), le sol (54 tC ha-1) puis les arbres et arbustes (85,1 tC ha-1). Afin d’expliquer les variations en MO des différentes placettes, les analyses statistiques montrent une corrélation positive entre la MO% d’une part et le taux d’argile (0,74), le taux de limon (0,49), la teneur en Ca échangeable (0,820) d’une autre part. Inversement, nous observons une corrélation négative entre la MO% d’une part et le taux de sable (-0,78) et la masse du sol en t ha-1 (-0,62) d’une autre part. Finalement, notre recherche propose d’établir une équation allométrique qui estime les taux de MO% en intégrant les variables de la litière, l’altitude, la pente, les précipitations moyennes, le taux de sables, de limon et d'argile, la masse du sol et la conductibilité. Cette équation présente une bonne corrélation entre les différents facteurs (R2 = 0,678) et estime 68% de MO avec une erreur de 1,326. Enfin, nous avons spatialisé le stock de carbone des arbres dans les forêts du BV qui est de 859 000 tonnes, 436 000 tonnes dans les formations à pins pignons et de 423 000 tonnes dans les autres types de forêts.

Les barrages au fil de l’eau devraient tripler dans la prochaine décennie en réponse à la transition mondiale vers les énergies renouvelables. Or, contrairement aux barrages à réservoir dont les impacts sur le cycle du mercure (Hg) sont bien connus, très peu d’études ont évalué l’impact des barrages au fil de l’eau sur la mobilisation et la transformation du Hg en méthylmercure (MeHg), une neurotoxine bioaccumulable et bioamplifiable le long de la chaîne trophique. Malgré la surface limitée d’inondations créée par ces petits ouvrages comparés aux barrages avec réservoirs, les retenues d’eau créées en amont pourraient tout de même contribuer à créer des conditions propices à la méthylation du Hg. Cette étude a été conduite sur la rivière St.Maurice (QC, Canada) présente dans un paysage soumis à la construction récente de deux barrages au fil de l’eau et de milieux humides artificiels et à la présence concomitante de perturbations du paysage: un feu de forêt et de la coupe de bois. Les résultats montrent une augmentation du pourcentage de méthylmercure (%MeHg) de 2 à 3 fois dans les zones inondées comparées aux sites références ou en aval des barrages. De plus, une augmentation des concentrations en mercure total (THg) et en matière organique (MO) est observée dans ces mêmes zones inondées soumises aux perturbations du paysage. Cela suggère que les feux de forêt et la coupe de bois auraient contribué au transfert de MO lié au Hg en provenance du bassin versant vers la rivière, comme indiqué par la corrélation positive entre le ratio C/N et le % MeHg. L’accumulation de MO et Hg dans les retenues d’eau créées par les barrages au fil de l’eau seraient alors des lieux propices à la stimulation de la communauté procaryotique méthylatrice dont le gène marqueur hgcA a été détecté à tous les sites avec une composition très diverse, dominée par les méthanogènes, les sulfato-réducteurs et les fermenteurs dans ce système. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les futures études concernant les barrages au fil de l’eau intègrent le paysage dans son ensemble et établissent un suivi des concentrations de Hg avant, pendant et après la construction., Run-of-river dams (RoRs) are expected to triple in the next decade in response to the global transition to renewable energy. However, unlike reservoir dams whose impacts on the mercury (Hg) cycle are well known, very few studies have evaluated the impact of RoRs on the mobilization and transformation of Hg into methylmercury (MeHg), a bioaccumulative and bioamplifiable neurotoxin along the trophic chain. Despite the limited area of flooding created by these small structures compared to reservoir dams, the pondages created upstream could still contribute to creating conditions conducive to the methylation of Hg. This study was carried out on the St. Maurice River (QC, Canada) located in a riverscape recently influenced by to the recent construction of two RoRs and artificial wetlands and to the concomitant presence of disturbances in the landscape. The results show an increase in the percentage of methylmercury (% MeHg) from 2 to 3 times in the flooded areas compared to the reference sites or downstream sites. In addition, an increase in total mercury (THg) and organic matter (MO) concentrations are observed in these same flooded areas subject to landscape disturbances: forest fire and logging. It suggests that forest fires and logging are contributing to the transfer of MO bound to Hg from the watershed to the river, as indicated by the positive correlation between the C / N ratio and % MeHg. The accumulation of MO and Hg in the pondages are likely favorable to the stimulation of the prokaryotic methylating community whose hgcA marker gene was detected at all sites with a very diverse composition, dominated by methanogens, sulfate-reducers and fermenters in this system. In the light of these results, we suggest that future studies on RoRs integrate the landscape as a whole and establish a monitoring of Hg concentrations before, during and after construction.

Estuaries ensure a high production and transfer a large amount of organic matter (OM) from continent to ocean. To understand OM exchanges at the continent-ocean interface along the eastern English Channel coast, it is primordial to establish a mass balance OM budget in the three main estuaries : the Canche, the Authie and the Somme estuaries. In this frame, the sedimentary OM distribution and origin were studied by coupling a sedimentological description of surficial sediments and an elemental and isotopic characterization of the sedimentary OM. Such approach was carried out from near from subtidal to supratidal stages, along transects transversal to the main river channel, resulting in a sampling of 36, 37 and 39 stations respectively from the Canche, the Authie and the Somme estuaries. Based on this mapping approach, a representative transect was selected in the Canche and the Authie estuaries in order to quantify the sedimentary OM benthic mineralization along the tidal gradient and finally to establish an OM mineralization budget at the estuarine scale. Based on the sedimentological and biological characterization of sediments, the estuarine landscape was described according to four biosedimentary facies : sand flats, mud flats, low and high marshes. This study evidenced that the distribution of OM at the estuary scale is mainly controlled by the distribution of these biosedimentary facies. Indeed, sand flats are subject to intense hydrodynamic conditions in which sedimentary OM deposition is limited. On the other hand, OM is preferentially deposited in fine-grained sediments such as mud flats and salt marshes. Both of these sedimentary environments are subjected to lower hydrodynamic conditions, especially salt marshes, where vegetation enhances deposition and limits the resuspension of sedimentary OM. Indeed, the high quantities of sedimentary OM measured in salt marshes mainly originate from C3 halophytes dominating high marsh areas. Nevertheless, our study also evidenced that the deposition of sedimentary OM along the tidal gradient depends on the contribution of particulate OM from fluvial and marine/estuarine phytoplankton communities. Moreover, this study has demonstrated that various evolutions of the geomorphological features, with a mature salt marsh present in the Cancheestuary, a seaward prograding salt marsh on the north shore of the Authie estuary, a salt marsh retreat on the north shore of the Somme estuary resulting from an advanced sand infilling. The OM benthic mineralization campaigns demonstrated that during immersion and emersion periods, mud flats and salt marshes are the main contributors to total OM mineralization along the tidal gradient in contrast to sand flats. The spatial variation mainly depended on the sedimentological characteristics of each of biosedimentary facies but also on biological factors such as benthic macrofauna, microphytobenthos and root system of halophytes. The OM mineralization budget at the estuarine scale showed a significant contribution of sand flats in the Authie estuary given their wide distribution. This thesis contributes to a better definition of the role of "Picard" estuaries in the OM cycling and allows a first step towards the quantification of a mass balance OM budget in the three main estuaries of the eastern English Channel coast.; Les estuaires assurent une production élevée et le transfert d'une grande quantité de matière organique (MO) du continent vers l'océan. Une étape importante pour comprendre les échanges de MO à l'interface continent - océan, le long de la côte française de la Manche Orientale, est d'établir un bilan de MO dans les trois plus grands estuaires : la Canche, l'Authie et de la Somme. Dans ce but, il a été réalisé une description sédimentologique et biologique du sédiment de surface et une caractérisation élémentaire et isotopique distinguant l'origine de la MO sédimentaire. La caractérisation du sédiment de surface a été réalisée, de l'étage proche subtidal à supratidal, le long de transects transversaux au fleuve, constituant un réseau de 36, 37 et 39 stations respectivement pour l'estuaire de la Canche, de l'Authie et de la Somme. A partir de cette approche cartographique, un transect représentatif dans l'estuaire de la Canche et de l'Authie a été sélectionné, dans le but de quantifier la minéralisation benthique de la MO sédimentaire, le long du gradient tidal et finalement d'établir un bilan de la dégradation de la MO à l'échelle de l'estuaire. A partir de la caractérisation sédimentologique et biologique du sédiment de surface, le paysage estuarien a été défini selon quatre faciès biosédimentaires : les bancs et plateformes sableuses, les vasières, le bas et le haut des prés salés. Il a été démontré que la répartition de la MO à l'échelle de l'estuaire est contrôlée par la distribution de ces différents faciès biosédimentaires. En effet, les sédiments sableux sont soumis à des contraintes hydrodynamiques importantes dans lequel le dépôt de la MO est limité. En revanche, la MO se dépose préférentiellement dans les lieux où les sédiments fins s'accumulent tels que les vasières et les prés salés. Ces deux environnements sédimentaires sont soumis à des contraintes hydrodynamiques plus faibles, plus particulièrement les prés salés, où la végétation favorise le dépôt et limite la remise en suspension de la MO sédimentaire. En effet, les fortes quantités de MO sédimentaire mesurées dans les prés salés sont issues de la contribution des halophytes en C3 dominant le haut des prés salés. Néanmoins, notre étude montre que la MO déposée le long du gradient tidal est aussi dépendant de l'apport de MO particulaire provenant des communautés phytoplanctoniques fluviatiles et marines/estuariennes. De plus, cette étude a mis en évidence des différences géomorphologique avec un état de maturité des prés salés avancée dans l'estuaire de la Canche, une progradation du pré salé en rive dans l'estuaire de l'Authie et une régression du pré salé, en rive nord dans l'estuaire de la Somme, issu d'un comblement avancé. A l'immersion et à l'émersion, les vasières et les prés salés ont une contribution plus importante que les sédiments perméables à la minéralisation benthique. Paradoxalement, le bilan de la minéralisation benthique, relève une contribution non négligeable des sédiments perméables dans l'estuaire de l'Authie, étant donné leur vaste répartition à l'échelle de l'estuaire. Il a été démontré que la variation spatiale de la minéralisation benthique repose sur les caractéristiques sédimentologiques des faciès biosédimentaires mais aussi sur les facteurs biologiques tels que la macrofaune benthique, le microphytobenthos et le système racinaire des halophytes. Cette thèse contribue à une meilleure définition du rôle des estuaires picards dans le cycle de la MO et permet un premier pas vers la quantification d'un bilan de MO dans les trois principaux estuaires de la Manche Orientale.

Hydroelectric dams induce sediment accumulation which represents an important stock of organic matter (OM) leading to management difficulties. Their elimination often carried out by flushing, temporarily depletes the biotope downstream of oxygen. This sediment is not stable, and can generate greenhouse gas emissions, especially under anaerobic conditions in situ. The OM mineralization from organo-mineral matrices is controlled by its biodegradability or bioaccessibility. For soil matrices, recent works established that OM mineralization mainly depends on its interaction with the organo-mineral matrix according to the “soil continuum model”. We therefore studied the mechanisms involved in the OM stability of dam sediments. We applied a sequential extraction method, which separates OM based on its strength interaction with the matrix. The biochemical nature and the potential for mineralization of each OM group showed that i) the carbon OM consists mainly of phenol, carbohydrate, and protein, in comparable proportions between the groups, ii) the mineralizable character of OM is related to its degree of attachment to the matrix. These results show the impact of organo-mineral interactions on the evolution of OM in sediments. Then, we tackled the OM evolution for two modes of sediment management. i) In anaerobic conditions, we looked for estimation tools of the methane potential of the sediment by comparing them to the production of biogas after 20 days of ex situ incubation. Two indices were retained, monitoring of the F420 cofactor (involved in methanogenesis pathway) at 7 days ex situ, and monitoring of the "density" parameter measured by an echosounder in situ. ii) In aerobic condition we developed an incubation method to separate the chemical and the biological oxygen demand. Chemical demand is strong and rapid, biological demand is slow and represents only 11 to 22% of the total oxygen demand of the sediment. These data could be of interest when cleaning the reservoirs.; Les retenues hydroélectriques induisent une accumulation sédimentaire, constituant une réserve importante de matière organique (MO), qui peut être à l’origine de difficultés de gestion. Leur élimination est bien souvent réalisée par des chasses, qui appauvrissent temporairement en oxygène le biotope en aval du barrage. Le sédiment accumulé n’est pas une matrice stable, et peut être à l’origine d’émissions de gaz à effet de serre, en particulier dans des conditions anaérobies in situ. La minéralisation de la MO dans les matrices organo-minérales, est contrôlée par son caractère biodégradable et/ou bioaccessible. Pour une matrice de type « sol », il a été récemment établi que la minéralisation de la MO dépendait surtout de son interaction avec la matrice organo-minérale, selon le « soil continuum model ». Nous avons donc approché les mécanismes, impliqués dans la stabilité de la MO des sédiments de retenue, selon cette théorie. Nous avons appliqué une méthode d’extraction séquentielle, qui sépare la MO en fonction de la force des interactions avec la matrice. La nature biochimique et le potentiel de dégradation de chaque groupe de MO a montré que i) la MO carbonée est principalement constituée de phénols, carbohydrates, et protéines, en proportions comparables entre les groupes, ii) le caractère minéralisable de la MO est lié à son degré de liberté vis-à-vis de la matrice. Ces résultats montrent l’impact des interactions organo-minérales sur l’évolution de la MO dans les sédiments de barrage. L’’évolution de la MO a été approchée pour deux modes de gestion du sédiment. En condition anaérobie, nous avons cherché des outils permettant d’estimer le potentiel méthane du sédiment en les comparant à la production de biogaz après 20 jours d’incubation ex situ. Deux indices ont été retenus, le suivi du cofacteur F420 (impliqué dans la voie métabolique de la méthanogenèse) à 7 jours ex situ, et le suivi du paramètre « densité » mesuré par un échosondeur in situ. En condition aérobie, une méthode d’incubation sur deux sédiments permettant de séparer respectivement, la demande chimique, et biologique, en oxygène a été développée. Une demande chimique importante et rapide est suivie d’une demande biologique lente et qui ne représente en 20 jours que 11 à 22% de la demande totale en oxygène du sédiment. Ces données pourraient être d’intérêt lors des curages des retenues.

Dredged sediments, considered as waste, seem to be a promising alternative to conventional materials. Dredging operations, carried out by the Territorial Directorate of the Seine Basin (DTBS), generate an annual volume of sediments of about 150,000 m3. In this thesis, we are first interested in the potential of valorization of these sediments as an alternative to aggregates or cement (as an addition). To this end, a study of the variability of the Ile-de-France deposit and its effect on the properties of concrete is carried out. The compilation of the deposit properties shows that 30 % of the dredged volume could be considered as a stable and clean source of aggregates, while non-inert sediments represent only 6 %. The experimental study shows that the substitution of 30 % by volume of aggregates or the substitution of 10 % by volume of cement respectively by coarse or fine sediments affects only slightly the hydration kinetics, the compressive strength and the shrinkage. Next, we investigated the effect of the organic matter of sediments on the rheological, physico-chemical (hydration and shrinkage) and mechanical properties of a cement paste. The results obtained show that humic substances, organic matter present in the sediments, have an effect similar to that of calcium lignosulfonates, a plasticizer, both on the hydration kinetics and on the rheology of the cement paste. The last part of the thesis deals with the effect of the incorporation of shells on the mechanical and durability properties of concrete. This part is divided into two parts; an experimental part and a numerical part. The first one aims at evaluating the effect of the incorporation of shells, as gravels, on the macroscopic properties of concretes (mechanical properties and durability properties). The experimental results show that there is no effect of the incorporation of shells on the slump, shrinkage and durability properties (porosity, diffusion of chlorine ions and carbonation) of concrete for substitutions lower than 20 %. On the other hand, the mechanical properties decrease with the increase in the substitution rate; for a volume substitution of 20 %, the compressive strength and elastic modulus decrease respectively by 20 % and 17 %. The numerical part aims at building a coherent numerical tool to predict the mechanical and diffusion properties of a concrete according to its composition and the physical and geometrical parameters of the microstructure. By microscopic observations (SEM) and by modeling shells as inclusions embedded in a cementitious matrix, we show that the adhesion between the shell and the matrix is weak and must be taken into account to estimate the properties of shell-based concretes, Les sédiments de dragage, classés aujourd'hui comme déchets, semblent être une alternative prometteuse aux matériaux conventionnels. Les opérations de dragage, réalisées par la Direction Territoriale du Bassin de la Seine (DTBS), génèrent un volume annuel des sédiments d’environ 150 000 m3. Dans cette thèse, nous nous intéressons tout d'abord au potentiel de valorisation de ces sédiments en tant qu'alternative aux granulats ou au ciment (comme addition). Pour ce faire, une étude de variabilité du gisement francilien et de son effet sur les propriétés du béton est réalisée. La compilation des propriétés du gisement montre que 30 % du volume dragué pourrait être considéré comme une source stable et propre de granulats, alors que les sédiments non inertes ne représentent que 6 %. L'étude expérimentale montre que la substitution de 30 % en volume des granulats ou la substitution de 10 % en volume de ciment respectivement par des sédiments grossiers ou par des sédiments fins affecte que légèrement la cinétique d'hydratation, la résistance à la compression et le retrait. Ensuite, nous avons approfondi l’effet de la matière organique des sédiments sur les propriétés rhéologiques, physico-chimiques (hydratation et retrait) et mécaniques d’une pâte de ciment. Les résultats obtenus montent que les substances humiques, matières organiques présentes dans les sédiments, ont un effet analogue à celui des lignosulfonates de calcium, un plastifiant, tant sur la cinétique d'hydratation que sur la rhéologie de la pâte cimentaire. La dernière partie de la thèse traite de l’effet de l’incorporation des coquillages sur les propriétés mécaniques et de durabilité du béton. Cette partie est scindée en deux volets ; un volet expérimental et un volet numérique. Le premier a comme objectif d’évaluer l’effet de l’incorporation des coquillages, comme graviers, sur les propriétés macroscopiques des bétons (propriétés mécaniques et propriétés de durabilité). Les résultats expérimentaux montrent qu'il n'y a aucun effet de l'incorporation des coquillages sur l'affaissement, le retrait et les propriétés de durabilité (la porosité, la diffusion des ions chlore et la carbonatation) du béton pour des substitutions inférieures à 20 %. En revanche, les propriétés mécaniques diminuent avec l'augmentation du taux de substitution; pour une substitution volumique de 20 %, la résistance à la compression et le module élastique diminuent respectivement de 20 % et 17 %. Le volet numérique a pour objectif de construire un outil numérique cohérent permettant de prédire les propriétés mécaniques et de diffusion d'un béton en fonction de sa composition et des paramètres physiques et géométriques de la microstructure. Par des observations microscopiques (MEB) et en modélisant les coquillages comme des inclusions plongées dans une matrice cimentaire, nous montrons que l'adhésion entre le coquillage et la matrice est limitée, et doit être prise en compte pour estimer les propriétés des bétons à base de coquillages

En 1996, le vieillissement des fonds de bassins aquacoles de crevettes était présenté comme hypothèse explicative de la dégradation des rendements de production sur certains sites d’élevage. Un travail conséquent avait été réalisé à l’époque dont l'objectif était, à partir d'un inventaire des différents sédiments des fermes aquacoles du Territoire, de mettre en évidence une éventuelle évolution de ce sédiment au fil des cycles d'élevage et son influence sur la productivité. L’objet de ce document est de numériser et de compiler les différentes fiches techniques diffusées à l’époque sous forme papier aux aquaculteurs de la filière crevette de Nouvelle-Calédonie.

Innovative planter technology is a growing business for machinist. Among the most complex planter system, Precision Planting (PP) provides elements to tune planter already existing and promise to increase corn yield by improving the quality of seeding operation. Several field trials were conducted in Brittany, France to assess the seeding quality of PP technologies under different soil-climate and technical context. Different settings were set on the planter and tested in order to find which setting is the best suitable depending of the context. We also compared with the seeding quality of other corn planter to quantify the value added by PP technologies. Planters studied performance were assessed on both spatial and temporal distribution: spacing between corn stalk, seeding depth and speed and uniformity in emergence. The potential for precision agriculture which is brought by PP technologies was also investigated, especially soil organic matter prediction using ground truthing method. Results show that PP corn planter performs well in every circumstances. Moreover, downforce control system appears to be necessary to keep high seeding quality while increasing forward speed, with no downforce control system, the spatial distribution is negatively affected at high speed planting with for instance a miss index of 1% at 8 km/h to 7% at 14 km/h. When compared to another planter, PP planter performs best in speed of stand establishment and led to 4% of more plant by unit of area. Regarding soil organic matter prediction, we found that soil organic matter fraction was sometimes underestimated. We concluded that the prediction was not accurate enough and the model needed calibration laboratory measured soil sample. Methods to investigate the dynamic of emergence and as-planted PP’s data were proposed. Further research should concentrate on as-planted data valorization.; Les innovations proposées par les machinistes sur les semoirs monograines sont nombreuses. Parmi les systèmes les plus complexes, Precision Planting (PP) permet de modifier un semoir déjà existant avec différents éléments et promet ainsi d’améliorer la qualité de semis et donc le rendement du maïs. Plusieurs essais ont été mis en place en Bretagne pour évaluer la qualité de semis apportée par les technologies PP dans différents contextes techniques et pédoclimatiques. Différents réglages du semoir ont été testés pour déterminer les réglages optimaux pour chaque contexte. La qualité de semis PP a aussi été positionnée par rapport à d’autres semoirs, pour quantifier la valeur ajoutée par PP. La qualité de semis a été évaluée sur la distribution spatiale et temporelle : espacement entre pieds, profondeur de semis et rapidité et uniformité d’émergence. Le potentiel de ces technologies pour l’agriculture de précision a aussi été étudié, notamment la prédiction de la teneur en matière organique des sols. Les résultats montrent que les semoirs PP sèment à une qualité correcte dans tous les contextes étudiés. La régulation de la pression de terrage en continue apparaît comme nécessaire à l’augmentation de la vitesse d’avancement. En effet, sans ce système la distribution spatiale est dégradée à haute vitesse : l’indicateur de multiple passe en effet de 1% à 8 km/h à 7% à 14 km/h. La comparaison avec un semoir concurrent a permis de mettre en évidence une augmentation de la vitesse d’émergence et un nombre de pieds par hectare plus élevé de 4% pour le semoir PP. La prédiction de la teneur en matière organique n’a pas été jugée satisfaisante et nécessite un étalonnage du capteur. Des méthodes d’analyse de la cinétique d’émergence des pieds et d’extraction de données de semis ont finalement été proposées. Enfin nous suggérons que d’autres recherches sont nécessaires pour valoriser les cartes de semis.

Les sols d'altitude du sud de la Basse-Terre (andosols) sont caractérisés par des stocks de matière organique très élevés qui peuvent être particulièrement sensibles à l'intensification du travail du sol et au réchauffement climatique. Cette sensibilité est déterminée par la vitesse de décomposition de la matière organique. Dans cette étude nous avons estimé pour la première fois le gradient altitudinal du taux de décomposition in-situ de la matière organique du sol, et observé qu'il diminue dans les sols de haute altitude, ce qui explique leurs plus grands stocks en matière organique.Le rendement de la banane, la quantité de résidus de récolte et le carbone apporté au sol par ces résidus diminuent avec l'altitude, mais ils ne déterminent pas le gradient de matière organique. D'ailleurs, les gradients altitudinaux de température et de pluviométrie, ainsi que la disponibilité de nutriments, ne peuvent pas expliquer la forte réduction du taux de décomposition en altitude. Ce dernier est surtout contrôlé par la minéralogie des sols, laquelle détermine l'accroissement en altitude de la protection physique de la matière organique vis-à-vis de la dégradation provoquée par l'activité microbienne du sol.Ce phénomène a d'importantes conséquences sur la résilience des sols aux impacts agro-environnementaux, laquelle augmente fortement dans les sols de haute altitude. Les résultats obtenus apportent des pistes intéressantes aussi bien pour la recherche agronomique que pour la gestion de pratiques culturales dans le gradient altitudinal du sud de la Basse-Terre.

Version française de hal-03003572.; La possibilité de séparation à la source des émissions d’effluents en Assainissement Non Collectif, dont l’implantation de toilettes sèches, devrait proposer des solutions techniques de traitement adaptées pour les eaux ménagères (EM). Les filtres à broyat de bois (FBB) sont une solution fondée sur la nature à faible impact environnemental qui a pour objectif de traiter et valoriser les eaux usées traitées par infiltration dans le sol. Une revue bibliographique internationale des usages et de la caractérisation des matières organiques dans le traitement des effluents nous amène à considérer le broyat de bois (BB) comme potentiellement efficace pour le traitement des eaux ménagères. Dès lors, une analyse croisée par des mesures physiques (granulométrie, densité, porosité et capacité d’absorption) et chimiques (Carbone, Azote, Phosphore et teneurs en : cendres, extractibles, lignines, cellulose et hémicelluloses) de l’évolution dans le temps du BB frais et utilisés montre des évolutions favorables au traitement biologique aérobie des eaux ménagères. A partir de l’ensemble de ces éléments (des pratiques internationales, de visites de sites en fonctionnement et d’une caractérisation détaillée des BB frais ou utilisés), l’étude conclut sur une proposition de dimensionnement unique pour un ménage: 5 tranchées identiques de 1 m2, garnies de broyat de bois (d’origine commerciale ou auto fabriqué) et alimentées de façon hebdomadaire en alternance.Au regard de la grande variabilité des eaux ménagères produites en ANC et de la complexité des mesures de performances du fait de la dispersion de l’effluent traité dans le sol, l’exercice de dimensionnement des ouvrages devient empirique. Le FBB fait partie des dispositifs qui semblent êtreen mesure d’accepter de fortes amplitudes d’émission tant hydraulique qu’organique (DCO, DBO5,MES). Cette filière d’économie circulaire qui s’appuie sur les interactions avec le sol en place, nécessite des recherches complémentaires pour tenter de mieux comprendre les processus qui garantissent les performances de traitement du dispositif.

Le Centre de Conservation et d’Étude (CCE) d’Alsace, porté par Archéologie Alsace, les départements du Bas-Rhin et du Haut-Rhin et la DRAC Grand Est, a été inauguré, en 2016, à Sélestat en vue d’améliorer la conservation et la gestion du mobilier archéologique à l’échelle de l’Alsace. Les biomatériaux sont particulièrement bien représentés au CCE, notamment parce que les principaux musées alsaciens, par manque de place et de locaux adaptés, ne peuvent parfois pas les accueillir lorsqu’il s’agit de lots importants (faune notamment). Ils sont dès lors conservés au CCE dans des dépôts spécifiques afin de garantir une conservation et une gestion optimale, en fonction de leur nature. Des échanges réguliers avec les spécialistes ont pour objectif d’enrichir progressivement les inventaires avec les données d’étude. Grâce aux salles d’étude du CCE, comprenant également des collections de référence, ces restes sont régulièrement étudiés et facilement accessibles. Des protocoles et procédures à respecter en cas de prélèvement pour analyses destructrices ont été récemment élaborés afin de cadrer au mieux les nombreuses sollicitations., Centre for Conservation and Study (in French CCE) of Alsace, supported by Archéologie Alsace, departments of Bas-Rhin and Haut-Rhin and DRAC Grand Est, was inaugurated in 2016 in Sélestat with the aim of improving the conservation and management of archaeological material throughout Alsace. Biomaterials are particularly well represented at the CCE, notably because the main Alsatian museums, due to a lack of space and suitable premises, are sometimes unable to accommodate them when large lots are involved (fauna in particular). They are therefore kept at the CCE in specific depots in order to guarantee optimal conservation and management, according to their nature. Regular exchanges with specialists aim to gradually enrich the inventories with study data. Thanks to the CCE’s study rooms, which also include reference collections, these remains are regularly studied and easily accessible. Protocols and procedures to be followed in the event of sampling for destructive analyses have recently been drawn up in order to better manage the numerous requests.

The evolution of the environment and climate are, currently, the focus of all attention. The impacts of the activities of present and past societies on the environment are in particular questioned in order to better anticipate the implications of our current activities on the future. Better describing past environments and their evolutions are possible thanks to the study of many natural recorders (sediments, speleothems, tree rings, corals). Thanks to them, it is possible to characterize biological-physical-chemical evolutions at di erent temporal resolutions and for di erent periods. The high resolution understood here as the su cient resolution for the study of the environment in connection with the evolution of societies constitutes the main lock of the study of these natural archives in particular because of the analytical capacity devices that can only rarely see ne inframillimetre structures. This work is built on the assumption that the use of hyperspectral sensors (VNIR, SWIR, LIF) coupled with relevant statistical methods should allow access to the spectral and therefore biological-physical-chemical contained in these natural archives at a spatial resolution of a few tens of micrometers and, therefore, to propose methods to reach the high temporal resolution (season). Besides, to obtain reliable estimates, several imaging sensors and linear spectroscopy (XRF, TRES) are used with their own characteristics (resolutions, spectral ranges, atomic/molecular interactions). These analytical methods are used for surface characterization of sediment cores. These micrometric spectral analyses are mapped to usual millimeter geochemical analyses. Optimizing the complementarity of all these data involves developing methods to overcome the di culty inherent in coupling data considered essentially dissimilar (resolutions, spatial shifts, spectral non-recovery). Thus, four methods were developed. The rst consists in combining hyperspectral and usual methods for the creation of quantitative predictive models. The second allows the spatial registration of di erent hyperspectral images at the lowest resolution. The third focuses on their merging with the highest of the resolutions. Finally, the last one focuses on deposits in sediments (laminae, oods, tephras) to add a temporal dimension to our studies. Through all this information and methods, multivariate predictive models were estimated for the study of organic matter, textural parameters and particle size distribution. The laminated and instantaneous deposits within the samples were characterized. These made it possible to estimate oods chronicles, as well as biological-physical-chemical variations at the season scale. Hyperspectral imaging coupled with data analysis methods are therefore powerful tools for the study of natural archives at ne temporal resolutions. The further development of the approaches proposed in this work will make it possible to study multiple archives to characterize evolutions at the scale of one or more watershed(s), L'évolution de l'environnement et le climat sont, actuellement, au centre de toutes les attentions. Les impacts de l'activité des sociétés actuelles et passées sur l'environnement sont notamment questionnés pour mieux anticiper les implications de nos activités sur le futur. Mieux décrire les environnements passés et leurs évolutions sont possibles grâce à l'étude de nombreux enregistreurs naturels (sédiments, spéléothèmes, cernes, coraux). Grâce à eux, il est possible de caractériser des évolutions bio-physico-chimiques à différentes résolutions temporelles et pour différentes périodes. La haute résolution entendue ici comme la résolution su sante pour l'étude de l'environnement en lien avec l'évolution des sociétés constitue le principal verrou de l'étude de ces archives naturelles notamment en raison de la capacité analytique des appareils qui ne peuvent que rarement voir des structures fines inframillimétriques. Ce travail est bâti autour de l'hypothèse que l'utilisation de caméras hyperspectrales (VNIR, SWIR, LIF) couplée à des méthodes statistiques pertinentes doivent permettre d'accéder aux informations spectrales et donc bio-physico-chimiques contenues dans ces archives naturelles à une résolution spatiale de quelques dizaines de micromètres et, donc, de proposer des méthodes pour atteindre la haute résolution temporelle (saisonnière). De plus, a n d'avoir des estimations ables, plusieurs capteurs d'imageries et de spectroscopies linéaires (XRF, TRES) sont utilisés avec leurs propres caractéristiques (résolutions, gammes spectrales, interactions atomiques/moléculaires). Ces méthodes analytiques sont utilisées pour la caractérisation de la surface des carottes sédimentaires. Ces analyses spectrales micrométriques sont mises en correspondance avec des analyses géochimiques millimétriques usuelles. Optimiser la complémentarité de toutes ces données, implique de développer des méthodes permettant de dépasser la difficulté inhérente au couplage de données considérées par essence dissimilaire (résolutions, décalages spatiaux, non-recouvrement spectral). Ainsi, quatre méthodes ont été développées. La première consiste à associer les méthodes hyperspectrales et usuelles pour la création de modèles prédictifs quantitatifs. La seconde permet le recalage spatial des différentes images hyperspectrales à la plus basse des résolutions. La troisième s'intéresse à la fusion de ces dernières à la plus haute des résolutions. Enfin, la dernière s'intéresse aux dépôts présents dans les sédiments (lamines, crues, tephras) pour ajouter une dimension temporelle à nos études. Grâce à l'ensemble de ces informations et méthodes, des modèles prédictifs multivariés ont été estimés pour l'étude de la matière organique, des paramètres texturaux et de la distribution granulométrique. Les dépôts laminés et instantanés au sein des échantillons ont été caractérisés. Ceci a permis d'estimer des chroniques de crues, ainsi que des variations biophysico-chimiques à l'échelle de la saison. L'imagerie hyperspectrale couplée à des méthodes d'analyse des données sont donc des outils performants pour l'étude des archives naturelles à des résolutions temporelles fines. L'approfondissement des approches proposées dans ces travaux permettra d'étudier de multiples archives pour caractériser des évolutions à l'échelle d'un ou de plusieurs bassin(s) versant(s)

Eutrophication phenomena are characterized by phytoplankton proliferation and as a consequence negatively impacts aquatic ecosystem and natural water uses. During its development, phytoplankton produces Algal Organic Matter (AOM) which increases the organic content of the water resource and modifies the Natural Organic Matter (NOM) characteristics and reactivity. When toxic cyanobacteria are present, cyanotoxins can be produced. The future climate, predicted by experts, will support these proliferations and promote their consequences. The optimization of a HPLC-UV/PDA method to identify and quantify extracellular Microcystins (MCs) after SPE decreased the quantification limit to 0,1 μg/L. However, a basic pH and the OM content of the sample over-estimated the concentration. Under variable temperature and rainfall conditions, the cells growth and the AOM and MCs production were studied on laboratory cultures of mono-specific species of algae and cyanobacteria. The cellular growth, the concentration and proportion of hydrophobic fractions of AOM, the total concentration of MCs and the proportion of extracellular MCs were impacted by climate changes. An in-situ monitoring program was conducted during 21 months on the hypertrophic Pigeard pond (87) and the results were compared to the 18 months monitoring of 2012-2013. Recurrent inputs of AOM annually and sustainably disturbed NOM dynamics and modified its characteristics by increasing the OM content and the hydrophilic proportion. The observed evolutions in water resources under various climates (Sweden and Togo) confirmed the laboratory observations. These quantitative and qualitative NOM changes also affect the efficiency of water treatment processes and especially adsorption on PAC. The efficiency was reduced in the presence of hydrophilic fraction and high MCs adsorption yields were observed for MCs despite a competition with OM.; Les phénomènes d’eutrophisation caractérisés par la prolifération de phytoplancton sont à l’origine d‘impacts négatifs sur les écosystèmes aquatiques et les usages de la ressource en eau. Lors de son développement, le phytoplancton génère de la Matière Organique Algale (MOA) qui augmente la concentration et modifie les caractéristiques et la réactivité de la Matière Organique Naturelle (MON) du plan d’eau. Des cyanotoxines peuvent également être générées si des cyanobactéries productrices sont présentes. Le climat futur, prévu par les experts, vient soutenir ces proliférations et en aggraver les conséquences. L’optimisation d’une méthode d’identification et de quantification des microcystines (MCs) extracellulaires par HPLC-UV/PDA après concentration par SPE permet l’analyse à des concentrations jusqu’à 0,1 μg.L-1. Cependant, un pH basique et une charge organique dans l’échantillon surestiment la concentration. La croissance cellulaire et la production de MOA et de MCs sous différents couples température/pluviométrie sont étudiées sur des cultures mono-spécifiques d’algue et de cyanobactérie. Les variations climatiques impactent le développement cellulaire, la quantité et la répartition des fractions hydrophobes de la MOA, la concentration totale en MCs et la proportion de la fraction extracellulaire. L’étude in-situ menée pendant 21 mois sur le plan d’eau hypereutrophe de Pigeard (87) est comparée au suivi de 18 mois de 2012-2013. Les apports récurrents de MOA perturbent annuellement et durablement la dynamique de la MON du plan d’eau, en modifiant ses caractéristiques et augmentant la charge organique et la part de composés hydrophiles. Les évolutions observées pour des ressources en eau sous des climats différents (Suède et Togo) corroborent les observations au laboratoire. Ces évolutions quantitatives et qualitatives de la MON affectent l’efficacité des procédés de traitement des eaux et notamment l’adsorption sur CAP. Les performances du procédé sont diminuées en présence de composés hydrophiles. Un bon rendement a été observé pour l’élimination des MCs malgré une diminution par compétition avec la MO.

National audience; L’ammoniac peut être à l’origine de maladies respiratoires chroniques pour les travailleurs et requiert la mise en place de solutions de prévention collective en priorité et, si nécessaire, de protections individuelles. Peu de données publiques étant disponibles, l’objectif du projet MAMBO était de mesurer les émissions d’ammoniac dans quelques usines de méthanisation-compostage d’ordures ménagères puis d’analyser les pratiques afin de prévenir au mieux l’exposition des travailleurs.

Between August 2014 and September 2016, the time-of-flight secondary ion mass spectrometer COSIMA (COmetary Secondary Ion Mass Analyser) on board the Rosetta orbiter (Rosetta space mission), performed in situ analyses of the dust particles ejected from the comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P). First results have confirmed the presence in the cometary dust of a high-molecular-weight organic matter that could show similarities with the IOM (Insoluble Organic Matter) extracted from meteorites. The aim of this thesis is to describe even more accurately the organic matter of the 67P cometary particles. To achieve this goal, I have analyzed numerous organic samples using the two ground models of COSIMA. The comparison between the mass spectra acquired on these calibrations samples and those obtained in situ on the cometary particles gave new insights on the cometary organic matter.From analyses performed with the ground models on a large set of carbonaceous terrestrial and extra-terrestrial analogs (respectively sedimentary rocks and IOMs), I deduced the H/C elemental ratio of 33 individual cometary particles. I found that the H/C elemental ratio of the 67P cometary particles was on average equal to 1.04±0.16, which is generally higher than the H/C measured in IOMs extracted from carbonaceous chondrites. This result suggests that the organic matter of 67P cometary particles is more hydrogenated than the meteoritic IOMs. Moreover, further studies involving semi-quantitative analyses have shown that the cometary organic matter would be an immature material, resembling either the IOMs extracted from the most unaltered chondrites or the unprocessed sedimentary rocks.Based on the interstellar ice model, the cometary organic component could be the result of irradiation and heating of ice mixtures usually observed in the interstellar medium. For this reason, I synthesized complex organic material using an experimental setup that can carry out ultraviolet photolysis and heating on ice mixtures. Once produced, these organic residues were analyzed using the ground models of COSIMA. The photolysis at low temperature produces a refractory residue whose the spectrum contains the spectral signature of the HMT (HexaMethyleneTetramine) which is a molecule that has not been detected in the 67P cometary particle mass spectra. The photolysis at both low and room temperatures would produce an organic residue depleted in HMT compared to hydrocarbonaceous compounds. However, because of the presence of an organofluorine contaminant, this last result must be confirmed by synthesizing new and non-contaminated residues.Thus, the data treatment of spectra acquired on the cometary particles of 67P, and, the spectral comparison between these cometary particles and several natural and synthetic carbonaceous samples, have deepened our understanding of the nature of the cometary organic matter, its chemical formation and evolution.; Entre août 2014 et septembre 2016, la mission spatiale Rosetta étudia la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P). A bord de l'orbiteur Rosetta se trouvait l'instrument COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer), un spectromètre de masse d'ions secondaires à temps de vol, dédié à l’analyse in situ de la composition élémentaire et moléculaire des particules solides éjectées du noyau de la comète. Les premières observations réalisées par COSIMA ont confirmé la présence de matière organique dans les particules cométaires. Cette matière organique serait de haut poids moléculaire et aurait une structure chimique présentant des similarités avec la matière organique insoluble (appelée IOM pour Insoluble Organic Matter) extraite des chondrites carbonées.Afin de caractériser davantage la nature chimique de la matière organique réfractaire contenue dans les particules cométaires, cette thèse repose sur la comparaison des spectres de masse acquis sur les particules de 67P avec ceux obtenus sur des échantillons de référence à l’aide de deux instruments sol de COSIMA, mais aussi sur des simulations en laboratoire tentant de reproduire les observations.A partir des analyses réalisées sur des échantillons organiques de référence, j’ai déterminé deux droites de calibration liant le rapport élémentaire H/C à deux rapports ioniques différents. Celles-ci m’ont ainsi permis de déterminer le rapport élémentaire H/C pour 33 particules cométaires. Ces rapports élémentaire H/C sont compris entre 0,72 et 1,44 pour les particules cométaires et entre 0,1 et 0,8 dans les IOMs extraites des chondrites carbonées. La matière organique des particules cométaires de 67P est donc généralement plus hydrogénée que la plupart des IOMs météoritiques. De plus, une comparaison semi-quantitative des signatures spectrales observées sur les particules cométaires et sur les échantillons de calibration suggère que la matière organique cométaire serait moins altérée que l’IOM chondritique. Il est possible que la matière organique contenue dans les particules cométaires contienne des structures aliphatiques en proportion plus élevée que dans les échantillons d’IOMs extraits de chondrites, ce qui est cohérent avec la détermination du rapport élémentaire H/C.D’autre part, la matière organique cométaire pourrait provenir de la photolyse et du chauffage des glaces observées dans le milieu interstellaire. C’est pourquoi, j’ai également réalisé la synthèse de matière organique complexe par photolyse et chauffage de mélanges de glaces grâce au dispositif expérimental OREGOC (Origine et Evolution des Glaces et des composés Organiques Cométaires). Dans la cas d’une photolyse des glaces uniquement à basse température suivie d’un réchauffement à température ambiante, le spectre de masse acquis par les instruments sol de COSIMA sur le résidu organique formé présente la signature spectrale du HMT (HexaMéthylèneTétramine) qui n’a été détectée ni en phase solide ni en phase gazeuse dans l’environnement de 67P. Une photolyse prolongée de l’échantillon durant le réchauffement jusqu’à température ambiante produirait un résidu organique appauvri en HMT par rapport aux hydrocarbures. Peu de similarités spectrales sont observées entre la matière organique cométaire est les résidus issus de la photolyse à basse température de glace (composée d’eau, de méthanol et d’ammoniaque), suggérant que ces conditions expérimentales ne sont pas suffisantes pour expliquer la nature de la matière organique des particules cométaires. Les travaux effectués durant cette thèse montrent que la matière organique présente en phase solide dans les particules éjectées du noyau de 67P est plus hydrogénée que la matière organique extraite des chondrites carbonées et qu’elle serait moins altérée que cette dernière.Ainsi, grâce à l'interprétation des données issues de l’analyse des particules de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko et la comparaison avec des échantillons de calibration naturels ou synthétisés en laboratoire, j’ai pu approfondir la nature de la matière organique cométaire et contraindre en partie son évolution chimique.

The knowledge of suspended particulate matter (SPM) and turbidity dynamics in coastal waters is essential for studying marine ecosystems. Flocculation/deflocculation processes are crucial mechanisms controlling the dynamics of SPM physical characteristics and thus, the fate of these SPM in the environment. This PhD thesis focuses on the SPM characteristics and their dynamics in coastal waters, from tidal to annual scales, in response to hydrodynamic, hydrological and biological forcing that take place at the interface between estuaries and coastal seas. To this end, optical and acoustic sensors were deployed in situ through 6 field campaigns in 2016, in order to characterize and quantify SPM in the water column, near the mouth of the Seine estuary (France). A critical analysis of LISST-100X measurements in coastal waters is presented. The quantification of uncertainties on SPM concentration measurements is investigated: it highlights the crucial effect of salt retention, and the need for a minimum mass to filter, around 10 mg. A method for estimating an optimal filtration volume based on a reference turbidity measurement is proposed. High frequency measurements show that the dynamics of SPM and median diameter are controlled by the advection-flocculationsedimentation-resuspension cycle.These results allow to classify the factors controlling flocculation processes. Turbulence is identified as the main factor at the semi-diurnal and semi-lunar tidal scales, as the maximum median size of flocs decreases when the tidal currents intensify.At the seasonal scale, the variation of SPM characteristics (size, density, settling velocity) is correlated to the variability of the organic matter (OM) content: in particular, flocculation is enhanced by an increase of the particular OM fraction. The resulting larger and lesser dense flocs are also more resistant to the fragmentation induced by shear. This work also investigates the fractal approach applied to flocs. The fractal dimension variability, calculated by combining in situ data of SPM concentration and particle size distribution, can be associated to variations of the SPM composition, but can also result from uncertainties linked to instrument limitations. The latter are discussed in this PhD thesis. The seasonal variability of SPM characteristics is more pronounced offshore than at the mouth of the Seine estuary. From short-term observations in the Seine Bay and from long-term series in the Belgian coastal zone provided by the RBINS, optical turbidity and acoustic backscatter measurements are combined. They highlight an increase of the acoustic backscatter intensity when mean floc density.; La connaissance de la dynamique des matières en suspension (MES) et des turbidités en milieu côtier est un élément clé pour comprendre les écosystèmes marins. Les processus de floculation/défloculation représentent des mécanismes essentiels contrôlant la dynamique des caractéristiques physiques des MES et, par conséquent, leur devenir dans l’environnement. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre la caractérisation des MES et leur variabilité de l’échelle tidale à l’échelle annuelle en mer côtière, en réponse aux différents forçages hydrodynamiques, hydrologiques et biologiques ayant lieu à l’interface entre estuaire et baie. À cette fin, des capteurs optiques et acoustiques ont été déployés in situ, lors de 6 campagnes en mer réalisées en 2016, en vue de caractériser et de quantifier les MES dans la colonne d’eau, à la sortie de l’embouchure de l’estuaire de Seine (France). Une analyse critique des mesures granulométriques issues du LISST-100X est proposée. Un travail de quantification des incertitudes de mesure associées à l’estimation de la concentration en MES a mis en avant le risqué lié à un rinçage insuffisant des filtres et a conduit à définir une masse minimum à filtrer, de l'ordre de 10 mg, quelle que soit la concentration. Ce travail a notamment permis de proposer une méthode d’estimation d’un volume optimal de filtration basée sur une mesure préalable de turbidité de référence. Les mesures à haute fréquence ont montré que la dynamique des caractéristiques physiques des MES en termes de concentration et de taille médiane sont contrôlées par le cycle advection-floculation-sédimentation-remise en suspension. Ces résultats ont permis de hiérarchiser les paramètres de contrôle des processus de floculation. La turbulence a été identifiée comme le principal paramètre de contrôle à l’échelle tidale et semi-lunaire, la taille médiane maximale des flocs étant inversement corrélée à l’intensité des courants. À l’échelle saisonnière, la variation des caractéristiques des MES (taille, densité, vitesse de chute) est liée à la variabilité du contenu en matière organique (MO), avec une floculation favorisée quand le taux de MO particulaire augmente. Ces flocs plus grands et moins denses sont également plus résistants à la fragmentation induite par cisaillement turbulent. Ces travaux ont également permis de discuter le concept de structuration fractale des flocs.La dynamique de la dimension fractale, déterminée en combinant des données in situ de concentration en MES et de distribution en classe de taille, peut traduire des variations de composition des MES, mais peut aussi résulter d'incertitudes de mesure associées aux instruments. Ces dernières sont discutées dans cette thèse. La variabilité saisonnière des caractéristiques des MES est plus prononcée au large que dans la zone sous influence de l’estuaire de Seine. À partir des observations ponctuelles en Baie de Seine et d’une série de mesure long terme dans la zone côtière belge acquise par le laboratoire RBINS, les méthodes acoustiques et optiques sont combinées. Ces dernières ont mis en avant une augmentation de la rétrodiffusion acoustique lorsque la densité moyenne des flocs diminue.

En 2013, le plan Energie Méthanisation Autonomie Azote était publié, et un modèle « français de méthanisation agricole collective » était appelé à devenir l’un des leviers de la transition énergétique et écologique. Les travaux présentés ici ont été réalisés entre 2013 et 2016 et se sont appliqués à explorer plusieurs composantes de ce modèle de méthanisation afin de cerner les stratégies à l’origine des schémas de méthanisation, et leurs implications environnementales et agronomiques. Ainsi assortie d’un état des lieux des pratiques agronomiques de 4 méthaniseurs, la connaissance des digestats a été approfondie afin de permettre une meilleure prise en compte de leurs propriétés dans leur stratégie de gestion des ressources. Les logiques associées aux flux de matières et d’éléments fertilisants en amont et en aval des installations de méthanisation ont ainsi été explorées afin d’établir un cadre d’analyse des stratégies de gestion des ressources par les méthaniseurs. L’approche des implications agro-environnementale s’est faite par l’étude de la valeur fertilisante et amendante de plusieurs sortes de digestats. La valeur fertilisante azotée de 5 formes de digestats a donc été définie, mettant en évidence la forte variabilité de l’intérêt des digestats au regard de ce critère, même si l’ammonium représente toujours la grande majorité de l’azote total (>70%). Une biodisponibilité de 100% du phosphore des digestats a été mise en évidence par traçage isotopique. La variabilité des propriétés amendantes des digestats a été mise en évidence par application de fractionnement biochimique (ISMO 73±8%, n=19)), et par minéralisation potentielle du carbone et de l’azote. Ces travaux restent limités par le nombre d’unités de méthanisation suivies (n=3), et appellent l’approfondissement des tendances soulevées., In 2013, in France, the « Energie Méthanisation Autonomie Azote » plan was published, and the ‘French agricultural and collective biogas model” should become a lever of the energetic and ecological transition. The results presented in this paper were produced between 2013 and 2016 and planned to explore several dimensions of this methane production plan. These works aimed at produce knowledges about biogas plant resources management and about digestate. Such knowledges and tools should be used to support biogas plant managers and territory stakeholders in order to analyze their own model from an agronomic and environmental point of view. Based on field experience cases, brakes and levers of such projects development have been gathered in a methodology guide. Upstream and downstream biomass and fertilizers flux have equally been explored in order to establish an analysis frame of resources management per biogas plant. Additional works have been conducted about digestate. Several digestates features were studied. Nitrogen fertilizing value of 5 digestate types were determined, and evidenced a great variability of digestates quality regarding this topic. Ammonia remains the major part of total nitrogen (>70%). Phosphorus bioavailability is 100%, as revealed by isotopic tracing. Biochemical fractioning and Carbon and Nitrogen potential mineralization showed variability of amending digestates properties (ISMO 73±8%, n=19). Nevertheless, these works remain limited by the number of biogas plants under study (n=3) and argue for going further into such analyses.

International audience

Les sciences agronomiques ont incorporé ces dernières années un ensemble de mots clés et de concepts qui, parfois mal relayés ou utilisés hors contexte, peuvent être une source de malentendus sur l'origine et l'impact des actuels dérèglements environnementaux. L'objectif de ce rapport est de clarifier le cadre d'utilisation de cinq termes couramment utilisés dans les travaux concernant la dégradation des sols : équilibre, changement climatique, séquestration de carbone (C) dans les sols, résilience et 4 pour mille. Nous illustrons ces notions en utilisant des résultats obtenus par l'INRA en Guadeloupe sur la fertilité organique des sols.[br/] Nous traitons le concept d'équilibre sur la base des entrées et des sorties de matière organique (MO) du sol, lesquelles sont gérées par l'agriculteur via les pratiques culturales appliquées, et insistons sur le fait qu'il n'y a pas de "bons" et de "mauvais" équilibres. Le changement climatique perturbe cet équilibre en exacerbant les sorties (pertes) de MO dans la plupart des cas observés en Guadeloupe. Cette situation n'est pourtant pas irréversible car la séquestration de C peut être utilisée pour contrebalancer l'impact négatif du changement climatique, et assurer que la résilience du sol puisse jouer tout son rôle dans l'installation d'un phénomène de quasi-équilibre dynamique afin de préserver durablement la qualité du sol.[br/] Finalement, nous discutons l'initiative française du 4 pour mille, destinée à limiter le réchauffement climatique via la compensation des émissions de gaz à effet de serre. Cette initiative fait appel à la séquestration de C dans les sols afin de réduire le niveau de dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. Nous montrons que le 4 pour mille est d'application difficile à l'échelle du territoire guadeloupéen à cause des facteurs biophysiques et socioéconomiques. Son application à l'échelle locale (exploitation, petite région) requiert des incitations économiques afin de faire face aux coûts des intrants organiques nécessaires à sa mise en place. [br/]