The aim of the study is to investigate the relationship between variability in tropospheric ozone in Taiwan and the regional atmospheric circulation, paying particular attention to the influence of long-range transport on ozone pollution levels. The study period is 1994 to 2004. The data used in this study include air pollution data from the Taiwan Air Quality Monitoring Network and NCEP/NCAR reanalysis data. The spatial and temporal variations in weather types have been characterised using an objective circulation classification scheme and relationships with episodes of high ozone levels over Taiwan have been determined. The signature of the large-scale atmospheric circulation associated with high ozone pollution and the connection with long-range transport of ozone precursors and ozone have been identified using spatial composites and back-trajectory analysis. Trajectories were calculated using the Hybrid Single-Particle Integrated Trajectory model. The air pollution data analysis shows that Taiwan experiences a seasonal cycle in ozone levels, with maxima in spring and autumn and a minimum in summer. The spatial composite and back trajectory analyses indicate that long-range transport does play a role in increasing high ozone episodes in Taiwan. A link with the seasonal variation of the monsoon circulations at different times is shown, with a weaker summer monsoon and a stronger winter monsoon circulation associated with enchanced ozone levels over Taiwan. The characteristics of atmospheric circulation for ozone pollution episodes include enhanced north and northeasterly flows, originating from nearby polluted areas and suggest that mainland China, Korea and Japan are source regions of ozone and its precursors for Taiwan. Moreover, the transport pathways at the high level of 2000m show that the southern China is also prominent source region, which is a previously unidentified distant source of ozone pollution in Taiwan. It is suggested that the increase of ozone pollution in summer found in this study is caused by a weaker summer monsoon circulation in recent years. While it is emphasised that variability in long-range transport is the only factor affecting ozone pollution levels over Taiwan, the influence of global warming on the Asian monsoon circulation and, hence, long-range transport of ozone and its precursors warrants serious consideration.

Amongst the suite of current or developing climate change mitigation tools, biochar is discussed within the literature as a method for long-term carbon sequestration (CS). The biochar field is rapidly developing, though there are uncertainties and limitations for which understanding could be improved. The aim of this thesis was to assess the potential of biochars from crop residues to sequester carbon, under the land-use pathways of the Representative Concentration Pathways, to 2100. Eight crop residue feedstocks and their biochars were fully characterised to examine the effects of feedstock and process conditions on biochar characteristics. Biochar yield, carbon content and recalcitrance values from this experimental work were utilized in the global modelling of scenarios exploring future carbon sequestration potential. Biochars produced were Class B or Class C, using the recalcitrance classification of Harvey et al. (2012), and classed as moderately or highly degradable. Recalcitrance increased with increasing pyrolysis temperature. The recalcitrance index of Harvey et al. (2012) may underestimate recalcitrance in high alkali metal content biochars. The carbon sequestration (CS) potential of the biochars was affected by the yield and content of stable carbon content of the biochar and predicted to be between 21.3 % and 32.5 %. The feedstock carbon remaining in the biochars decreased with increasing pyrolysis temperature although carbon stability increased with temperature. Biochar CS potential decreased with increasing pyrolysis temperature, despite increased stability and is due to the decreasing yields observed. A new equation was developed, using feedstock volatile content, as an alternative to the CS equation of Zhao et al. (2013). The Representative Concentration Pathways (RCPs) were used alongside the experimental results for biochar yield, carbon content and recalcitrance, and secondary data such as future crop yield and crop residue trends to project the CS potential of crop residues from 2005 to 2100. Scenarios of biochar production and carbon storage were developed, built around the RCPs, investigating biochar potential under changing crop land area and exploring parameters such as biochar characteristics and biochar systems. Scenario 1 used the mean or most likely values from experimental data and literature, Scenarios 2 to 7 explored parameter assumptions and Scenarios 8 and 9 explored the impact of climate change on crop yields and subsequent biochar CS potential. Global biochar production in Scenario 1 for the four RCPs over 95 years (2005 to 2100) was: RCP 2.6, 138.4 Gt biochar; RCP 4.5, 132.3 Gt biochar; RCP 6, 173.2 Gt biochar and RCP 8.5, 217.9 Gt biochar. Although the carbon mitigation potential of biochar in the scenarios generally increased from RCP 2.6 to RCP 8.5, the quantity of emissions requiring iv mitigation also increased. Scenario 1 saw 49.0, 45.8, 60.9 and 77.2 GtC sequestered over the 95 year period for the four RCPs respectively. These are reductions of 11 %, 5 %, 5 % and 4 % on the RCPs carbon emissions pathways. The maximum and minimum carbon emission mitigation potentials achievable under the assumptions of scenarios 1 to 7 were 22.5 %, 10.8 %, 10.0 %, 8.3 % and 4.7 %, 2.2 %, 1.9 %, 1.5 % for the four RCPs respectively. Climate change generally resulted in a decreasing carbon sequestration potential from RCP 2.6 up to RCP 8.5. This negative impact also increased over time. The maximum impact on mitigation potential in 2100 was - 0.14 GtC yr-1 for RCP 2.6, this increased to - 0.72 GtC yr-1 for RCP 8.5. Biochar has the potential to sequester carbon in all of the scenarios explored, however the magnitude of this sequestration potential is dependent on a number of factors of which many are currently subject to large amounts of uncertainty. Reduction in these areas of uncertainty would be a valuable area of further work following this study.

Au niveau global, il a été estimé qu’une augmentation de 4% de l’albédo (ou réflectivité) de la surface provoquerait une diminution de 0,7° de la température d’équilibre de la Terre. Or les propriétés des surfaces (dont l’albédo) changent sous la pression climatique et l’action de l’homme. Parallèlement à ce changement des propriétés de surface un débat divise la communauté scientifique sur une éventuelle diminution ou augmentation du rayonnement incident à la surface depuis le milieu des années 1980 (conséquence d’une augmentation ou diminution de la concentration d’aérosols dans l’atmosphère). La Terre est un système complexe piloté en sa surface par 3 cycles (énergie, eau et carbone). Ces cycles ne sont pas insensibles à ces changements de propriété de réflectivité de surface, de rayonnement solaire incident ou de concentration en aérosols. Certains avancent ainsi qu’une augmentation du rayonnement diffus durant les dernières décennies aurait déjà entraîné un excédent de captation de carbone par la végétation de 9.3%. La problématique ici soulevée est d’évaluer l’apport de la connaissance du flux solaire absorbé par la surface (combinaison du rayonnement solaire et de l’albédo de surface) et plus particulièrement par sa partie végétative pour le suivi des flux d’énergie, d’eau et de carbone. Dans ce travail, j’ai fait appel à l’observation satellitaire et à la modélisation du transfert radiatif pour cartographier la dynamique du rayonnement solaire absorbé par la surface et sur la verticale de la végétation. Dans un premier temps, chacune des sources d’incertitudes sur le rayonnement incident, sur l’albédo de surface mais aussi sur la répartition du rayonnement entre les hétérogénéités horizontales et verticales à la surface furent quantifiées. Puis tout en discutant l’effet de ces incertitudes, j’ai mesuré l’apport de l’utilisation de cette cartographie par satellite du rayonnement solaire absorbé pour estimer les flux d’énergie et d’eau en surface ; ce qui améliora les scores de prévision du temps à court terme et permis également de suggérer des rétroactions à l’échelle climatique sur des zones sensibles tel le Sahel. Aussi une correction de biais de 15% sur l’estimation de la production primaire brute de carbone à l’échelle planétaire démontra l’importance des développements réalisés afin de caractériser les hétérogénéités verticales dans le couvert. Finalement, ce travail m’a conduit à chiffrer l’impact de la méconnaissance des variabilités spatiales et temporelles des propriétés des aérosols (concentration et type). J’ai montré que le suivi au cours du temps des propriétés de directionalité de la réflectivité de surface (tel abordé dans la première partie de mon étude) pouvait aussi permettre de remonter à la quantité d’aérosol dans l’atmosphère. L’utilisation d’observations issues de satellite géostationnaire permet d’estimer la concentration en aérosol avec la même qualité mais avec une fréquence de détection plus élevée (x5 environ) que les méthodes classiques. Enfin, ce travail dresse des pistes pour améliorer la détection des changements des propriétés de réflectivité de surface et d’aérosols de l’atmosphère, et atteindre un suivi encore meilleur des cycles biogéochimiques de la biosphère terrestre. / It is known that a global 4% increase of land surface albedo (also called reflectivity) may result approximately in a decrease of 0.7°C in the Earth’s equilibrium temperature. Nowadays the surface properties (including albedo) are changing under climatic and human pressure. At the same time, there is a debate that divides the scientific community about the potential trends (increase or decrease) affecting the surface incoming solar radiation since mid-1980 (resulting of a decrease or increase of aerosol concentration in the atmosphere, respectively). The Earth is a complex system driven at the surface level by three cycles (energy, water, and carbon). These cycles are not insensitive to changes of surface reflectivity, incoming radiation, or aerosol properties. For example, some argue that the increase of diffuse radiation during the last decades would have led to an exceed of carbon uptake by the Earth’s vegetation of 9.3%. The main issue raised here is to assess the added value of the knowledge in absorbed solar radiation by the surface (combination of incoming solar radiation with surface albedo) and, especially, by the vegetation for the monitoring of energy, water and carbon fluxes.In this work, I have used satellite observations and modeled the radiative transfer theory in order to make dynamic mapping of solar radiation absorbed by the surface and through the vertical dimension of the vegetation. First, I quantified each uncertainty source affecting incoming solar radiation, surface albedo and the way radiation is split between horizontal and vertical heterogeneity. In a second step, I measured the added value of using this absorbed radiation mapping of the surface by satellite to estimate the energy and water fluxes at the surface. The resulting improved scores of weather forecast models in the short-range time scale suggested potential feedbacks at the climatic time scale over sensible areas such as the Sahel region. Another significant outcome is that the developments proposed to better characterize the vertical heterogeneity within the canopy led to an improvement of 15% of annual global terrestrial gross primary production (GPP). Moreover, this study has led to measure the impact of the lack of knowledge of spatial and temporal variability of aerosol properties (concentration and type). I have shown that the tracking of temporal changes of directional properties of reflectance allows me to retrieve to the amount of aerosols in the atmosphere as precisely as other widely used methods but with a higher frequency (5 times more) by using data from geostationary satellite. Finally, this study addresses some possibilities to better track temporal changes of properties of reflectivity of surface and aerosol of atmosphere, and to access to a better monitoring of biogeochemical cycles of the terrestrial biosphere.

Τα μεσογειακά οικοσυστήματα, με τη δομή και σύνθεση που γνωρίζουμε, οφείλουν την ύπαρξή τους, στα επεισόδια των πυρκαγιών, που συμβαίνουν ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Στις μεγάλες δασικές πυρκαγιές, οφείλεται το όλο και μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής καμένης έκτασης ανά έτος στη χώρα μας, και κυρίως, κατά τις τελευταίες δύο δεκαετίες, σε αυτές που συμβαίνουν, όταν επικρατούν ακραία μετεωρολογικά φαινόμενα το καλοκαίρι. Ο νομός Ηλείας, θεωρείται από τους πλέον πυρόπληκτους της Ελλάδας. Για τον λόγο αυτό, επιλέξαμε να μελετήσουμε μια περιοχή, μεσογειακού οικοσυστήματος του Νομού, η οποία έχει πληγεί πολλές φορές στο παρελθόν από τις πυρκαγιές και όλα τα επακόλουθα που τις συνοδεύουν, έκτασης 111.912.638 m . Αυτή η μελέτη, επιχειρεί να παρουσιάσει τις αλλαγές των χρήσεων γης, αλλά και της αναγέννησης μετά από πυρκαγιές, χρησιμοποιώντας τα δορυφορικά στοιχεία της τηλεπισκόπησης, που συλλέχθηκαν σε δύο διαφορετικές χρονικές στιγμές, σε συνδυασμό με τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS). Καταγράψαμε την επικρατούσα εικόνα της βλάστησης και αναγέννησης, καθώς και οποιαδήποτε άλλη χρήσιμη, οικολογικής σημασίας πληροφορία, σε 45 δειγματοληπτικές επιφάνειες. Μετά την ολοκλήρωση του προσδιορισμού των φυτικών taxa, όλες οι φυτοληψίες καταχωρήθηκαν στη βάση δεδομένων Turboveg for Windows. Για την ομαδοποίηση των δειγματοληψιών, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Twinspan. Στη συνέχεια, μέσω του στατιστικού πακέτου PC-ORD 5.0, χρησιμοποιήθηκε, η μέθοδος Detrended Correspondence Analysis (DCA) για τη δημιουργία της γραφικής τους απεικόνισης, ενώ για τον προσδιορισμό των σχέσεων μεταξύ των περιβαλλοντικών μεταβλητών και των μονάδων βλάστησης της περιοχής, έγινε χρήση της μεθόδου Canonical Correspondence analysis (CCA). Οι περιβαλλοντικές μεταβλητές που χρησιμοποιήθηκαν είναι: υπόστρωμα, υψόμετρο, κλίση, προσανατολισμός, αριθμός πυρκαγιών. Με τη χρήση του ArcGIS 9.3 έγιναν θεματικοί χάρτες των καλύψεων/χρήσεων γης πριν και μετά την φωτιά του 2007. Επίσης, έγινε απεικόνιση του ανάγλυφου της περιοχής μελέτης, με τη χρήση ισοϋψών καμπύλων. Έτσι δημιουργήθηκε το Ψηφιακό Υψομετρικό Μοντέλο Εδάφους (ΨΥΜΕ ή DEM: Digital Elevation Model) για την περιοχή. Επίσης παράχθηκε το ΤΙΝ της περιοχής (Triangulated Irregular Network ή Δίκτυο ακανόνιστων τριγώνων). Από το ΤΙΝ παράχθηκαν ο χάρτης κλίσεων, ο χάρτης εκθέσεων και ο χάρτης υψομέτρων. Για να πραγματοποιηθούν τα παραπάνω χρησιμοποιήθηκε η εφαρμογή 3D Analyst στο περιβάλλον του ArcMap, πρόγραμμα ArcGIS 9.3. Τέλος, έγινε Μεταταξινομική σύγκριση (POST- CLASSIFICATION COMPARISON) δορυφορικών εικόνων του Landsat 7 από την περιοχή μελέτης, των ετών 2006 και 2011. Χρησιμοποιήσαμε τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών και την Τηλεπισκόπηση, επειδή συνιστούν ένα πολύ σημαντικό εργαλείο στη διαχείριση του περιβάλλοντος. Η διαχρονική παρακολούθηση των μεταβολών που συμβαίνουν, μέσω αυτών των συστημάτων, προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα στον καθορισμό των μελλοντικών δράσεων. Τα αποτελέσματα, μέσα από τη χρήση αυτών των τεχνολογιών, έδειξαν αλλαγές στην εικόνα της βλάστησης πριν και μετά από τις καταστροφικές πυρκαγιές του 2007. Προέκυψε ότι, η αναγέννηση της Χαλεπίου πεύκης (Pinus halepensis) είναι ιδιαιτέρως ικανοποιητική, γεγονός που αποδίδεται αφενός, στους προσαρμοστικούς μηχανισμούς που διαθέτει το συγκεκριμένο είδος και αφετέρου, στις ευνοϊκές συνθήκες ανάπτυξης που επικρατούν στην περιοχή. / Mediterranean ecosystems, with their known structure and composition, owe their existence to the repeated at regular intervals fires. Large forest fires contribute to the increasing percentage of the total area burned per year in our country, especially those of the last two decades which occur when extreme weather conditions prevail in summer. The prefecture of Ilia is considered as one of the most fire affected regions in Greece. For this reason we chose to study an area of a prefecture’s Mediterranean ecosystem expanding over 111.912.638m2, which has been affected several times in the past by fires and all the consequences that accompany them. This study attempts to present the changes in land uses and forest regeneration after fires, using satellite remote sensing data collected at two different times in combination with Geographic Information Systems (GIS). We recorded the prevailing vegetation and regeneration status, as well as any other useful information of ecological importance, by means of 45 sampling plots. After the plant taxa identification, all samplings data were registered in the Turboveg for Windows database and the Twinspan (Two-way indicator species analysis) method was used in order to group the plots. Furthermore, the DCA (Detrended Correspondence Analysis) method was used for the creation of a graphic display of the vegetation data, while, in order to determine the relationships between environmental variables and vegetation units of the area, the CCA (Canonical Correspondence analysis) method was used, both through the statistical package PC-ORD 5.0. The environmental variables used are: substrate, elevation, slope, exposure and number of fires. Using ArcGIS 9.3 we made thematic land use/cover maps before and after the fire of 2007. The 3-D reconstruction of the study area was also made using contour curves, and from this the Digital Elevation Model (DEM) for the study area was derived. The TIN (Triangulated Irregular Network, Network jagged triangles) of the study area was also created as well as the derived slope-, exposure- and altitude maps. To accomplish all the above, we used the 3D Analyst application in the environment of ArcMap, program ArcGIS 9.3. Finally, we compared images (post-classification comparison) of the Landsat 7 from the study area for the years 2006 and 2011. We used Geographic Information Systems and Remote Sensing, since they are very important technologies, used as tool for environmental management. Monitoring through these systems the changes that occur over time, we obtain significant advantages in determining future actions. The results obtained through the use of these technologies, have shown changes in the vegetation before and after the devastating fires of 2007; furthermore, the regeneration of Pinus halepensis is very satisfactory, due both to the adaptive mechanisms of the species and to the favorable growing conditions prevailing in the study area.

Dans un contexte de changement climatique, le fonctionnement de la biosphère continentale peut être durablement affecté par l’augmentation d’extrêmes climatiques, diminuant l’assimilation photosynthétique du carbone ou augmentant la respiration de l’écosystème. Quantifier le stockage de carbone par les écosystèmes et prédire leur sensibilité aux changements climatiques repose donc fortement sur notre capacité à diagnostiquer séparément les flux de photosynthèse et de respiration à différentes échelles. La productivité primaire brute (GPP) n’est cependant pas directement mesurable. Des approches indirectes ont été proposées pour estimer les flux bruts biosphériques (GPP et respiration), combinant différents traceurs et notamment les isotopologues stables du CO2 (13C et 18O), et, plus récemment, la mesure de l’oxysulfure de carbone dans l’atmosphère (COS). Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont exploré deux approches. La première visant à utiliser les mesures isotopiques des cernes d’arbres et leur largeur, toutes liées aux variations de l’activité photosynthétique. Les variations interannuelles du flux de photosynthèse modélisées par un modèle de biosphère continentale ont ainsi pu être évaluées et comparées aux mesures in situ. La seconde visant utiliser les mesures atmosphériques de COS pour contraindre les estimations de GPP des modèles actuels de biosphère, en (1) établissant un nouveau bilan global des sources et puits de ce gaz, (2) optimisant les différents termes de sources et puits de COS et (3) estimant le potentiel de ce nouveau traceur pour valider/invalider les flux bruts de photosynthèse (GPP) simulés par les modèles actuels de biosphère continentale. / In the context of global climate change, the behavior of the terrestrial biosphere can be durably affected by the increased frequency and intensity of extreme climatic events, which can decrease the photosynthetic assimilation of carbon and/or increase the respiration rate of the ecosystems. Therefore, quantifying the carbon storage capacity of the ecosystems and predicting their sensitivity to climate changes strongly rely on our capacity to separately estimate the photosynthesis and respiration rates at different scales. The gross primary productivity (GPP) is however not directly measurable. Indirect approaches have been proposed to estimate the biospheric gross fluxes (GPP and respiration), combining for instance stable isotopologues of CO2 (13C and 18O), and, more recently, the measure of carbonyl sulfide (COS) concentrations in the atmosphere. In this context, my PhD work followed two complementary approaches. In the first approach, isotopic measurements and tree-ring widths were used, because both of them are linked to the photosynthetic activity. The inter-annual variations of the photosynthetic fluxes simulated with the ORCHIDEE continental biosphere model were evaluated and compared with in situ measurements. The second approach consisted in using atmospheric measurements of OCS concentrations and in exploring their potential to constrain the current estimates of the GPP in dynamic global vegetation models (DGVM), by (1) establishing a new global budget of sources and sinks of this gas, (2) optimizing the source and sink terms of this cycle and (3) estimating the potential of this new tracer to validate/invalidate the simulated GPP when using current DGVMs.

Les résultats obtenus au cours des travaux de thèse traitent dans une première partie de l’applicabilité et des limitations des bio-essais à l’étude des MF (problématiques telles que l’hydratation des échantillons, l’apport de nourriture, l’extraction des organismes de matrices complexes,…). D’autre part, la réponse des critères d’effet étudiés pour chacun des deux organismes (i.e. mortalité, croissance, et reproduction pour C. elegans ainsi que mortalité et reproduction pour H. aculeifer) a été renseignée après exposition à différentes substances chimiques préconisées en tant que substances de référence. La deuxième partie présente la sensibilité des organismes étudiés par rapport à des éléments contaminant (i.e. ETM) pouvant potentiellement être apportés au sol lors de l’épandage de MF. La dernière partie des résultats concerne l’évaluation de différentes MF par approche directe et indirecte, en utilisant les critères d’effet définis pour les deux organismes modèles. La discussion des travaux de thèse est axée en premier lieu sur la comparaison de la sensibilité des critères d’effet suivis chez les deux organismes modèles pour les différentes substances chimiques étudiées. Dans un second temps, la pertinence d’intégrer les organismes modèles C. elegans et H. aculeifer dans des batteries de bio-essais est discutée, cela afin de proposer, à terme, une stratégie expérimentale permettant une caractérisation a priori des dangers pour l’environnement liés à l’utilisation agricole des MF / Fertilizing matters (FM) can be hazardous to the environment during application, due to the potential presence of contaminants. The approval process involves demonstrating the safety of these matrices towards the environment, but there is no ecotoxicological test strategy to date. In this context, tests using the nematode C. elegans and the predatory mite H. aculeifer have been proposed in a battery of bioassays, as new model organisms for the ecotoxicological assessment of FM. The results obtained with C. elegans and H. aculeifer by direct and indirect approaches were compared and discussed in relation to those obtained for other terrestrial (plants and earthworms) and aquatic organisms (bacteria, algae, rotifers and crustaceans) in order to provide, in fine, a relevant test strategy to assess the environmental hazards of the agricultural use of FM

L’industrie de traitement de surfaces (TS) utilise de nombreux produits chimiques, en particulier des métaux toxiques et des substances organiques, qui sont connus pour être nocifs vis-à-vis des humains et de l’environnement. En raison d’une réglementation de plus en plus stricte, les effluents contenant des métaux lourds (Zn, Cu, Ni, Fe, Al, Cr, etc.) et de la charge organique caractérisée par le paramètre DCO (demande chimique en oxygène) doivent être traités. Il existe une grande variété de procédés de traitement des eaux usées provenant de la filière traitement de surface. En général, les systèmes conventionnels dedétoxification se composent principalement d’un ajustement de pH, d’une oxydation des cyanures et d’une réduction des chromes, suivi d’une précipitation sous forme d’hydroxydes et d’une clarification, et parfois d’une étape d’adsorption sur charbonpour enlever la DCO résiduelle. Cependant, la technologie sur charbon actif présente plusieurs problèmes tels que la saturation rapide et des problèmes de colmatage et de régénération des réacteurs. Comme les résines d’échange d’ions, leur utilisation est restreinte due au coût élevé. Pour ces raisons, la plupart des petites et moyennes entreprises ne peuvent pas utiliser de tels traitements. Ainsi, afin de répondre à ces problématiques, de nombreuses études sont menées pour trouver des alternatives peu coûteuses, qui soient efficaces et acceptables pour un usage industriel. Dans cette étude, la bio-adsorption sur un bio-adsorbant d’amidon réticulé a été utilisée pour retenir les métaux et la DCO contenus dans différents effluents industriels. L’adsorption a été étudiée en fonction du temps de contact, de la masse d’adsorbant et de la charge polluante (concentration, nature). L’influence de ces paramètres sur l’efficacité d’adsorption a été évaluée en utilisant une méthode conventionnelle en mode cuvéedite méthode en batch. Les résultats ont montré que le matériau présente des capacités d’adsorption élevées vis-à-vis des ions métalliques, ce qui permet de diminuer les concentrations métalliques en dessous des valeurs réglementaires. Des résultats similaires ont été obtenus vis-à-vis de la charge organique, et ceci quelque soit le type d’effluent. Afin d’évaluer l’impact des rejets industriels provenant de quatre entreprises différentes de TS, nous avons effectué des tests écotoxicologiques normalisés basés sur l’utilisation de graines de laitue Lactuca sativa. Nous avons mesuré le taux de germination, la longueur et la masse deslaitues. Les résultats ont permis de comparer la toxicité des quatre rejets: les rejets contenant du cuivre et du nickel ont un impactbeaucoup plus élevé que ceux contenant du zinc ou de l’aluminium. De plus, les tests de germination effectués à l’aide de solutions synthétiques ont confirmé que les mélanges de métaux présentent une toxicité plus élevéeque celle de leurs constituants considérés isolément. Les testsde phytotoxicitéont été également réalisés sur les rejets industriels avant et après adsorption. Ces tests biologiques ont confirmé l’efficacité du procédépour diminuer fortement la toxicité du rejet. L’abattement chimique et la réduction de la toxicité ont démontré que la bio-adsorption sur un matériau non-conventionnel peut être une étape de finition intéressante pour la détoxification des rejets industriels.Enfin, les tests biologiques normalisés sont rapides, faciles à mettre en œuvre et parfaitement reproductibles. Ils pourraient être utilisés en routine pour évaluer les impacts d’un rejet industriel, même lorsque celui-ci satisfait aux exigences réglementaires / The surface-treatment industry consumes an important range of chemicals, in particular toxic metals and organics that are known to be harmful to humans and environnment. Because of more and more stringer regulations, effluents polluted with heavy metals and organics characterized by chemical oxigen demand must be treated.[...]

La mise au point de milieux de culture permettant de mettre en évidence rapidement et de manière reproductible des micro-organismes exigeants représenterait une évolution significative dans le contrôle des produits et procédés industriels. Deux milieux de culture synthétiques ont été élaborés pour répondre à ce besoin. Le développement des milieux de culture a été réalisé en combinant l’analyse de composés nutritionnels à l’étude de certains métabolismes bactériens. Les formulations des milieux de culture obtenues permettent ainsi la croissance de micro-organismes aux exigences nutritionnelles très variées comme ceux fréquemment isolés dans l’eau industrielle. En parallèle, des expériences sur des biofilms multi-espèces, utilisant des bactéries isolées de systèmes d’eau industrielle, ont permis d’observer que la survie des bactéries en milieu pauvre en nutriments, est dépendante d’interactions coopératives, basées sur le « swarming » et le « hitchhiking ». / The development of culture media to quickly and reproducibly detect fastidious microorganisms represents a significant change in the control of industrial products and processes.Two synthetic culture media have been developed to reach specifications. The development was performed by combining the analysis of nutritional compounds to the study of specific bacterial metabolisms. The formulations of the resulting culture media allow the growth of microorganisms with different nutritional requirements as those frequently isolated in industrial water.In parallel experiments on multi-species biofilms, using bacteria isolated from industrial water systems, it was observed that the survival of bacteria in nutrient-poor environments is dependent on cooperative interactions, based on "swarming" and "hitchhiking".

La préservation de la qualité de l’eau est un enjeu majeur du 21ème siècle notamment avec l’augmentation de la population humaine. Or les rejets de stations d’épuration représentent un risque de pollution du milieu récepteur, notamment en azote et phosphore, aux effets néfastes pour la santé et l’environnement. C’est pour limiter cette pollution que les zones tampon végétalisées (ZTV), systèmes d’infiltration ou d’écoulement des effluents, plantés d’espèces végétales, ont été développées. Cette étude a pour objectif principal de mieux comprendre les transferts de nutriments dans ce type de système. L’impact des différents compartiments –Sol, végétation, microflore- a été étudié dans deux ZTVs de type « noues » situées en aval de stations d’épuration végétalisées en activité et dans une zone expérimentale aux modalités contrôlées. Cette étude a démontré l’importance de l’hydraulique du site, de la texture du sol et de la surface de la zone dans l’efficacité de rétention des flux d’eau et nutriments. L’impact du compartiment microbien dépend en grande partie du temps de rétention hydraulique lié à la surface de la ZTV, et du taux d’oxygénation de l’effluent. La végétation permet une amélioration de l’activité microbienne mais son rôle dans la rétention et l’élimination des nutriments s’avère mineur au regard des quantités en nutriments apportés. Le sol est le compartiment majeur de rétention du phosphore, même si une saturation rapide du sol en phosphore pourrait limiter cette potentialité. Ces observations ont permis de mettre en évidence une variabilité de l’efficacité des ZTVs dans la rétention de l’eau et des nutriments. Cette variabilité peut d’ores et déjà être minimisée par des mesures d’aménagement et de gestion. L’étude des transferts de nutriments mérite d’être approfondie et étendue à tous les types de ZTV. / The conservation of water quality is a major issue in the 21th century in particular with the increase in the human population. Water-treatment plants rejections represent a risk of pollution of the receiving environment, in particular in nitrogen and phosphorus, with fatal effects for the health and the environment. It is to limit this pollution that the vegetated buffer zones (VBZs), systems of infiltration, where water and nutrients retention are expected, were developed. This study has for main objective to better understand the transfers of nutrients in this type of system. The impact of the various compartments - soil, vegetation, microflora- was studied in two VBZs ditches type, situated downstream to vegetated water-treatment plants in service and in an experimental zone with controlled modalities. This study demonstrated the importance of site hydraulic, soil texture and VBZ surface in effectiveness of water and nutrients retention. The impact of microbial compartment depends largely on the hydraulic retention time bonds to VBZ surface and oxygenation rate of the effluent. Vegetation allows microbial activity improvement but its role in nutrients retention and removal is minor because of high quantities brought by effluents. The soil is the major compartment in phosphorus retention, although a rapid saturation of soil phosphorus could limit this potential. These observations demonstrate variability in the effectiveness of VBZ in water and nutrients retention. This variability could be minimized by planning and management measures. The study of nutrients transfers deserve to be further study and extended to all types of VBZ.

L’Océan austral est l’un des pivot des écosystèmes et du climat de notre planète, qui concentre plus de 20% de la productivité primaire marine mondiale. La complexité de ses réseaux trophiques et son inaccessibilité rendent plus encore qu’ailleurs nécessaire l’utilisation d’espèces bio-indicatrices. Plusieurs espèces de manchots (comme le Manchot Royal et le Manchot Empereur) sont ainsi l’objet de programmes de suivi à long terme. Dans cette étude, nous utilisons les données offertes par la génomique des populations (« RAD-sequencing » couvrant le génome de centaines d'individus issus couvrant la distribution de ces deux espèces) et les représentations numériques du climat de l’IPCC-CMIP5 pour calibrer dans le temps long les analyses démographique plus précises réalisées à l'échelle de quelques générations dans le cadre de suivis démographiques, et mieux comprendre la réponse des manchots au changement climatique. Au-delà de ses conséquences immédiates pour l’étude des Manchots en tant que sentinelles de l’Océan Austral, cette étude montre l’intérêt d’une plus forte intégration de la génomique des populations dans les études démographiques et comportementales. / The Southern Ocean plays a central role in the regulation of the Earth’s climate and ecosystems, and accounts for more than 20% of the world’s marine productivity. The complexity of its trohpic networks and its sheer inaccessibility make the use of bioindicator species more necessary there than anywhere else. Several penguin species (such as the King and the Emperor penguin) are therefore the focus of long-term monitoring programs.In this study, we use the information from population genomics (« RAD-sequencing » data covering the genome of hundreds of individuals from the two species’ full distribution) and from IPCC-CMIP5 numerical climate models to calibrate in the long time the more precise demographic analyses realised in the framework of field surveys, and understand penguin responses to cliamte change. Beyond its implications for the study of penguins as sentinels of the Southern Ocean, our work demonstrates the interest of a stronger integration of population genomics in demographic and behavioural investigation.