La compréhension des processus écologiques affectant la matière transitant ou produite dans les estuaires nécessite une bonne connaissance des facteurs qui contrôlent le développement des différents groupes biologiques et leurs relations trophiques dans le milieu.Les milieux estuariens macrotidaux sont le plus souvent caractérisés par des fortes turbidités qui limitent généralement la production primaire locale. Ils présentent cependant une forte productionsecondaire et des concentrations en chlorophylle non négligeables dans la colonne d’eau. L’une des problématiques demeure donc l’origine de cette production primaire dans les eaux turbides de ces milieux. Cette thèse s’inscrit dans cette logique ; dans la continuité des travaux réalisés précédemment. Elle vise à analyser l’importance et le rôle de la production primaire dans la production globale de l’estuaire de la Gironde. Le présent manuscrit résume ainsi l’ensemble des travaux réalisés et lesrésultats obtenus sur les principaux groupes de producteurs primaires (phytoplancton et microphyto-benthos) présents le long du continuum fluvio-estuarien de la Gironde. Les principales questions qui sont développées dans ce travail structurent ce rapport en trois axes de recherche. Le premier axe permet, au moyen d’une modélisation 1D de transport et réaction, de simuler,dans l’espace et le temps, la dynamique de la chlorophylle-a et des sels nutritifs, témoins d’uneproduction primaire dans le milieu. Les résultats indiquent que la dynamique de la chlorophylle-adans la Gironde reste fortement dépendante des débits et des temps de résidence très courts des massesd’eau, renforçant ainsi une origine allochtone du phytoplancton. Parmi les sources potentielles deproduction d’origine allochtone présents dans la colonne d’eau, les microalgues benthiques jouent unrôle majeur puisqu’elles peuvent être remises en suspension au cours de chaque marée. L’analyse dece compartiment et de sa production a permis dans un second axe de travail, de montrer que les zonesintertidales situées en aval de l’estuaire sont les plus productives et sont majoritairement autotrophes.Elles produiraient relativement plus de matière que les zones situées en amont qui elle, sont fortementinfluencées par les débits des fleuves.Finalement dans le troisième axe, les différentes voies de transfert de la matière organique au seindu réseau trophique, où les copépodes occupent une place prépondérante, sont analysées au moyendu traçage par les isotopes stables de carbone et de l’azote (13C et 15N) / Abstract

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont des molécules toxiques, voire cancérigènes principalement issues de la combustion incomplète de matière carbonée. De nombreux outils ont été développés afin d’identifier leurs origines et leur devenir. Cependant, ces derniers ne permettent pas toujours de parvenir à une identification précise des sources d’émissions. Une méthode prenant en compte les variations des rapports isotopiques δ 13C et δ 2H dans 16 composés a été développée et comparée à celle des ratios moléculaires. Le développement du protocole a consisté en la préparation puis la validation d’une méthode d’extraction sélective par type de matrice (eau/sédiment) et d’une méthode de purification permettant d’obtenir pour chaque molécule une résolution adaptée à leur analyse isotopique. Cette méthode a été appliquée sur divers produits de combustion franciliens ainsi que sur des échantillons de dépôts atmosphériques, d’eau et de sédiments de rivière. La mesure du δ13C et du δ2H a permis de confirmer la présence de sources locales et de caractériser les variations saisonnières de ratios. L’originalité de ce travail de recherche réside dans l’utilisation du δ2H spécifique à chaque molécule et non sur un mélange de composés. Les résultats permettent d’envisager de nouvelles perspectives sur l’utilisation des mesures isotopiques. Cette thèse représente un premier élément de réponse sur la problématique de l’emploi d’outils de traçage de molécules dans des environnements complexes. / Polyaromatic hydrocarbons (PAHs) are a group of toxic and carcinogenic organic compounds formed by petrogenic and incomplete pyrolytic processes. Although emission reductions were observed over the past 20 years, PAH contamination is still an environmental concern as these compounds are the main contaminants in the Seine watershed. Many tools were developed to identify their origins and fate. However, these methods do not always allow accurate identification of emission sources. A method integrating the variations of the isotopic ratios of δ13C and δ2H among 16 compounds was developed and compared to those of the molecular diagnostic ratio techniques. The development of the protocol consisted of the preparation and the validation of a selective extraction method by matrix type (water / sediment) and a purification step to obtain for each molecule, a resolution adapted to its isotopic analysis. That method applied to various combustion products in the Ile-de-France region, such as samples of atmospheric deposition, water and river sediments. The measurement of δ13C and δ2H signatures confirmed the presence of local sources and helped to characterize the seasonal variations of the ratios. The originality of this research work is the use of δ2H on individual PAH instead of bulk compounds. The results allow considering new perspectives for the use of isotopic measurements.

Le sol représente un puits de carbone important, dont les entrées et les sorties sont gouvernées par de nombreux facteurs biotiques et abiotiques. Nous nous intéressons à deux facteurs biotiques essentiels : la qualité de la litière, principale source des MOS; et les vers de terre, ingénieurs clés des sols tempérés. Nous étudions le devenir de parties racinaires et aériennes, marquées au carbone 13, dans le sol et des turricules de Lumbricus terrestris, au cours d'une expérimentation en mésocosmes d'une année. Nous utilisons une approche pluridisciplinaire à différentes échelles spatio-temporelles pour quantifier, localiser et caractériser le carbone organique incorporé dans le sol et les turricules, pendant les 54 semaines d'expérimentation. La composition chimique des parties racinaires et aériennes a un impact significatif sur le devenir du carbone dans le sol et semble influencer la palatabilité de la litière pour les vers de terre. Après une année d'expérience, la contribution des racines, par rapport aux parties aériennes est plus importante dans le sol et les turricules. Les interactions physiques semblent également jouer un rôle important dans la formation et l'évolution des turricules. Les vers de terre minimisent l'effet contrasté des parties racinaires et aériennes sur le carbone du sol et des turricules. Les invertébrés du sol doivent être pris en compte lors de l'étude des processus d'incorporation, de décomposition et de stabilisation du carbone dans le sol. Les microorganismes jouent un rôle essentiel dans la décomposition de la litière et semblent contribuer au carbone stable du sol, et ce particulièrement dans les turricules. / Soil represents an important carbon sink, which inputs and outputs are governed by numerous biotic and abiotic factors. We focused on two essential biotic factors: litter inputs, the main source of SOM; and earthworms, key soil engineers in temperate regions. We investigated the fate of 13C-labelled Ryegrass root and shoot litter, in soil and epi-anecic earthworm casts (Lumbricus terrestris), based on a one year mesocosm experiment. Soil samples were collected at two depths, as well as surface casts, regularly during the 54 weeks of experiment. SOM complexity and heterogeneous composition was considered, using a multidisciplinary approach at different spatio-temporal scales to quantify, localize and characterize the organic carbon incorporated in soil and earthworm casts. The chemical composition of roots and shoots had a significant impact on the fate of carbon in soil, with an increased contribution from root-derived carbon in soil and casts after one year. The chemical composition tended to influence the litter palatability for earthworms. As organo-mineral associations tended to increase during drying and ageing of casts, physical interactions might have also played an important role in cast formation and evolution. Earthworms tended to minimize the diverging fate of root and shoot residues on both soil and cast carbon, after the year of experiment. Thus, while studying soil carbon incorporation, decomposition and stabilization, the role of soil invertebrates should be particularly considered. We also observed the crucial role of microorganisms in decomposing litter and their potentially high participation to stable carbon pool in soil and particularly in casts.

La rupture des versants rocheux est une source de risque majeur dans toutes les régions montagneuses. Les terrains métamorphiques anisotropes présentent tout l'éventail des mécanismes de déformation, lesquels sont analysés dans la première partie de ce travail à partir d'exemples européens. L'étude pluridisciplinaire des" Ruines de Séchilienne ", présentée en seconde partie, revêt un intérêt particulier du fait de la complexité du phénomène et par l'ampleur des moyens d'auscultation et de surveillance mis en oeuvre pendant une décennie (1988-1998). L'approche géologique a permis une description fine de la structure du versant à toutes les échelles. L'approche géomécanique a consisté à élaborer un modèle structural simplifié et à tester numériquement différentes hypothèses par la méthodes des éléments distincts. Ceci nous autorise à proposer un mécanisme en accord qualitatif avec les observations de terrain et les mesures de déplacement. Ce mécanisme de "rupture interne ", contrôlé par les grandes familles de discontinuités préexistantes, induit des concentrations de contrainte et des efforts de traction pouvant provoquer un endormmagement progressif et irréversible du massif. Enfin, l'approche hydrogéologique s'est attachée à analyser le débit, la température ainsi que la composition chimique et isotopique des eaux du massif, pour préciser leur origine et leur mode d'écoulement. En couplant les trois approches, on a pu proposer un modèle hydromécanique global expliquant l'influence de la pluviométrie sur le rythme de la déformation du versant. Des pistes sont avancées pour étudier la géométrie probable de la rupture. Par contre, la prévision de la date de la rupture reste hors d'atteinte. Enfin, l'observation du versant sud de la Toura, à Saint Christophe- en-Oisans, suggère que le mécanisme de " rupture interne" pourrait s'appliquer à d'autres sites que Séchilienne. Mots clés Versants - massifs rocheux - déformation

Le potentiel de biodégradation des éthènes chlorés (ECs) et du dichlorométhane (DCM) dans les eaux souterraines de l’ancien site industriel de Themeroil (Varennes-le-Grand, France) a été évalué par des études en microcosmes, à travers l’utilisation de biomarqueurs moléculaires, et par analyse isotopique spécifique au composé (compound specific isotope analysis, CSIA). L’objectif de ce travail a été d’évaluer i) la biodégradation de ces polluants et la diversité bactérienne associée dans les eaux du site, et ii) l’impact de mélanges de contaminants et des conditions rédox dans ce processus. L’implication majeure d’un taxon bactérien affilié à Dehalococcoides dans la dégradation du PCE dans les eaux du site, et son lien potentiel aux gènes de déshalogénase pceA et vcrA associés au processus de déchloration, ont été mises en évidence. La dégradation du DCM en présence d’ECs dans les eaux du site a ensuite été démontrée, et des souches bactériennes dégradant le DCM ont été isolées à partir d’eaux du site et caractérisées. La CSIA a révélé une forte biodégradation du DCM in situ. Des analyses des eaux du site, par qPCR ciblant les gènes dcmA et dhlA de la biodégradation bactérienne du DCM, et par séquençage haut-débit du gène de l’ARNr 16S, ont permis d’évaluer le rôle potentiel de différents taxa bactériens associés à la dégradation du DCM. Il a ainsi été montré que la répartition spatiale de ces taxa sur site dépend dans une large mesure des conditions rédox et du niveau de contamination. L’influence de ces paramètres sur la biodégradation, étudiée ensuite en microcosmes, a été confirmée par l’observation de différents profils de dégradation dans des conditions rédox et de co-contamination distinctes. Ceci suggère la participation de différents types de métabolisme à la biodégradation des éthènes et alcanes chlorés sur site. Les résultats obtenus confirment la pertinence d’études en microcosme pour évaluer le potentiel de biodégradation des polluants halogénés dans les sites contaminés, et pour orienter les traitements de dépollution à privilégier. / The biodegradation potential of chlorinated ethenes (CEs) and dichloromethane (DCM) in groundwater from the former industrial site of Themeroil (Varennes-le-Grand, France) was evaluated in microcosm studies, using molecular biomarkers and compound-specific isotope analysis (CSIA). The objective of this work was to evaluate i) the biodegradation of these pollutants and the associated bacterial diversity in site groundwater, and ii) the impact of contaminant mixtures and redox conditions on biodegradation. The major role of a taxon affiliated to Dehalococcoides in PCE degradation in site groundwater, and its potential link to dehalogenase genes pceA and vcrA associated with the process, were highlighted. Degradation of DCM in the presence of CEs in site groundwater was then demonstrated, and DCM-degrading strains were isolated from site groundwater and characterised. CSIA revealed a large extent of DCM biodegradation in situ. Analyses of groundwater from the site, targeting dcmA and dhlA genes for DCM biodegradation by qPCR, as well as by high-throughput sequencing of the 16S rRNA gene, allowed to evaluate the potential role of different bacterial taxa associated with DCM dehalogenation in DCM degradation on site. It was shown that the spatial distribution of these taxa on site depends significantly from redox conditions and contamination level. The influence of these parameters on biodegradation was also investigated in microcosms, and distinct degradation profiles were observed under different redox and co-contamination conditions. This suggests that different types of metabolism participate in biodegradation of chlorinated ethenes and alkanes on site. Obtained results confirm the relevance of microcosm studies in evaluating halogenated pollutants biodegradation potential on contaminated sites, and in guiding the choice of remediation approaches to be favoured.

Les fossiles moléculaires sont de puissants outils pour étudier l'origine, la transformation et le transfert de la matière organique dans les écosystèmes modernes et anciens. Marqueurs d'origine, ils livrent des informations sur le milieu de dépôt, en précisant notamment les sources de la matière organique et la place de leur précurseurs biologiques dans les chaînes alimentaires. De manière surprenante, la découverte de certains fossiles "orphelins" peut conduire à l'identification de nouvelles substances biologiques. L'analyse isotopique de marqueurs végétaux des sols permet d'étudier la dynamique de l'humus au niveau moléculaire. Marqueurs de processus, leur structure et leur composition isotopique révèlent la nature des réactions géochimiques opérant dans les milieux très complexes tels les sols et les sédiments. Marqueurs de maturité, les fossiles moléculaires mesurent l'intensité du stress thermique subi par la matière organique au cours de l'enfouissement dans les sédiments. À cet égard, ils s'avèrent utiles à la fois pour la recherche pétrolière et pour authentifier la présence de contamination pétrolière dans les écosystèmes modernes. Ainsi, le concept de marqueur moléculaire développé en géochimie pétrolière est à la base d'un domaine scientifique en émergence, la géochimie organique environnementale.