Les forêts de mangrove contribuent de manière significative au flux d'énergie, au cycle des nutriments et du carbone dans l'océan côtier, étant un puits pour le CO2 atmosphérique. Les forêts de mangroves sont très productives et stockent une quantité élevée de carbone à la fois dans leurs sols et dans leur biomasse.Au cours de la décomposition de la litière, les nutriments et le carbone peuvent être recyclés ou exportés vers les écosystèmes adjacents par l'action des marées. La mangrove de Can Gio (Ho Chi Minh Ville, Vietnam), dégradée par l'épandage de défoliants pendant la guerre du Vietnam, a pu être restaurée grâce à la replantation et à la régénération naturelle. À ce jour, la forêt de mangrove de Can Gio est la plus grande forêt de mangrove contiguë au Vietnam, et est devenue la première réserve biosphère UNESCO dans ce pays. L'objectif principal de cette thèse était de caractériser le cycle du carbone dans la forêt de mangrove tropicale.Les résultats de cette thèse ont permis de:- Développer des équations allométriques permettant d’estimer la biomasse aérienne de la forêt plantée de mangroves de l’espèceRhizophora apiculatadans le sud du Vietnam;- Calculer les stocks de carbone totaux dans différents peuplements de mangrove se développant sous le climat tropical du sud du Vietnam;- Caractériser les taux de décomposition de la litière et évaluer la dynamique des nutriments et des métaux traces au cours des processus de dégradation de la litière, ainsi que l'évolution de δ13C pendant la décomposition;- Déterminer la variabilité saisonnière des flux de CO2 à différentes interfaces: sol-air, eau-air et tronc-air, et caractériser les profils de concentration en CO2 dans la canopée. / Mangrove forests significantly contribute to energy flow, nutrient and carbon cycling in the coastal ocean, being a sink for atmospheric CO2. Mangroves forests are highly productive and store high amount of carbon both in their soils and in their biomass. During leaf litter decomposition, nutrients and carbon can be recycled or exported to adjacent ecosystems by the tidal action. Can Gio mangrove, degraded by the spraying of defoliants during the Vietnam War, successfully recovered through replantation and natural regeneration after 40 years. To date, the Can Gio mangrove forest is the largest contiguous mangrove forest in Vietnam, and became the first Mangrove Biosphere Reserve in this country. The main objective of this PhD thesis was to characterize carbon cycling within the Can Gio mangrove forest, which is a tropical one.The results of this PhD thesis allowed to: - Develop allometric equations and to estimate the aboveground biomass of Rhizophora apiculata Blume planted mangroves forest in Southern Vietnam; - Calculate the total carbon stocks in different mangrove stands developing under the tropical climate of Southern Vietnam; - Characterize the leaf litter decomposition rates, and assess nutrients and trace metals dynamics during litter decay processes, as well as the evolution of δ13C during decay; - Determine the seasonal variability CO2 fluxes at different interfaces: soil-air, water-air and trunk-air, and to characterize CO2 concentrations profiles in the canopy.

Le rapport spécial du GIEC (SR1.5) publié en octobre 2018 est sans équivoque. Avec un réchauffement global d'environ 1°C en 2017 par rapport au début de l'ère industrielle et une teneur de CO2 dans l'atmosphère de 400 parties par million, l'Homme a d'ores et déjà modifié substantiellement le climat. L'évaluation de scénarios climatiques à bas niveau d'émissions limitant le réchauffement global à venir en deçà de 2°C montre que nous sommes désormais face à un défi scientifique, technique et civilisationnel sans précédent. Le GIEC stipule que chaque année perdue en matière d'atténuation rend un peu plus plausible la perspective d'une véritable "catastrophe" climatique. Dans ce contexte alarmant, les techniques de modification du rayonnement solaire sont de plus en plus étudiées comme une alternative à court terme pouvant limiter les impacts liés à la hausse de la température globale, en attendant la mise en œuvre et/ou la faisabilité de techniques d'atténuation suffisamment efficaces. La modélisation du système Terre reste à ce jour le seul moyen d'étudier dans quelles mesures ces techniques pourraient effectivement s'insérer dans la lutte contre le changement climatique. Le but principal de cette thèse est de quantifier et de réduire les incertitudes quant à la réponse des modèles aux simulations de géo-ingénierie de type modification du rayonnement solaire, en accordant une attention toute particulière aux effets collatéraux sur les cycles de l'eau et du carbone. Dans un premier temps, nous avons exploité les simulations existantes du projet GeoMIP, et avons identifié une relation statistique émergente entre le refroidissement obtenu dans les simulations de modification du rayonnement solaire, et le refroidissement induit par les éruptions volcaniques majeures dans les simulations historiques. Sur la base de plusieurs jeux d'observations, nous avons évalué la réponse des modèles aux éruptions et ainsi contraint la réponse à la modification du rayonnement solaire, réduisant son efficacité potentielle de 20% et l'incertitude associée de 40%. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la réponse du cycle du carbone et avons montré que les changements climatiques induits par cette forme de géo-ingénierie tendent à stimuler les puits de carbone continentaux et océaniques. Nous avons cependant pointé l'incertitude qui entoure les processus responsables de cette augmentation, et également la réversibilité du cycle du carbone en cas d'arrêt de la géo-ingénierie. Malgré le renforcement des puits naturels de carbone, ce dernier résultat confirme que cette forme de géo-ingénierie ne peut être considérée comme une technique d'atténuation du fait de la non pérennité du stockage additionnel des émissions anthropiques de carbone dans les réservoirs océanique et terrestre. Enfin, nous nous sommes intéressés à d'autres sources d'incertitudes, liées au choix du protocole expérimental ou du modèle mis en oeuvre. Nous avons en particulier mis en lumière l’influence potentielle de la stratosphère et de son couplage avec la circulation troposphérique sur la réponse régionale des modèles à nos latitudes. / The IPCC Special Report (SR1.5) published in October 2018 is unequivocal. Global warming reached 1°C above preindustrial level in 2017 and atmospheric concentrations of CO2 passed 400 parts per million. Human activities have already substantially altered the Earth's climate. The assessment of low emission scenarios that limit global warming to 2°C above preindustrial levels shows that we are now facing an unprecedented scientific, technological and civilizational challenge, and stipulates that each year lost for mitigation makes the prospect of a real climate "disaster" a little more plausible. In this alarming context, solar radiation modification techniques are increasingly studied as a short-term alternative in order to limit the impacts of dangerous global warming, before the implementation and/or feasibility of sufficiently effective mitigation techniques. Earth System Models remain the only tool to investigate the extent to which these techniques could be used to counteract global warming. The main purpose of this thesis is to quantify and narrow uncertainties in model response to geoengineering simulations such as solar radiation modification, with special attention to side-effects on water and carbon cycles. First, we have used available simulations from GeoMIP, and identified an emerging statistical link between the cooling obtained in solar radiation management simulations, and the cooling induced by major volcanic eruptions in the historical simulations. Using several observational datasets, we have evaluated the model response to volcanic eruptions and, thereby, constrained the response to this geoengineering technique, reducing its potential cooling efficiency by 20%, and the associated uncertainty by 40%. Subsequently, we have focused on the carbon cycle response and have shown that climatic changes induced by this form of geoengineering tends to stimulate continental and oceanic carbon sinks. However, we have pointed out the uncertainty surrounding the processes responsible for this increase, and also the reversibility of the carbon cycle in case of stopping geoengineering. Despite the enhancement of the natural carbon sinks, this last result confirms that this form of geoengineering cannot be considered as a mitigation technique because of the unsustainability of the additional storage of anthropogenic carbon emissions into ocean and terrestrial reservoirs. Finally, we have looked at other sources of uncertainty related to the choice of the implemented experiment design or model. We have in particular highlighted the potentiel influence of the stratosphere and its coupling with the tropospheric dynamics on the regional response in the northern midlatitudes.

Les écosystèmes alpins, au même titre que les écosystèmes arctiques, séquestrent des quantités importantes de carbone dans leurs sols. Dans ces écosystèmes, la topographie locale détermine la répartition de la neige; un facteur qui, sur le court terme, affecte les paramètres physiques de l'environnement (effets directs) et qui, sur le long terme, a sélectionné des communautés végétales et microbiennes très différentes aux deux extrêmes du gradient de mésotopographie (effets indirects). Au regard des modifications futures des régimes d'enneigement prédits par les différents modèles climatiques, cette étude vise à explorer les contrôles directs et indirects exercés par l'enneigement sur la fixation du CO2 et la minéralisation du carbone organique dans les écosystèmes alpins. Les paramètres physiques des sols (eau et température) ont été mesurés pendant plusieurs années révélant les effets directs. Afin de quantifier les effets indirects de l'enneigement sur les flux biogéochimiques, nous avons utilisé les caractéristiques fonctionnelles des végétaux (leurs traits). Différentes approches (mesures in situ, manipulations expérimentales et modélisation) ont été employées. Cette étude démontre que la fixation du carbone le long des gradients de mésotopographie est à la fois déterminée par les traits fonctionnels végétaux, les propriétés des canopées et la longueur de la saison de végétation. Un allongement de la saison de végétation devrait entraîner une augmentation marquée de la production primaire si les événements de gel en début de saison de végétation demeurent limités. La minéralisation du carbone est au contraire largement dépendante de la qualité de la matière organique contenue dans les sols. Des changements de composition en traits fonctionnels de la végétation, notamment ceux affectant les concentrations en lignine des litières, devraient avoir un impact déterminant sur les vitesses de minéralisation de la matière organique. Enfin, l'étude des flux de carbone et d'azote dans les plantes dominantes et à l'interface plante – sol révèle un couplage temporel et spatial essentiel chez les espèces dont la croissance est limitée par la longueur de la saison de végétation. Ce couplage apparaît plus limité dans les communautés végétales bénéficiant d'une plus longue saison de végétation. L'évolution des flux et stocks de carbone au sein des écosystèmes alpins dans un contexte de changement climatique est discutée.

Les feux naturels déciment jusqu'à 0,4% des surfaces forestières boréales au Québec. Le feu structure le paysage en créant une mosaïque de bassins versants caractérisés par l'hétérogénéité des structures et de la composition végétale. Comment une telle diversité des bassins versants peut-elle affecter la dynamique du carbone des écosystèmes lacustres boréaux? Nous explorons ici si les patrons métaboliques des lacs suivent les différents stades de succession post-feu qui caractérisent leur bassin versant, et nous établissons le lien entre les propriétés physiques du bassin, la respiration planctonique et les flux de CO2. Durant l'été 2006, des échantillons d'eau épilimnétique ont été prélevés sur 50 lacs situés dans la région de la rivière Eastmain du Québec boréal. Les sites ont été sélectionnés afin de représenter divers types de bassins versants homogènes, distincts en terme du niveau de succession post-incendie, incluant des bassins entièrement matures et des bassins brûlés au début de l'été 2006. La respiration planctonique a été déterminée à partir de la consommation de l'oxygène dissout mesurée lors d'incubations in vitro. Pour ce faire, nous avons adapté un système d'optrode constitué d'un oxymètre à fibre optique et de mini-senseurs sensibles aux fluctuations d'oxygène. Les résultats suggèrent que pour deux lacs de même surface, un lac à l'intérieur d'un bassin versant récemment brûlé est associé à des taux de respiration moyens et à des flux de CO2 sortants plus élevés qu'un lac alimenté par un bassin versant mature. Notre étude contribue à une meilleure compréhension de l'influence des perturbations de l'écosystème terrestre sur les cycles des nutriments et du carbone des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur la dynamique naturelle des gaz à effet de serre. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, Métabolisme du lac, Respiration planctonique, Flux de CO2, Feux naturels, Succession végétale, Boréal, Optrodes.

Le réservoir Eastmain-1 (est de la Baie de James, Nouveau Québec) a été inondé de novembre 2005 à mai 2006. Il s'étend sur une superficie de 603 km² et possède une profondeur d'eau moyenne de 11,5 m, ce qui lui confère des conditions holomictiques lors des périodes libres de glace. Cette recherche a pour objectif l'étude du cycle du carbone organique et inorganique dissous (COD & CID) suite à la création du réservoir. Pour ce faire, l'analyse élémentaire C/N de la matière organique dissoute et particulaire, ainsi que l'analyse isotopique de tous les composés du carbone -incluant le CO₂ atmosphérique à la surface du réservoir-ont été réalisées, suite à cinq campagnes de terrain menées de Juin 2006 à Juillet 2007. Une relation linéaire négative est observable entre les valeurs δ¹³C-CID et l'inverse de la pression partielle de CO₂ (1/pCO₂), avec une ordonnée à l'origine de -23,7 ± 01,0‰. Cette valeur correspond à la composition isotopique d'un CID en quasi-équilibre avec le CO₂ produit in situ par l'oxydation de la matière organique dissoute (MOD) du réservoir. Les valeurs élevées des ratios C/N de cette MOD indiquent une origine majoritairement terrestre. Le second pôle de cette relation linéaire correspond à des conditions d'équilibre avec le CO₂ atmosphérique ambiant, portant la signature de la forêt boréale avoisinante. Selon les conditions de températures, d'hydraulicité, d'agitation des vents, etc., les pCO₂ et les compositions isotopiques mesurées se dispersent autour de la courbe de mélange, ce qui suggère un système de plus faible inertie en comparaison avec les réservoirs plus âgés et de plus vastes étendues de la région de la Baie de James. Toutefois, la légère tendance temporelle en ¹³C du CID, de 2006 à 2007, pourrait suggérer une évolution vers des conditions plus stables suite aux hauts taux d'oxydation du COD lors de la mise en eau du réservoir. Le réservoir Eastmain-1 (est de la Baie de James, Nouveau Québec) a été inondé de novembre 2005 à mai 2006. Il s'étend sur une superficie de 603 km² et possède une profondeur d'eau moyenne de 11,5 m, ce qui lui confère des conditions holomictiques lors des périodes libres de glace. Cette recherche a pour objectif l'étude du cycle du carbone organique et inorganique dissous (COD & CID) suite à la création du réservoir. Pour ce faire, l'analyse élémentaire C/N de la matière organique dissoute et particulaire, ainsi que l'analyse isotopique de tous les composés du carbone -incluant le CO₂ atmosphérique à la surface du réservoir-ont été réalisées, suite à cinq campagnes de terrain menées de Juin 2006 à Juillet 2007. Une relation linéaire négative est observable entre les valeurs δ¹³C-CID et l'inverse de la pression partielle de CO₂ (1/pCO₂), avec une ordonnée à l'origine de -23,7 ± 01,0‰. Cette valeur correspond à la composition isotopique d'un CID en quasi-équilibre avec le CO₂ produit in situ par l'oxydation de la matière organique dissoute (MOD) du réservoir. Les valeurs élevées des ratios C/N de cette MOD indiquent une origine majoritairement terrestre. Le second pôle de cette relation linéaire correspond à des conditions d'équilibre avec le CO₂ atmosphérique ambiant, portant la signature de la forêt boréale avoisinante. Selon les conditions de températures, d'hydraulicité, d'agitation des vents, etc., les pCO₂ et les compositions isotopiques mesurées se dispersent autour de la courbe de mélange, ce qui suggère un système de plus faible inertie en comparaison avec les réservoirs plus âgés et de plus vastes étendues de la région de la Baie de James. Toutefois, la légère tendance temporelle en ¹³C du CID, de 2006 à 2007, pourrait suggérer une évolution vers des conditions plus stables suite aux hauts taux d'oxydation du COD lors de la mise en eau du réservoir. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : réservoirs hydroélectriques, CO₂, carbone organique dissous, ¹³C, C/N, Baie de James, Québec

La forêt boréale, seconde aire biotique terrestre sur Terre, est actuellement considérée comme un réservoir important de carbone pour l'atmosphère. Les modèles basés sur le processus des écosystèmes terrestres jouent un rôle important dans l'écologie terrestre et dans la gestion des ressources naturelles. Cette thèse examine le développement, la validation et l'application aux pratiques de gestion des forêts d'un tel modèle. Tout d'abord, le module récemment développé d'échange du carbone TRIPLEX-Flux (avec des intervalles de temps d'une demi heure) est utilisé pour simuler les échanges de carbone des écosystèmes d'une forêt au peuplement boréal et mixte de 75 ans dans le nord est de l'Ontario, d'une forêt avec un peuplement d'épinette noire de 110 ans localisée dans le sud de Saskatchewan, et d'une forêt avec un peuplement d'épinette noire de 160 ans située au nord du Manitoba au Canada. Les résultats des échanges nets de l'écosystème (ENE) simulés par TRIPLEX-Flux sur l'année 2004 sont comparés à ceux mesurés par les "tours de mesures de covariance des turbulences" et montrent une bonne correspondance générale entre les simulations du modèle et les observations de terrain. Le coefficient de détermination moyen (R2) est approximativement de 0.77 pour le peuplement mixte boréal, et de 0.62 et 0.65 pour les deux forêts d'épinette noire situées au centre du Canada. Le modèle est capable d'intégrer les variations diurnes de l'échange net de l'écosystème (ENE) de la période de pousse (de mai à août) de 2004 sur les trois sites. Le peuplement boréal mixte ainsi que les peuplements d'épinette noire agissaient tous deux comme des réservoirs de carbone pour l'atmosphère durant la période de pousse de 2004. Cependant le peuplement boréal mixte montre une plus grande productivité de l'écosystème, un plus grand piégeage du carbone ainsi qu'un meilleur taux de carbone utilisé comparé aux peuplements d'épinette noire. L'analyse de la sensibilité a mis en évidence une différence de sensibilité entre le matin et le milieu de journée, ainsi qu'entre une concentration habituelle et une concentration doublée de CO2. De plus, la comparaison de différents algorithmes pour calculer la conductance stomatale a montré que la production nette de l'écosystème (PNE) modélisée, utilisant une itération d'algorithme est conforme avec les résultats utilisant des rapports Ci/Ca constants de 0.74 et de 0.81 respectivement pour les concentrations courantes et doublées de CO2. Une variation des paramètres et des données variables de plus ou moins 10% a entrainé, respectivement pour les concentrations courantes et doublées de CO2, une réponse du modèle inférieure ou égale à 27.6% et à 27.4%. La plupart des paramètres sont plus sensibles en milieu de journée que le matin excepté pour ceux en lien avec la température de l'air, ce qui suggère que la température a des effets considérables sur la sensibilité du modèle pour ces paramètres/variables. L'effet de la température de l'air était plus important dans une atmosphère dont la concentration de CO2 était doublée. En revanche, la sensibilité du modèle au CO2 qui diminuait lorsque la concentration de CO2 était doublée. Sachant que, les incertitudes de prédiction des modèles proviennent majoritairement des hétérogénéités spatio-temporelles au cœur des écosystèmes terrestres, à la suite du développement du modèle et de l'analyse de sa sensibilité, sept sites forestiers à tour de mesures de flux (comportant trois forêts à feuilles caduques, trois forêts tempérées à feuillage persistant et une forêt boréale à feuillage persistant) ont été sélectionnés pour faciliter la compréhension des variations mensuelles des paramètres du modèle. La méthode de Monte Carlo par Markov Chain (MCMC) à été appliquée pour estimer les paramètres clefs de la sensibilité dans le modèle basé sur le processus de l'écosystème, TRIPLEX-Flux. Les quatre paramètres clefs sélectionnés comportent: un taux maximum de carboxylation photosynthétique à 25°C (Vmax), un taux du transport d'un électron (Jmax) saturé en lumière lors du cycle photosynthétique de réduction du carbone, un coefficient de conductance stomatale (m), et un taux de référence de respiration à 10°C (R10). Les mesures de covariance des flux turbulents du CO2 échangé ont été assimilées afin d'optimiser les paramètres pour tous les mois de l'année 2006. Après que l'optimisation et l'ajustement des paramètres ait été réalisée, la prédiction de la production nette de l'écosystème s'est améliorée significativement (d'environ 25%) en comparaison avec les mesures de flux de CO2 réalisés sur les sept sites d'écosystèmes forestiers. Les résultats suggèrent, dans le respect des paramètres sélectionnés, qu'une variabilité plus importante se produit dans les forêts à feuilles larges que dans les forêts d'arbres à aiguilles. De plus, les résultats montrent que l'approche par la fusion des données du modèle incorporant la méthode MCMC peut être utilisée pour estimer les paramètres basés sur les mesures de flux, et que des paramètres saisonniers optimisés peuvent considérablement améliorer la précision d'un modèle d'écosystème lors de la simulation de sa productivité nette et cela pour différents écosystèmes forestiers situés à travers l'Amérique du Nord. Finalement, quelques uns de ces paramètres et algorithmes testés ont été utilisés pour mettre à jour l'ancienne version de TRIPLEX comportant des intervalles de temps mensuels. En outre, le volume d'un peuplement et la quantité de carbone de la biomasse au dessus du sol des forêts d'épinette noire au Québec sont simulés en relation avec un peuplement des âges, cela à des fins de gestion forestière. Ce modèle a été validé en utilisant à la fois une tour de mesure de flux et des données d'un inventaire forestier. Les simulations se sont avérées réussies. Les corrélations entre les données observées et les données simulées (R2) étaient de 0.94, 0.93 et 0.71 respectivement pour le diamètre à l.3 m, la moyenne de la hauteur du peuplement et la productivité nette de l'écosystème. En se basant sur les résultats à long terme de la simulation, il est possible de déterminer l'âge de maturité du carbone du peuplement considéré comme prenant place à l'époque où le peuplement de la forêt prélève le maximum de carbone, avant que la récolte finale ne soit réalisée. Après avoir comparé l'âge de maturité du volume des peuplements considérés (d'environ 65 ans) et l'âge de maturité du carbone des peuplements considérés (d'environ 85 ans), les résultats suggèrent que la récolte d'un même peuplement à son âge de maturité de volume est prématuré. Décaler la récolte d'environ vingt ans et permettre au peuplement considéré d'atteindre l'âge auquel sa maturité du carbone prend place, mènera à la formation d'un réservoir potentiellement important de carbone. Aussi, un nouveau diagramme de la gestion de la densité du carbone du peuplement considéré, basé sur les résultats de la simulation, a été développé pour démontrer quantitativement les relations entre les densités de peuplement, le volume de peuplement et la quantité de carbone de la biomasse au dessus du sol à des stades de développement variés, dans le but d'établir des régimes de gestion de la densité optimaux pour le rendement de volume et le stockage du carbone. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : écosystème forestier, flux de CO2, production nette de l'écosystème, eddy covariance, TRIPLEX-Flux module, validation d'un modèle, Markov Chain Monte Carlo, estimation des paramètres, assimilation des données, maturité du carbone, diagramme de gestion de la densité de peuplement

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2004). Bibliogr.

Cette étude visait à développer un modèle dynamique du pergélisol-carbone à intégrer dans le modèle CLIMBER-2 et d'effectuer des simulations en vue de contribuer à la connaissance du cycle du carbone. Ce travail pourrait, pour la première fois, permettre une étude de modélisation avec un modèle de système terrestre qui comprendrait l'atmosphère dynamique, l'océan dynamique, la végétation dynamique et les composantes de la cryosphere, y compris les terres gelées, afin d'étudier le paléoclimat. La disponibilité des données récentes du CO2 et de δ13C de CO2 dans l'atmosphère fourni un moyen de valider les résultats du modèle pour déterminer si une dynamique pergélisol-carbone pourrait avoir joué un rôle important au cours des climats changeants.Un mécanisme pergélisol-carbone simplifié a été développé et validé et à été réglé en utilisant les données de la terminaison 1 (T1). Il a été constaté que, pour reproduire des données de CO2 et δ13C atmosphériques (pour l'atmosphère et l'océan) au cours de T1, une combinaison des mécanismes océaniques-glaciaires et pergélisol-carbone ont été nécessaires. Suite à cette constatation, plusieurs cycles glaciaires ont été modélisés pour étudier la sensibilité du mécanisme pergélisol-carbone aux forçages de CO2, les calottes glaciaires et l'insolation. l'étendue des calottes glaciaires a été jugée particulièrement importante pour le contrôle de la superficie des terres disponibles pour le pergélisol, et donc aussi pour la dynamique du carbone du pergélisol-carbone. La libération du carbone dans les sols de dégel en réponse à l'augmentation de l'insolation d'été dans les hautes latitudes, a été jugée très probable comme la source des hausses initiales de CO2 dans l'atmosphère au cours des terminaisons glaciaires.Les données CO2 de terminaison 1 peuvent être bien reproduits, y compris le plateau de CO2 BA / YD, quand le forçage de l'eau douce est appliqué à l'Atlantique nord. Expériences avec forçage de l'eau douce ont souligné l'importance du mécanisme du pergélisol-carbone dans l'évolution rapide des climats. Les augmentations très rapides des niveaux de CO2 dans l'atmosphère peuvent être expliqués par la libération rapide des sols en carbone en réponse à l'augmentation du transport de chaleur vers l'hémisphère nord. C'est en réponse à la reprise de l'AMOC suite d'un événement AMOC arrêt/réduction, tels que des événements D/O vu dans les données du δ18O Groenland. Les projections de changement climatique représentent des événements de réchauffement rapide. La conduite du modèle par des projections d'émissions (base de données RCP) a prédit l'augmentation du CO2 de pic et une plus longue période a des niveaux élevées de CO2 par rapport aux sorties du modèle qui ne comprennent pas les évaluations du pergélisol-carbone.L'analyse de δ13C de l'océan doit tenir compte de la dynamique du pergélisol et du carbone de la terre en général et de son effet sur les niveaux de δ13C atmosphériques. Si ce n'est pas pris en compte alors la circulation océanique peut être trop invoquée pour tenter d'expliquer les changements de δ13C de l'océan et du CO2 atmosphérique.Le mécanisme pergélisol-carbone réagit aux changements de température et amplifie la réponse du cycle du carbone. Il est fortement dépendant non seulement de l'apport d'énergie (qui détermine la température du sol et de l'emplacement du pergélisol), mais également de la surface de terres disponible à l'échelle mondiale sur laquelle le pergélisol peut exister. Afin de modéliser et de comprendre correctement la réponse du système terrestre dans les climats futurs et passés, le mécanisme de rétroaction pergélisol-carbone est un élément important du système. Ce travail a été une première étape pour aborder le rôle que la cryosphere terrestre joue dans le cycle du carbone et du système climatique sur de longues échelles de temps, et que d'autres études sont essentielles. / This study aimed to develop a permafrost-carbon dynamic model to incorporate into the CLIMBER-2 Earth system model and to carry out simulations with a view to contributing to the knowledge of the carbon cycle. The work would, for the first time, allow a fully coupled modelling study with an earth system model which included dynamic atmosphere, ocean, vegetation and cryosphere components including frozen land to study paleoclimates. The availability of recent ice core data for CO2 and δ13C of atmospheric CO2 was to provide a means of validating model findings to identify whether a permafrost-carbon dynamic could have played a significant role in past changing climates.The deep Southern Ocean is an area of particular interest for glacial-interglacial CO2 variability, and current modelling efforts aim to recreate the observed CO2 changes using ocean mechanisms. These are often related to deep southern ocean carbon storage and release. So far the terrestrial biosphere has not been well-considered in transient simulations of the carbon cycle in Earth system models.A simplified permafrost-carbon mechanism was developed and validated and tuned using data from termination 1. It was found that in order to reproduce atmospheric CO2 and δ13C data (for atmosphere and ocean) during the termination, a combination of glacial ocean mechanisms and the permafrost-carbon mechanism was required. Following this finding, several glacial cycles were modelled to study the sensitivity of the permafrost-carbon mechanisms to CO2, ice sheets and insolation. Ice sheet extent was found to be particularly important in controlling the land area available for permafrost and therefore the carbon dynamics of permafrost-carbon. The permafrost-carbon mechanism, via carbon release from thawing soils responding to increasing summer insolation in higher northern latitudes, was found to very likely be the source of initial rises in CO2 on glacial terminations.Termination 1 CO2 data could be well reproduced, including the B-A/YD CO2 plateau, when fresh water forcing was applied to the north Atlantic. Fresh water forcing experiments pointed to the importance of the permafrost-carbon mechanism in fast changing climates. Very fast increases in atmospheric CO2 levels may be explained by fast soil-carbon release responding to increased heat transport to the northern hemisphere on AMOC resumption following an AMOC switch-off/reduction event, such as D/O events seen in the Greenland δ18O record. Future climate change projections represent fast warming events. Driving the model by emissions projections (RCP database) predicted increased peak CO2 and much longer term elevated CO2 levels relative to model outputs which did not include the permafrost carbon feedback.Analysis of ocean δ13C must take into account the dynamics of permafrost and land carbon in general and its effect on atmospheric δ13C levels. If this is not taken into account then ocean circulation may be over-invoked in attempting to explain changes in ocean δ13C and atmospheric CO2. The Earth system is not simply atmosphere and ocean. The findings in this work highlight that it is essential to consider land carbon dynamics when interpreting paleo-indicators for the carbon cycle.The permafrost-carbon mechanism reacts to temperature changes and amplifies the carbon cycle's response. It is stongly dependent not only on energy input (that determines soil temperature and permafrost location), but also on the area of land available globally on which it can exist. In order to properly model and understand the Earth system response to forcing in both future and past climates, the permafrost-carbon feedback mechanism is an important system component. This work has been a first step to address the role that the land cryosphere plays in the carbon cycle and climate system on long timescales, and further studies are essential.

Les mares forestières temporaires sont de petites zones humides d’eau douce, sujettes à de fortes dégradations. Le fonctionnement des mares naturelles et restaurées a été étudié en se basant sur les taux de décomposition de la matière organique (MO) et sur l’effet de facilitation d’une plante vasculaire (Molinia caerulea, molinie) sur la croissance des sphaignes (Sphagnum palustre). Les taux de décomposition de la MO dans l’eau ne différaient pas entre les mares naturelles et restaurées mais ils étaient influencés par la teneur en carbone organique du sol, l’ouverture de la canopée forestière et le couvert en sphaignes. Dans le sol de la zone de transition mare-forêt, ces taux étaient réduits par la saturation en eau et par un couvert molinie-sphaignes. La présence de la molinie diminuait la croissance des sphaignes, suggérant une compétition. Les résultats de cette étude contribuent à l’écologie de la restauration de ces mares et questionnent leur devenir dans un contexte de changement climatique. / Vernal pools are small freshwater wetlands, subject to strong degradations. The functioning of natural and restored vernal pools was studied, based on organic matter (OM) decomposition rates and the facilitation effect of a vascular plant (Molinia caerulea, purple-moor grass) on Sphagnum growth (Sphagnum palustre). The rates of OM decomposition in water were not different between natural and restored pools, but they were influenced by soil organic carbon content, tree canopy openness and Sphagnum cover. In the soil of the pool-forest transition zone, these rates were reduced by water logging and by a Molinia-Sphagnum cover. The presence of Molinia decreased Sphagnum growth, suggesting a competition relationship. The results of this study contribute to the restoration ecology of vernal pools and raise the question of their fate in the climate change context.