L’érosion et la redistribution des particules détachées représentent un enjeu environnemental, sociétal et économique majeur. Afin de mettre en place des mesures de protection, il est nécessaire d’identifier et quantifier les sources et puits de sédiments ainsi que leur dynamique spatiale et temporelle. L’objectif de cette thèse est donc de dresser le bilan sédimentaire d’un large bassin versant (Loire Bretagne, 155 000 km2) aux paysages contrastés. Sur les versants, les particules détachées issues des différentes sources (érosion diffuse, concentrée, mouvements de masse) représentent un apport de 1.5 * 107 t.an−1 (contribution respective au stock : 82.4%, 12.9%, 4.7%). La prise en compte de la distribution spatiale des processus mis en jeu dans le transfert particulaire et des caractéristiques du site d’étude (ruissellement par saturation en zone de plaine et présence de haies) dans un indice qualitatif permet d’évaluer la connectivité des versants. L’érosion de berge contribue également au stock sédimentaire à hauteur de 6.9 * 105 t.an−1. Au final, seuls 5% des particules détachées, toutes sources confondues, sont transportées jusqu’à l’exutoire du bassin versant et témoignent du fort taux de dépôt au sein du bassin. En parallèle, une valorisation de la base de données des éléments dissous permet de montrer l’importance des flux sédimentaires exportés sous forme dissoute (~ 90% des exports totaux). La représentation de l’ensemble de ces résultats à différentes résolutions spatiales permet de développer une approche qualitative du transfert particulaire et d'identifier les zones à risque. / Erosion and particles redistribution represent major environmental, societal and economic issues. To adopt protection measures, it is essential to identify and quantify sources and sinks of sediment and their spatial and temporal dynamic. The aim of this work is thus to establish a sediment budget for a large river basin (Loire and Brittany river basin 155,000 km2) with contrasted landscapes. On hillslopes, detached particles from the miscellaneous form of erosion (sheet and rill erosion, gullies and mass movements) represent a supply of 1.5 * 107 t.yr−1 (contribution to the stock of 82.4%, 12.9%, and 4.7% respectively). The consideration of the spatial distribution of processes involved in sediment transport and the characteristics of the study site (soil saturation and presence of hedgerows) in a qualitative landscape-based index allows us to assess the hillslope connectivity. Bank erosion also participates in the sediment budget with 6.9 * 105 t.yr−1 of material provided to the river network. In the end, only 5% of detached particles, from all sources of sediment, reach the basin outlet indicating a substantial deposition on the way from source to outlet. In parallel, the use of the database of dissolved elements allows us to highlight the importance of the dissolved sediment fluxes ( 90% of the total exports of the Loire river). The presentation of all results at different spatial scales permits to provide a qualitative approach of sediment source-to-sink transfers and to identify hotspots of erosion and transfers.

Dans le cadre du projet européen « Optimized Products for Elderly Populations (OPTIFEL) » (ou « produits optimisés pour des gens âgés »), des produits alimentaires sont conçus pour les besoins particuliers des personnes âgées. Puisque cette population est souvent mal-nourrie, l’objectif du projet consistait à produire des aliments riches en nutriments et appétants. Ce but a été mis en œuvre en enrichissant des produits à base de fruits et légumes avec des protéines, des minéraux et vitamines, dont la vitamine C et les folates. Cependant, les deux dernières vitamines sont connues pour être fragiles et pour être rapidement perdues lors du chauffage. Pour atteindre le but de la supplémentation, c’est-à-dire augmenter l’absorption des nutriments, l’étude de leur stabilité est d’une grande importance. Ce travail, en particulier, a été dédié à l’étude de la stabilité de la vitamine C et des folates lors du réchauffage des aliments. Le réchauffage des aliments nécessite de respecter une température minimum de 60°C afin d’éviter la croissance des bactéries sporulées. Une deuxième contrainte, qui se démarque des méthodes de cuisson, est la durée du maintien en température. Selon que le réchauffage se déroule à la maison ou dans un système de restauration collective en liaison chaude, le temps de réchauffage est de courte durée ou peut atteindre quelques heures. La pomme et la carotte ont été choisies en tant qu’exemple d’un fruit et un légume pour le projet OPTIFEL et aussi pour le travail présent. La pomme et la carotte sont des produits qui sont appréciés à travers l’Europe et contiennent des quantités naturelles négligeables en vitamine C et folates. La stabilité de la vitamine C a fait objet de nombreuses études dans la littérature. Cependant, les facteurs qui impactent sa stabilité ont été principalement examinés en solution modèle et leur importance respective dans un vrai aliment manque d’études. Bien que la disponibilité de l’oxygène ait un impact primordial, et qu’il soit connu que l’oxygène est soluble jusqu’à 100°C, sa disponibilité dans le milieu alimentaire est très mal connue pendant le chauffage à des températures intermédiaires. L’acide folique est un vitamère synthétique, qui est habituellement utilisé pour la supplémentation mais qui a l’inconvénient de pouvoir masquer un déficit en vitamine B12. C’est pourquoi le vitamère naturellement abondant, l’acide 5-méthyltétrahydrofolate, a été proposé comme alternative pour l’enrichissement. Son inconvénient majeur, outre le prix, est qu’il est fragile et se dégrade rapidement en l’absence de réducteurs. L’objectif de cette thèse de doctorat consistait à comprendre la stabilité de la vitamine C et de l’acide 5-méthyltétrafolique à des températures intermédiaires. Une attention particulière a été portée à la stabilité dans des matrices alimentaires et à la disponibilité de l’oxygène. Dans un premier temps, la stabilité de la vitamine C et de l’acide 5-méthyltétrahydrofolique a été étudiée à une échelle laboratoire. Ensuite, l’impact des différentes méthodes de réchauffage a été examiné. Le travail a été divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre a été consacré à l’étude de la stabilité de la vitamine C. Dans le deuxième chapitre, la disponibilité de l’oxygène a été étudiée. La troisième étude a été dédiée à la stabilité de l’acide 5-méthyltétrahydrofolique. Et dans le quatrième chapitre, trois méthodes de réchauffage ont été comparées. / The European project « Optimized Products for Elderly Populations (OPTIFEL) » was launched to ameliorate elderlies’ nutritional status. Since this population often suffers from malnutrition, it was envisaged to conceive food products based on fruit and vegetables, with a dense nutritive value. Therefore, products were enriched with important nutrients, among vitamin C and folates. To comply with the intention of supplementations consisting in an increased intake of nutrients, the study of their stability, especially of easy degradable molecules, is of utmost importance. The present work in particular, was dedicated to the stability of vitamin C and 5-methyltetrahydrofolate when food is warmed-up that is heated at an intermediate temperature range (60-80°C). It turned out that the deterioration pace of vitamin C is principally influenced by the filling volume of recipients on a lab-scale. A negligible effect was found for the food matrix meaning that products based on apples and carrots can interchangeably be used for fortifications. Concentration adaptions are easy to control as the degradation loss per time in the concentration range 2-5 mmol/kg, is independent of the initial concentration. Increasing temperature in the range 60-80°C, does not have an impact in a real food matrix either. The latter indicates that another factor, probably oxygen, becomes limiting as enhancing the supply of energy does not increase degradation rates anymore. Thus, by heating products at 80°C, the microbial safety margin can be increased while the nutritional value is kept as if heated at 60°C. From literature it is known that degradation at this temperature range only proceeds via the aerobic degradation pathway. It has been shown in the present work that in food products, the oxygen availability decreases down to anaerobic conditions, also near the surface, during heat treatments at 80°C while oxygen in model solutions stays abundant. Hence, the headspace gains in importance during long warm holding of real food products and dynamics of oxygen and ascorbic acid might determine degradation paces. However, oxygen is not alone responsible for the degradation initiation since ascorbic acid in ultrapure water does not degrade at 80°C during 8 h, even if oxygen is abundant during the whole length of time. An additional trigger, as Fe3+ ions or maybe also other constituents in food matrices, must be present. An interaction between oxygen and the trigger might result in the generation of reactive oxygen species that finally deteriorate the vitamin. For complete stabilization of 5-methyltetrahydrofolate, the amount of ascorbic acid is crucial in contrast to the food matrix that is used for supplementation. The protective effect of ascorbic acid is however time-limited even if it remains in excess. The duration of complete stability can be prolonged by increasing the initial ascorbic acid concentration. Heat treatments under real conditions that is when food products are warmed-up by a microwave, an Actifry ® device or held warm by a water bath, lead to minor to negligible vitamin losses. These are good news for the project since the vitamin amount that is added, is preserved during warming-up of products and must not be controlled. The results indicate the complexity of vitamin degradation since the stability depends crucially on the experimental set-up. It can be concluded that predictive modeling should be performed under real conditions. Vitamin C and 5-methyltetrahydrofolate, which are generally referred to be very susceptible to oxygen and heat, are fairly stable under reheating conditions in real food products.

Aucune étude physicochimique majeure des eaux du fleuve Chari n’a été réalisée malgré le fait que depuis l’indépendance du Tchad (1960), quelques usines agroalimentaires, des hôpitaux, des usines textiles, des abattoirs… se soient installés sur ses rives. Les résultats des analyses obtenus après un suivi de 2008 à 2010 ont montré la présence des métaux traces dans le Chari. Sur l’ensemble des échantillonnages d’eau analysés, le fer est l’élément métallique majeur devant le manganèse, le zinc et le nickel. Ces résultats varient en fonction des périodes de prélèvement (saison des pluies ou saison sèche). La plupart des valeurs obtenues dépassent largement les seuils acceptables selon les recommandations de l’OMS. La présence des métaux traces dans le Chari résulte aussi bien du processus naturel que de l’activité humaine. Bien que les concentrations de Ni, Cr, Co, Mn et Zn ne soient pas aussi élevées que celle du fer, le profil de répartition de ces éléments entre les différents sites montre une certaine similarité. Les valeurs moyennes de pH indiquent que les effluents ont un caractère légèrement alcalin, tandis que celles relatives à l’oxygène dissous sont satisfaisantes. De ce fait, les eaux du Chari sont impropres, du point de vue physicochimique voire potentiellement dangereuse pour la santé environnementale et humaine. La lutte contre les pollutions doit être entreprise le plus précocement possible / No physicochemical major study of water of the Chari river was carried out in spite of the fact that since the independence of Chad (1960), some food agro factories, hospitals, textile factories, slaughter-houses… were installed on its banks. Also, this work aims to the “contribution to the analytical study of the pollutants (particularly heavy metals) in waters of the Chari river crossing the town of N’Djamena” using the suitable chemical techniques. The results of the analyses obtains after a follow-up from 2008 to 2010 showed the presence of trace metals in the Chari river. On the whole of analyzed water samplings, iron is the major metal element in front of manganese, zinc and nickel. These results vary according to the periods of taking away( rainy season or dry season). The majority of the values obtained largely exceed the acceptable thresholds according to recommendations of WHO. The presence of trace metals in the Chari river results as well from the natural process as of human activity. Although the concentrations of Ni, Cr, Co, Mn, Cu and Zn are not as high as those of iron, the profile of distribution of these elements between the various sites shows a certain similarity. The average values of pH indicate that the effluents are slightly alkaline, while those relating to dissolved oxygen are satisfactory. So the waters of Chari are unsuitable, from the physicochemical point of view, even potentially dangerous for environmental and human health. The control of pollution must be undertaken the most preciously as possible

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Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'Arctique se réchauffe rapidement, et les lacs de ces régions sont typiquement décrits comme étant très sensibles aux variations environnementales. Cependant, les données physicochimiques sous forme de profils ou de séries temporelles sont rares, en particulier dans les régions les plus nordiques, et peu d'attention a été accordée à la période sous glace. Cette thèse se compose de trois chapitres visant à mieux comprendre la dynamique des lacs de l'Arctique face aux changements climatiques, en se penchant sur la dynamique de l'oxygène et les processus biogéochimiques impliqués. Le premier chapitre se penche sur quatre lacs côtiers de l'île d'Ellesmere. Des profils physicochimiques ont été mesurés dans ces lacs avant la fonte printanière sur trois années consécutives. Malgré leur proximité géographique, ces lacs présentaient des différences majeures en termes de propriétés limnologiques. Les lacs moins profonds, et situés plus proches de l'océan étaient pauvres en oxygène, tandis que les lacs plus profonds et plus éloignés étaient mieux oxygénés. En association avec la déplétion en oxygène dans les lacs peu profonds, des gradients verticaux prononcés en ions, métaux et éléments nutritifs ont été observés, indiquant des processus microbiens anaérobies importants. Ces résultats suggéraient que les caractéristiques biogéochimiques étaient davantage influencées par la morphologie du lac que par leur position le long du gradient océan-intérieur. Le deuxième chapitre est une revue systématique des connaissances sur la dynamique de l'oxygène dissous dans les lacs arctiques. Des données de 167 sites sur 76 ans, incluant 40 sites avec des séries temporelles ont été recueillies pour réaliser une méta-analyse. Les résultats ont montré que les lacs peu profonds situés au sud du gradient latitudinal étaient plus susceptibles d'avoir des concentrations d'oxygène faibles, et que les lacs méromictiques étaient situés vers le nord du gradient. Un modèle conceptuel a été développé pour expliquer les mécanismes derrière les variations de la dynamique d'oxygène en réponse aux pressions climatiques. Cette étude met en évidence la nécessité d'une surveillance continue de l'oxygène dissous dans les lacs arctiques, et suggère des efforts de modélisation pour mieux comprendre les répercussions des changements climatiques. Le troisième chapitre se penche sur la dynamique de l'oxygène et de la température dans un lac du Haut-Arctique sur trois cycles annuels complets. Les variations interannuelles ont révélé que ce lac est sensible aux changements de nature climatiques. Les étés plus chauds ont entraîné des concentrations d'oxygène élevées dans les eaux libres de glace et une stratification thermique, tandis que l'été le plus froid a provoqué une anoxie persistante dans les eaux de fond. Ces résultats indiquent que de légères variations climatiques peuvent entraîner des trajectoires différentes pour les lacs de l'Extrême-Arctique, avec des conséquences majeures pour les processus biogéochimiques. Cela souligne également l'importance de ces écosystèmes en tant qu'indicateurs des changements environnementaux globaux. Dans son ensemble, cette thèse montre que les lacs du Haut-Arctique sont sensibles aux changements climatiques et souligne l'importance de surveiller de près ces écosystèmes en transition. Ce projet fournit également des recommandations pour de futures études et met en évidence la nécessité de mieux comprendre les processus limnologiques dans l'Arctique pour prédire les répercussions des changements climatiques. / The Arctic is warming rapidly, and lakes in these regions are typically very sensitive to environmental variations. However, physicochemical data in the form of profiles or time series are rare, particularly in the northernmost regions, and little attention has been paid to the ice-covered period. This thesis consists of three chapters aiming for a better understanding of the dynamics of Arctic lakes in the face of climate change, with a focus on oxygen dynamics and the biogeochemical processes involved. In the first chapter, we studied four coastal lakes on Ellesmere Island. Physicochemical profiles were measured in these lakes before spring melt over three consecutive years. Despite their proximity to each other, these lakes presented major differences in terms of limnological properties. Shallower lakes located closer to the ocean were oxygen depleted, while deeper and more inland lakes were well oxygenated. In association with oxygen depletion in shallow lakes, pronounced vertical gradients in ions, metals and nutrients were observed, indicating significant anaerobic microbial processes. These results suggested that biogeochemical characteristics were more influenced by lake morphology than by their position along the ocean-inland gradient. The second chapter is a systematic review of knowledge about oxygen dynamics in Arctic lakes. Data from 167 sites over 76 years, including 40 sites with time series, were collected to perform a meta-analysis. The results showed that shallow lakes located south of the latitudinal gradient were more likely to have low oxygen concentrations, and that meromictic lakes were located toward the north of the gradient. A conceptual model was developed to explain the mechanisms behind variations in oxygen dynamics in response to climatic pressures. This study highlights the need for continued monitoring of dissolved oxygen in Arctic lakes, and suggests modelling efforts to better understand the impacts of climate change. The third chapter looks at the dynamics of oxygen and temperature in a High Arctic lake over three complete annual cycles. Interannual variations revealed that this lake is sensitive to climatic variables. Warmer summers led to elevated oxygen concentrations in ice-free waters and thermal stratification, while the colder summer caused persistent anoxia in bottom waters. These results indicate that small climatic variations can lead to different trajectories for High Arctic lakes, with major consequences for biogeochemical processes. They also highlight the importance of these ecosystems as indicators of global environmental changes. This thesis shows that High Arctic lakes are sensitive to climate change and highlights the importance of closely monitoring these transitioning ecosystems. This project also provides recommendations for future studies and highlights the need to better understand limnological processes in the Arctic to predict the impacts of climate change.

Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales. / A remote sensing approach to estimate carbon stocks in the millions of boreal lakes is highly desirable to improve our understanding of carbon cycles. Lakes carbon content is often correlated to colored dissolved organic matter (CDOM) content, which is visible from space. Meanwhile, current sensors offer limited radiometry and spatial resolution in regard to boreal lakes opacity and size. Landsat 8, launched in February 2013, offers improved radiometry and spatial resolution, and will provide large-scale coverage of boreal regions. Limnologists gathered years of field campaigns in the boreal regions for which a clear Landsat 8 image will be available. Yet the possibility to combine legacy field data with new satellite imagery has not been assessed yet. Furthermore, the different strategies to select and combine timely repeated lakes measurements in the field and on the satellite have not been assessed either. In this study, we address the opportunities and limits to combine legacy field data with new satellite imagery to develop CDOM predictive models. Methods are based on field data from Quebec collected in 53 boreal lakes and 10 satellite images acquired with the prototype of Landsat 8. Delays between field campaigns and satellite overpasses varied from 1 month to 6 years. Results show that a CDOM predictive model based on existing field data compares favorably with models based on carefully coordinated field campaigns. The quality of the model does not improve by adding repeat measurements in the field and on the satellite, or by using atmospherically corrected images. Two images from different sites show different distributions of lakes dissolved organic carbon concentrations and volumes, but the total dissolved organic carbon storage per landscape unit in the two sites are in the same range. Additional work to link satellite data to lakes sediments carbon content is needed to refine the global carbon budget in the boreal regions.

Les rejets d’argent (Ag) dans l’environnement liés à l’exploitation minière aux diverses applications industrielles (e.g. bijouterie, médecine, photographie, électronique et plus récemment les nanotechnologies) font de Ag un polluant historique et émergent, dont les transferts et les effets dans les milieux aquatiques sont largement sous-documentés. Ce travail présente un premier bilan des sources, du transfert et de la bioaccumulation de Ag dans le système fluvio-estuarien de la Gironde. Le continuum Lot-Garonne-Gironde, connu pour une pollution polymétallique (e.g. Cd, Zn) provenant du bassin de Decazeville, est un système modèle pour l’étude des transferts métalliques du continent à l’océan. Les enregistrements des signaux historiques (~50 ans) de Ag dans les sédiments du Lot en amont (Ag : 0,3 mg/kg) et en aval (Ag : jusqu’à 7 mg/kg) du bassin de Decazeville sont similaires à ceux de Cd, indiquant des sources et des processus de transport/dépôt communs liés à l’histoire minière et industrielle jusqu’en 1986. Le lessivage et l’érosion actuels des terrils provoquent localement des concentrations en Ag particulaire (AgP : 260 mg/kg) et dissous (AgD : 1260 ng/l) dans la rivière Riou-Mort qui sont 2 à 3 ordres de grandeur supérieures aux valeurs typiques. Malgré ces fortes concentrations, la contribution du Riou-Mort aux flux de Ag de la Garonne (AgD : 0,008 à 0,041 t/an ; AgP : 0,306 à 2,44 t/an ; 1999-2009) reste faible (AgP : <11% ; AgD : <6%). La Garonne transporte l’essentiel (63-83%) des apports en Ag à l’estuaire principalement sous forme particulaire (96±2%). La détermination du bruit de fond géochimique régional (AgP/ThP=0,026) a permis d’évaluer (i) la contribution naturelle (20% à 65%) aux flux totaux en AgP et (ii) les flux anthropiques spécifiques de AgP (15±10 g/km²/an et 0,24±0,16 g/hab/an) à l’échelle du bassin versant de la Garonne (La Réole). Dans l’estuaire salin, la désorption par les ions chlorures libère ~60% de AgP vers la colonne d’eau (addition), provoquant des concentrations maximales en AgD (6-8 ng/l) à salinité 15-25. La fraction en Ag désorbé correspond à la fraction potentiellement biodisponible ou réactive (i.e. extractible par HCl 1 M). Ainsi, les premières estimations des flux nets indiquent que l’export annuel de Ag vers le domaine côtier est à 50-80% lié à la phase dissoute (0,64 à 0,89 t/an en 2008 et 0,56 à 0,77 t/an en 2009). Bien que plus biodisponible sous forme ionique Ag+ (dominante en eau douce), l’accumulation de Ag dans les organismes estuariens (huîtres, crevettes et anguilles) reflète la pression d’exposition supérieure en eau saumâtre. L’exposition in situ d’anguilles européennes, espèce recommandée pour la biosurveillance du milieu dans le cadre de la Directive Cadre sur l’Eau, dans des cages à différents sites clé de l’estuaire pendant 3 mois, a mis en évidence les voies directes et trophiques de la contamination en Ag à des niveaux de contamination environnementaux. L’enregistrement historique de la contamination en Ag des huîtres de la Gironde (1979-2007, RNO, Ifremer) indique que le bassin de Decazeville a été la source majoritaire en Ag jusqu’en ~1988. Cependant, l’accumulation maximale de Ag dans ces bivalves après 1993 (de ~40 à plus de 100 mg/kg, poids sec) révèle une contribution croissante de sources additionnelles et contemporaines en Ag comme la photographie, l’ensemencement des nuages (30 à 63 kg/an) ou encore les rejets des eaux usées urbaines de Toulouse et de Bordeaux (42 et 57 kg/an). Ce travail constitue une base nécessaire à l’étude des rejets du cycle de Ag (y compris les nanoparticules) dans le milieu aquatique (quantification, transfert et toxicité) et des risques associés. / Silver (Ag) emissions into the environment from former mining activities and various industrial applications (e.g. jewellery, medicine, photography, electronic products and more recently nanotechnology) make Ag both a historic and an emergent pollutant for which information on its transfer and toxicity in aquatic system are scarce. This work provides a first assessment of Ag sources, transfer and bioaccumulation in the Gironde fluvial-estuarine system. The Lot-Garonne-Gironde River continuum, known for its polymetallic pollution (e.g. Cd, Zn) derived from the Decazeville basin, is a model system for studies on metal transfer from watersheds to the ocean. The relationship between historical records (~50 years) of Ag concentrations in sediment cores from the Lot River, upstream (Ag: 0.3 mg/kg) and downstream (Ag: up to 7 mg/kg) of the Decazeville basin and those of Cd constitutes evidence of a common source and transport/settlement processes due to industrial activities until 1986. High particulate Ag (AgP: 260 mg/kg) and dissolved Ag (AgD: 1,260 ng/l) concentrations in the Riou-Mort River were attributed to current leaching and erosion of slag heaps by rainwater. Those concentrations were 2 to 3 orders of magnitude greater than typical values in the Gironde watershed. However, the Riou-Mort River contribution to the Garonne River Ag fluxes (AgD: 0.008-0.041 t/a; AgP: 0.306-2.44 t/an; 1999-2009) remained low (AgP: <11%; AgD: <6%). The Garonne River provided the quasi totality (63-83%) of Ag inputs to the estuary, mainly in its particulate form (96±2%). The regional geochemical background (AgP/ThP=0.026) was useful to estimate (i) the natural contribution (20-65%) to total AgP fluxes and (ii) the anthropogenic specific fluxes of AgP (15±10 g/km²/a and 0.24±0.16 g/hab/a) in the Garonne watershed (La Réole). In the estuarine salinity, chloro-complexation desorbed ~60% of AgP, causing maximalum AgD concentrations (6-8 ng/l) at salinity 15-25 (addition to the dissolved phase). This quantity was similar to the potentially bioavailable or reactive fraction (i.e. extracted by HCl 1 M). The first estimations of net fluxes suggested that 50-80% of the Ag annual export to the coast occurred in the dissolved phase (0.64-0.89 t/a in 2008 and 0.56-0.77 t/a in 2009). Even if the ionic form Ag+ (the main form in freshwater) is considered as the most bioavailable form, Ag accumulation in estuarine organisms (oysters, shrimps and eels) reflected the higher exposition pressure in brackish water. In-situ caging of European Eels (recommended species for the biosurvey of aquatic systems; European Water Framework Directive) in key sites of the Gironde Estuary during 3 months, highlighted the direct and trophic pathways of Ag contamination at the environmental level. The historical record of Ag contamination of the Gironde Estuary oysters (1979-2007, French Mussel Watch, RNO) indicated that the Decazeville basin was a major Ag source until ~1988. However, the maximum Ag accumulation in oysters after 1993 (from ~40 to more than 100 mg/kg, dry weight) suggested an increasing contribution of additional and contemporary Ag sources like photography, cloud seeding (30-63 kg/a) or Toulouse and Bordeaux wastewater effluents (42-57 kg/a). This work is a basis for future work on Ag (including nanoparticles) cycles and related risks in aquatic systems (quantification, transfer and toxicity).

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales. / A remote sensing approach to estimate carbon stocks in the millions of boreal lakes is highly desirable to improve our understanding of carbon cycles. Lakes carbon content is often correlated to colored dissolved organic matter (CDOM) content, which is visible from space. Meanwhile, current sensors offer limited radiometry and spatial resolution in regard to boreal lakes opacity and size. Landsat 8, launched in February 2013, offers improved radiometry and spatial resolution, and will provide large-scale coverage of boreal regions. Limnologists gathered years of field campaigns in the boreal regions for which a clear Landsat 8 image will be available. Yet the possibility to combine legacy field data with new satellite imagery has not been assessed yet. Furthermore, the different strategies to select and combine timely repeated lakes measurements in the field and on the satellite have not been assessed either. In this study, we address the opportunities and limits to combine legacy field data with new satellite imagery to develop CDOM predictive models. Methods are based on field data from Quebec collected in 53 boreal lakes and 10 satellite images acquired with the prototype of Landsat 8. Delays between field campaigns and satellite overpasses varied from 1 month to 6 years. Results show that a CDOM predictive model based on existing field data compares favorably with models based on carefully coordinated field campaigns. The quality of the model does not improve by adding repeat measurements in the field and on the satellite, or by using atmospherically corrected images. Two images from different sites show different distributions of lakes dissolved organic carbon concentrations and volumes, but the total dissolved organic carbon storage per landscape unit in the two sites are in the same range. Additional work to link satellite data to lakes sediments carbon content is needed to refine the global carbon budget in the boreal regions.

La Baie de Marennes Oléron, première zone Européenne d’ostréiculture, est exposée aux apports de contaminants métalliques provenant de la Charente et la Seudre, dont les apports en eau et particules se font directement dans la baie, mais également par la Gironde dont les apports sont indirects et tributaires des forçages hydrologiques et météorologiques. Un réseau de surveillance (2006-2007) a été mis en place sur le fleuve Charente et sur la Seudre afin de déterminer leurs flux bruts métalliques dissous (<0,2µm) et particulaires. En raison d’un faible débit moyen annuel, les flux métalliques de la Seudre sont négligeables. En Charente, les concentrations dissoutes et particulaires en Cd et Cu sont semblables ou supérieurs à celles de la Garonne, représentant des flux spécifiques supérieurs à ceux de la Garonne. La réactivité des ETM dans les estuaires de la Gironde et de la Charente, dans la zone littorale et dans la Baie de Marennes Oléron a été documentée à partir d’une vingtaine de campagnes océanographiques et d’un suivi mensuel (2007) sur la partie sud de la Baie de Marennes Oléron. En Gironde, les concentrations dissoutes totales en Cd, V et U le long des gradients turbides et salins sont représentées essentiellement (>90%) par la fraction labile. En revanche, 30-70% de Co dissous et 50-60% de Cu dissous sont fortement complexés. Les 15 campagnes sur l’estuaire de la Gironde en conditions hydrologiques et saisonnières très contrastées ont permis de documenter la distribution et la spéciation des ETM et de proposer un modèle de calcul des flux nets annuels dissous des ETM exportés en zone littorale. En couplant des mesures ADCP à des prélèvements géochimiques à l’embouchure de la Gironde pendant un cycle tidal et pour différentes conditions hydrologiques, nous avons déterminé les flux résiduels en ETM particulaires au cours d’un cycle tidal. La mise en relation de ces résultats avec un modèle hydro-sédimentaire a permis d’estimer les flux nets en ETM particulaires de la Gironde pour l’année 2007. Pour tracer le transfert des particules de la Gironde dans la Baie de Marennes Oléron nous avons utilisé les rapports élémentaires de la fraction résiduelle des particules et analysé le panache turbide de la Gironde par imagerie satellite. Ces deux approches indépendantes suggèrent que 50% à 75% de la masse totale de MES véhiculées annuellement dans la baie proviennent de la Gironde et transitent majoritairement par le Pertuis de Maumusson. Les résultats inédits obtenus à partir des mesures in situ et d’expérimentations de désorption ont permis de proposer un bilan annuel des flux métalliques des différentes formes de Cd et Cu intégrant la Baie de Marennes Oléron. Près de 61% des apports totaux en Cd dans la Baie de Marennes Oléron sont issus des apports dissous de la Charente alors que 60% des apports totaux en Cu sont représentés par le transfert de particules de la Gironde. / The Marennes-Oléron Bay, Europe’s major oyster production zone, receives direct particle and water inputs by the Charente and the Seudre Rivers. The bay is also indirectly influenced by inputs from the Gironde Estuary, depending on hydrological and meteorological forcing. Fluvial trace metal inputs via the Charente and Seudre Rivers were evaluated during 2006-2007. Trace metal fluxes in the Seudre River were negligible due to its low mean annual freshwater discharge. Dissolved (<0.2µm) and particulate Cd and Cu concentrations and specific fluxes in the Charente River were similar or higher than those in the Garonne River. The reactivity of trace metals in the Gironde/Charente Estuaries, in the coastal zone and in the Marennes-Oléron Bay was investigated by 20 oceanographic campaigns and by a monthly monitoring (2007) of the Southern Marennes-Oléron Bay. The major parts (>90%) of total dissolved Cd, V and U concentrations along the turbidity and the salinity gradients were present in the labile fraction. In contrast, 30-70% of dissolved Co concentrations and 50-60% of dissolved Cu were strongly-bound to dissolved complexes. Based on 15 dissolved trace metal profiles, we evaluated the variability of dissolved trace metal distributions and speciation in the Gironde Estuary and proposed an empirical model for the estimation of dissolved trace metal annual net fluxes exported to the coastal ocean. Coupling ADCP measurements with geochemical data obtained at the Gironde Estuary mouth during entire tidal cycles and for contrasting conditions, we determined the residual particulate trace metal daily net fluxes. Comparison of our results with a hydro-sedimentary model allowed estimating the particulate trace metal net fluxes of the Gironde Estuary at the annual scale for 2007. Characteristic trace metal ratios in the residual particulate fraction of SPM and sediment were identified to trace particle transfer from the Gironde to the Marennes-Oléron Bay. This approach and the study of the shape of the turbid plume by satellite imaging suggest that the Gironde Estuary contributes 50-75% of the total annual SPM inputs into the bay via the Maumusson inlet. Based on these original results and combining in situ measurements and desorption experiments we proposed an annual budget of Cd and Cu fluxes into the Marennes-Oléron Bay. Dissolved Cd fluxes of the Charente Estuary accounted for ~61% of the total Cd inputs into the Marennes Oléron Bay, while ~60% of the total Cu inputs were transported by the particles from the Gironde Estuary.