Les systèmes aquatiques continentaux sont des vecteurs majeurs du cycle global du carbone, recevant une quantité importante de carbone qu’ils émettent vers l’atmosphère et exportent aux océans. Nous caractérisons les concentrations et les transferts de toutes les formes carbonées à l’interface eau souterraine-ruisseau-atmosphère, dans un bassin versant de plaine, tempéré, forestier et sablonneux, où l’hydrologie se produit majoritairement au travers du drainage des eaux souterraines. Nous suivons différentes stations couvrant l’ensemble de la variabilité du bassin, depuis les eaux souterraines jusqu’à l’exutoire, avec des proportions variables d’occupation du sol. Le DOC est exporté majoritairement en périodes de crues alors que la même quantité de DIC est exportée entre périodes de crues et d’étiages. Le carbone terrestre dérivé des sols forestiers est la source principale de carbone dans les eaux superficielles et seulement 3% de la NEE est exportée. L’occupation du sol modifie localement les formes de carbone dans les ruisseaux mais à l’échelle du bassin la forêt prédomine. Nous quantifions le dégazage de CO2 en s’appuyant sur un bilan de masse isotopique. Environ 75% du dégazage total se produit dans les ruisseaux de premiers et de seconds ordres, qui se comportent comme des points chauds pour l’émission de CO2. Ce travail de thèse contribue à une meilleure définition du rôle des ruisseaux et des rivières dans le cycle global du carbone. De manière plus précise, il améliore les connaissances sur la proportion du pompage biologique de CO2 atmosphérique d’un écosystème qui est exportée vers le réseau hydrographique, ainsi que le devenir de ce carbone en aval. / Inland waters are a major component of the global carbon cycle. These systems receive a significant amount of carbon from aquatic and terrestrial sources. A part of this carbon is degassed in the atmosphere while another is exported to the oceans. We characterize the concentrations and transfers of all carbon forms at the groundwater-stream-atmosphere interface, in a temperate, forested and sandy lowland watershed, where hydrology occurs in majority through drainage of groundwater. We monitored contrasting study site representative of the diversity of the ecosystem, from groundwater to river mouth, with different proportion of land use. DOC is exported in majority during high flow periods whereas the same amount of DIC is exported between high and base flow periods.Terrestrial carbon that originates from soils forests is the major source of carbon in surface waters but only 3% of the NEE is exported. Land use modifies locally the different forms of carbon in streams but at the basin scale forests predominate. We quantify the degassing ofCO2 based on fairly well balanced isotopic mass balance. About 75% of the total degassing occurs in first and second order streams, which behave as hotspots for CO2 degassing. This work contributes to a better definition of the role of streams and rivers in the global carboncycle. Specifically, this work enhances understanding on the proportion of CO2 pumped byan ecosystem and then exported to the river system, as well as the fate of this carbon downstream.

Le gyre subpolaire de l'Atlantique Nord est le siège de la plus importante floraison (bloom) phytoplanctonique de l'océan global. Cet événement biologique majeur joue un rôle crucial sur le fonctionnement des écosystèmes océaniques et sur le cycle global du carbone. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les processus bio-physiques qui contrôlent la dynamique du bloom phytoplanctonique et l'export de carbone à différentes échelles spatio-temporelles. Dans une première étude, basée sur des données satellites climatologiques, le gyre subpolaire a été biorégionalisé en fonction des différents cycles annuels de biomasse phytoplanctonique. Les conditions de mélange, couplées à l’intensité de la lumière de surface, contrôlent l’initiation du bloom printanier au sein des différentes biorégions. La nouvelle génération de flotteurs BGC-Argo a permis, dans une deuxième étude, d’explorer des processus à des échelles plus fines, en particulier pendant la période hivernale jusqu’à présent très peu étudiée. En hiver, des restratifications intermittentes et locales de la couche de mélange, liées à des processus de sous-mésoéchelle, initient des blooms transitoires qui influencent la dynamique du bloom printanier. Enfin, une troisième étude a montré que la variabilité haute-fréquence de la profondeur de la couche de mélange pendant la transition hiver-printemps joue aussi un rôle crucial sur l’export de carbone. / The North Atlantic Subpolar Gyre exhibits the largest phytoplancton bloom of the global ocean. This major biological event plays a crucial role for the functioning of marine ecosystems and the global carbon cycle. The aim of this thesis is to better understand the bio-physical processes driving the dynamics of the phytoplankton bloom and carbon export at various spatiotemporal scales.In a first study, based on satellite data at a climatological scale, the subpolar gyre is bioregionalized according to distinct annual phytoplankton biomass cycles. The light-mixing regime controls the phytoplankton bloom dynamics in the different bioregions.In a second study, the new generation of BGC-Argo floats allowed for processes to be explored at a finer scale, especially during the overlooked winter season. In winter, intermittent and local restratifications of the mixed layer, triggered by sub-mesoscale processes, initiate transient winter blooms impacting the spring bloom dynamics.Finally, a third study showed how the high-frequency variability of the mixed layer depth during the winter-spring transition plays a crucial role on carbon export.