Les zones humides naturelles méditerranéennes sont des écosystèmes rares et vulnérables souvent altérés par les pollutions des milieux adjacents. Le développement de zones humides artificielles (ZHA) servant au traitement secondaire des pollutions permettrait de limiter l’impact des activités industrielles sur les milieux naturels. Pour végétaliser ces ZHA et tolérer les contraintes du climat méditerranéen, l’utilisation d’espèces végétales locales éco-adaptées est recommandée. Toutefois ce type de ZHA, utilisant des plantes locales méditerranéennes, a fait l’objet d’un nombre restreint de travaux. Les objectifs de cette thèse sont donc : - de suivre la biocénose implantée et spontanée d’une ZHA pour évaluer la mise en place de ce nouvel écosystème (suivis floristique, faunistique et phytoplanctonique),- d’évaluer ses fonctionnalités et son efficacité épuratoire (suivis physico-chimique et biologique),- de questionner la pérennité de tels systèmes dans une contexte de changements globaux, notamment climatique. Les résultats montrent qu’un nombre restreint d’espèces végétales locales sélectionnées peut permettre la création d’un nouvel écosystème fonctionnel et durable qui soutient l’enjeu de biodiversité, tout en améliorant le traitement des effluents rejetés par le bassin industrialisé. Ces travaux valident l’intérêt des ZHA à hélophytes locales en méditerranée pour traiter les pollutions de bassins versants industrialisés mais un effort de recherche reste à faire pour adapter la conception aux spécificités des sites dans une véritable démarche d’ingénierie écologique. / Natural wetlands in Mediterranean areas are rare and vulnerable ecosystems, frequently impacted by various pollutants from nearby environments. In order to decrease industrial activities lethal effects on natural areas, constructed wetlands (CWs) are an interesting opportunity to remediate their pre-treated wastewaters. Such CWs would take advantage with using local plant species, well adapted to Mediterranean climate’s rigors. Nevertheless, CWs planted with Mediterranean plant species are still scarce and poorly studied. Aims of this thesis are thus:• to follow up on planted and adventive biocœnosis of a CW (flora, fauna and phytoplankton), in order to assess a novel ecosystem settlement,• to get better knowledge on its functions and remediation efficiency (physico-chemical and biological parameters),• to question durability of such techno-ecosystems in a context of global changes (with focus on climate).Main result let us know that it only takes a few local plant species, wisely chosen, to allow the settlement of a sustainable and fully functional ecosystem, supporting biodiversity stakes while increasing the remediation of pre-treated wastewaters collected from industrialized catchment. This work assess CWs planted with local helophytes as a powerful tool to treat industrialized catchment wastewaters in Mediterranean area, but researches are still needed to fit each design with each site characteristics, following a sustainable ecological engineering approach.

Ce travail de thèse concerne l'étude des effets de l'humidité sur la réponse au cisaillement d'un milieu granulaire. La contrainte de cisaillement évolue d'un comportement "bruité" en passant par un comportement de "stick-slip" pour revenir au comportement "bruité" lorsque le taux d'humidité augmente. Une étude des maxima et de l'amplitude des fluctuations de la contrainte de cisaillement a été faite à fin d'analyser les états statiques et dynamiques pendant le cisaillement. L'augmentation de la valeur moyenne des maxima de contrainte de cisaillement avec le taux d'humidité est rapprochée du modèle proposé par Halsey et Levine dans le cas statique. Dans le cas dynamique, l'étude de l'amplitude des fluctuations de la contrainte de cisaillement fait apparaître trois états correspondant à des quantités croissantes d'eau dans le système : un état granulaire, un état corrélé et un état viscoplastique pour reprendre une terminologie introduite par Tegzes. Un modèle de cohésion a été étudié numériquement par la méthode de la dynamique moléculaire sur un système à deux dimensions ; ce modèle permet de comprendre la dynamique de la bande de cisaillement. Nous avons aussi démontré expérimentalement que l'humidité ne conduit pas seulement à un effet spatial mais aussi à des effets temporels (vieillissement).

Les microsystèmes regroupent sur un même substrat des fonctions électroniques, mécaniques, optiques, chimiques ou biologiques et sont fabriqués par les procédés de la microélectronique. Leurs particularités géométriques les rendent extrêmement sensibles aux forces de surfaces qui peuvent conduire à leur collage définitif, notamment lors de l'étape de libération. Cette thèse porte sur la compréhension de ce phénomène. Pour cela une mesure des forces d'adh´esions entre deux surfaces de silicium en milieu liquide a été entreprise à l'aide d'un appareil de mesure des forces de surface et à l'aide de microstructures. L'impact de la tension de surface de différents liquides sur l'adhésion a été étudié. L'étude de la rugosification du silicium par gravure humide, caractérisée par microscope à force atomique ; et l'impact cette rugosité sur l'adhésion a également été menée. Enfin, un procédé industriel original de libération par voie humide sans démouillage des substrats a été développé.

Les présents travaux ont tenté de répondre à la double problématique des excès de phosphore (P) et de matières organiques (MO) présents dans les eaux du lac de Ribou à Cholet, Maine-et-Loire, France et donc 50% sont avérés être d'origine anthropique. Nos travaux ont permis dans un premier temps de diagnostiquer les conséquences de ces excès de polluants à travers la réalisation d'inventaires floristiques qui ont montré qu'un ensemble caractéristique de macrophytes et dénommé Phalaridae (comprenant notamment la baldingère encore appelée faux roseau) démontrait la forte pollution du milieu d'étude. Les inventaires nous ont aussi permis de proposer des espèces autochtones comme potentiellement intéressantes pour l'aménagement de zones humides plantées, solution de restauration pour l'épuration du milieu. Ensuite, l'étude s'est focalisée sur la composition chimique et microbiologique des biofilms épiphytiques (biofilms portés par les macrophytes inventoriés et présents au niveau de leur partie aérienne imergée) présents in situ. Cette approche a permis d'établir un diagnostic du milieu en mettant en avant le biofilm épiphytique comme procédé d'épuration des excès de P et de MO, mais aussi d'avancer, pour la première fois, le biofilm épiphytique comme bioindicateur de qualité d'une eau de retenue. Les outils mis en œuvre notamment pour l'étude de la composition chimique des biofilms furent : la fluorimétrie 3D, le COT mètre, la pyrolyse CG-SM, l'ICP-OES et le MEB/EDX. Des analyses complémentaires par ACP (analyses en composantes principales) ont permis de mieux visualiser les corrélations entre les différents paramètres physico-chimiques des eaux. Enfin des essais de dépollution en laboratoire ont permis la mise au point d'un nouveau bioréacteur à biofilm (BRB) qui sera utile dans l'avenir pour mener des études sur la biodégradabilité des micropolluants classiques des eaux naturelles : pesticides, nitrates, métaux lourds et aborder les micropolluants émergents tels les cyanotoxines, les drogues et médicaments humains et les médicaments vétérinaires.

Le phénomène de gels et d'émulsions de blow-by a été étudié à travers des essais sur banc et des travaux de modélisation. Physiquement, ces phénomènes se ramènent au changement d'état de la vapeur d'eau présent dans un gaz incondensable et en présence de particules ou de film d'huile. Pour les conditions chaudes, la condensation prédomine. Ce phénomène mérite une attention car les condensats sont susceptibles de s'accumuler puis de cristalliser (changement de direction du tube, changement de géométrie...). Les condensats peuvent se mélanger avec l'huile pour donner une émulsion visqueuse capable de boucher partiellement les tubes. Pour les conditions froides, la formation de givre est privilégiée. Il s'agit d'une matrice de glace poreuse qui bouche progressivement la conduite jusqu'à l'obturation totale. En présence d'huile, le givre piège les particules sous forme d'incrustation sans entrainer une modification des phénomènes observés. Pour les conditions intermédiaires, les condensats, le givre et la glace coexistent à l'intérieur des tubes. Ce phénomène entraine une brusque montée en pression. En présence d'huile, le condensat liquide qui se trouve le plus souvent en amont du tube est remplacé par de l'émulsion et cristallise après un certain temps de contact. La mobilité de l'eau et la position des bouchons ont été utilisées pour décrire les différents phénomènes observés. Ces deux paramètres peuvent être corrélés avec les conditions opératoires ainsi que d'autres paramètres liés aux phénomènes de transfert thermique. Ce sont le débit de condensation et le profil de température de paroi interne des tubes. Des corrélations des coefficients de transferts et des enthalpies échangées ont permis de constater l'influence des différents paramètres et les phénomènes de transfert thermique mis en jeu. Les phénomènes de transfert à l'intérieur des tubes peuvent être modélisés en se servant de l'analogie entre le transfert de masse et le transfert de chaleur et en introduisant le concept de formation de brouillard ou de stabilisation isothermique du gaz sursaturé qui se forme. Le risque de bouchon et les phénomènes prépondérants peuvent être prédits à partir des résultats de modélisation thermique en utilisant le débit de condensation et les températures de paroi maximale et minimale comme critère.

Ce travail de thèse porte sur la conception et la réalisation de capteurs optiques ultracompacts et sensibles utilisant le mode d'interrogation en intensité pour la détection d'analytes chimiques et biologiques. Deux approches, l'intégration hybride et l'intégration monolithique, ont été explorées durant cette thèse. Après un descriptif des outils d'analyse et de conception de guides d'onde et de micro résonateurs en anneaux, le manuscrit présente l'intégration hybride d'un laser Fabry-Perot en semiconducteur III-V avec un résonateur en anneau basé sur du matériau SOI. Le laser Fabry-Perot à faible coût fonctionnant en multimode longitudinal a été utilisé comme peigne de référence pour le résonateur en anneau en contact avec un échantillon liquide. L'effet Vernier a été implanté dans le système de détection en utilisant le mode d'interrogation en intensité. La largeur spectrale étroite du laser avec sa densité de puissance élevée ont permis d'obtenir un capteur de plus haute sensitivité en comparaison avec le capteur en double anneaux réalisé précédemment. Une étude numérique d'un capteur composé d'un laser Fabry-Perot et deux résonateurs en anneaux permettant de compenser la fluctuation de température a été ensuite présentée. Concernant l'intégration monolithique, l'interface entre oxyde et non-oxyde après l'oxydation de AlGaAs a été étudiée au Central de Technologies du LPN/CNRS. Un phénomène d'oxydation verticale de GaAs ou AlGaAs avec une faible teneur en aluminium activée par une couche voisine oxydée de AlGaAs avec une forte teneur en aluminium a été identifié expérimentalement. Afin de limiter l'oxydation verticale et de réduire la rugosité des interfaces, des guides d'onde basés respectivement sur une structure intégrant un super-réseau et sur une structure standard ont été fabriqués et caractérisés. L'impact de l'hydrogène sur l'activation du processus d'oxydation de GaAs ou AlGaAs avec une faible teneur en Al a été mis en évidence. Enfin, ce manuscrit décrit la réalisation et la caractérisation d'un laser Fabry-Perot fonctionnant en mode TM. Ce laser constitue une brique important vers l'intégration monolithique d'un capteur extrêmement sensible.

Compte tenu des propriétés spécifiques de l'Alfa, de son haut potentiel fibreux, des conditions de sa production et de sa transformation très écologiques, nous nous sommes proposés de mener une étude ayant pour objectif l'extraction des fibres cellulosiques à partir de la plante en vue d'applications textiles. L'extraction est conduite suivant différentes voies : mécanique, classique à la soude et enzymatique. A la lumière des différentes caractéristiques de ces fibres issues des différents procédés d'extraction, nous avons établi des corrélations entre la structure et les propriétés des fibres cellulosiques obtenues. Les fibres 1, 2 et 3 issues de différentes extractions ont fait l'objet d'une étude comparative dans le but d'évaluer au mieux, d'une part, leurs caractéristiques physico-chimiques (finesse et longueur, densité, MEB, FTIR-ATR, diffraction aux rayons X, comportement au mouillage et énergie de surface, taux de reprise, cinétique d'absorption-désorption...) et leurs propriétés mécaniques, d'autre part. L'efficacité de chaque traitement a été approuvée par l'élimination progressive des composants non cellulosiques et l'obtention de fibres longues prêtes à être intégrées dans le processus de transformation textile. Dans un second temps, nous avons produit des fils par le procédé conventionnel anneau- curseur afin d'obtenir une structure organisée et homogène. Ainsi, le potentiel textile des fibres d'Alfa a été confirmé. Afin de valoriser les fibres très courtes, nous les avons mises en solution dans un solvant écologique : le NMMO. La solution concentrée est extrudée à travers une filière selon le procédé de filage humide appliqué aux fibres Lyocell. Finalement, une comparaison entre les fibres extraites des tiges d'Alfa, les filaments obtenus par coagulation et les autres fibres naturelles couramment utilisées dans l'industrie textile, a été effectuée tout au long de cette étude pour permettre de bien situer les fibres d'Alfa dans le paysage général des fibres textiles.

Dans le cadre de l'étude de cas du fleuve St Laurent du réseau COMERN, l'objectif général de la thèse était de déterminer le rôle des macro invertébrés littoraux dans le transfert de méthylmercure (MeHg) dans l'écosystème du lac St Pierre. Le premier chapitre était consacré à la contribution quantitative des invertébrés non consommables («impasses trophiques») au transfert de MeHg vers les poissons. Pour cela, les concentrations en mercure total (THg) et en MeHg chez quatre groupes fonctionnels de macroinvertébrés littoraux (brouteurs, détritivores, prédateurs consommables, prédateurs non consommables) ont été mesurées. Les résultats ont montré que les prédateurs non consommables présentaient les plus fortes concentrations en THg, en MeHg ainsi que la plus forte proportion de MeHg/THg de tous les groupes fonctionnels. La charge (concentration x biomasse) de MeHg des prédateurs non consommables représentait de 10 à 36% du réservoir de MeHg des invertébrés phytophiles. Cette proportion élevée de MeHg séquestrée dans des impasses trophiques pourrait contribuer à expliquer les faibles concentrations en Hg mesurées chez les poissons du lac St Pierre. Nos résultats montrent que les organismes non consommables doivent être pris en compte dans les modèles prédictifs de contamination des écosystèmes par le Hg afin d'éviter de surestimer les quantités de MeHg biodisponibles pour les poissons. Dans le deuxième chapitre, l'objectif était de déterminer les liens entre la source de matière organique (MO) et la contamination au MeHg chez les macro invertébrés littoraux consommateurs primaires. Une approche isotopique a été appliquée pour répondre à cet objectif. Les sources autochtones (épiphytes et macrophytes) étaient majoritaires dans la MO assimilée par les consommateurs primaires, avec une proportion plus faible de MO allochtone (matières particulaires en suspension notamment). Le MeHg/THg chez les macroinvertébrés était corrélé positivement avec les proportions d'épiphytes, alors ces dernières étaient corrélées négativement avec la fraction de Hg inorganique. Cette découverte peut faire supposer que la voie d'entrée principale du MeHg dans les réseaux trophiques littoraux se situe dans les épiphytes. Les consommateurs primaires pourraient alors moduler le transfert de MeHg vers les niveaux trophiques supérieurs suivant qu'ils s'alimentent de sources de MO à forte ou à faible concentration en MeHg. Le troisième chapitre traitait de l'influence du groupe fonctionnel (brouteur, collecteur, fragmenteur, omnivore, prédateur, prédateur-hématophage, piqueur-suceur) et des variables spatiotemporelles (année, mois, station d'échantillonnage) sur la signature de δ¹⁵ N des macroinvertébrés littoraux du lac St Pierre. La station était le facteur le plus important pour expliquer les variations de δ¹⁵ N, suivie du mois d'échantillonnage et du groupe fonctionnel. Les organismes de la rive sud, très influencée par les apports d'azote inorganique agricole avaient des valeurs de δ¹⁵ N plus élevées que ceux de la rive nord qui reçoit des apports du Bouclier Canadien. La signature de δ¹⁵ N des organismes a augmenté d'environ 3‰ durant la période d'échantillonnage, de mai à septembre, soit l'équivalent d'un niveau trophique. L'enrichissement du δ¹⁵ N des herbivores aux prédateurs était en moyenne de 1.6‰, ce qui est inférieur aux 3.4‰ généralement considérés chez les organismes de la zone pélagique. Puisque le fractionnement isotopique n'est pas homogène dans tout le réseau trophique, nous conseillons d'employer des valeurs de fractionnement spécifiques aux niveaux trophiques considérés, afin de mieux reconstruire les réseaux trophiques littoraux. Dans le dernier chapitre, les rôles de l'habitat et de l'architecture des macrophytes sur la biomasse et l'abondance des invertébrés phytophiles étaient étudiés. Nous avons aussi calculé une estimation à l'échelle du lac de la biomasse de macroinvertébrés associée aux différents types d'habitats macrophytiques afin d'estimer les effets quantitatifs de changements de végétation sur les communautés de macroinvertébrés. La biomasse, l'abondance et la richesse des communautés d'invertébrés étaient plus élevées dans les habitats de macrophytes submergées que dans ceux de macrophytes flottantes et émergentes. Les macrophytes avec une architecture complexe n'hébergeaient pas significativement plus de biomasse de macroinvertébrés que celles avec une architecture plus simple. Dans le cas d'une baisse de niveau d'eau du lac St Pierre nous avons prédit que la biomasse totale d'invertébrés phytophiles diminuerait de 16% à l'échelle du lac. Dans les réseaux trophiques littoraux, il apparaît que les flux d'énergie et de MeHg ne sont pas parfaitement superposés. Premièrement, les bas niveaux trophiques constitués par les macroinvertébrés consommateurs primaires sont capables d'effectuer une modulation des flux de MeHg suivant la nature de leurs sources de MO. Deuxièmement, parmi les consommateurs secondaires une proportion non négligeable du réservoir de MeHg ne sera que peu ou pas disponible pour le transfert vers les poissons. La faible différence de δ¹⁵ N entre les consommateurs primaires et secondaires nous permet d'émettre des doutes quant à l'utilité de cet outil en tant que traceur du niveau trophique d'un organisme de la zone littorale comparé au δ¹³ C. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Macroinvertébrés, Zone littorale, Méthylmercure, Réseaux trophiques, Impasses trophiques, Isotopes stables, Milieux humides, Lac St Pierre.

Les tourbières holocènes des marais du Cotentin reposent sur des bassins sédimentaires sableux aquifères (K = 10-3 – 10-4 m.s-1) dont l'exploitation AEP crée des conditions hydrogéologiques variables dans le temps et dans l'espace sur un site donné. Deux années de suivi hydrogéologique et hydrochimique, ainsi qu'une modélisation hydrogéologique du fonctionnement de la zone humide ont permis de montrer que :<br />- Le fonctionnement hydrologique de la tourbière est contrôlé par celui de l'aquifère des sables et l'existence même de la tourbière est directement liée à sa présence ; <br />- Les conditions hydrologiques influencent directement la variabilité spatio-temporelle des conditions redox du milieu et donc les réactions biogéochimiques mises en jeu dans la tourbière ;<br />- La modélisation de la zone humide a mis en évidence la sensibilité et la vulnérabilité de ces écosystèmes à la pression anthropique (pompage) et/ou l'évolution globale du climat.

En Afrique Centrale, l'exploitation de la forêt tropicale humide représente un secteur économique important pour les pays de la région, autant par les devises qu'elle rapporte que par les emplois qu'elle génère. Ces forêts sont également pour les populations locales une réserve essentielle de ressources (produits forestiers non ligneux, protéines par l'intermédiaire de la chasse). La gestion durable de ces forêts repose souvent sur des modèles de dynamique de population structurée en taille appelés aussi modèles matriciels, qui décrivent la dynamique forestière et permettent de prédire l'évolution temporelle du stock de bois. La précision des prédictions du modèle est directement liée à la précision des estimations des paramètres du modèle. Ces paramètres, appelés aussi taux vitaux, incluent les taux de croissance, de recrutement et de mortalité. Il existe deux principales sources de variabilité dans l'estimation des paramètres : la variabilité d'échantillonnage, et la variabilité environnementale. La variabilité d'échantillonnage dépend de la quantité de données disponibles pour estimer les paramètres. Comme les forêts tropicales humides ont une richesse spécifique élevée avec beaucoup d'espèces rares, la plupart des paramètres estimés pour chaque espèce ont une erreur forte. Une manière de résoudre ce problème est de regrouper les espèces ayant un comportement démographique similaire afin d'augmenter le nombre d'observations disponibles. La variabilité due à l'environnement est liée aux variations spatiales et temporelles des paramètres de transition en raison des fluctuations de l'environnement (comme le climat ou le sol). Ce type de variabilité n'est pas encore pris en compte dans les modèles utilisés par les gestionnaires forestiers. L'objectif de l'étude est d'intégrer la variabilité liée au climat (pluviosité) dans les prédictions de la dynamique forestière et de regrouper les espèces en fonction de leur réponse à la pluviosité. Dans un premier temps, nous regroupons les espèces et déterminons simultanément la relation entre les taux de croissance, de mortalité et de recrutement, et les variables climatiques, pour chacun des groupes d'espèces à l'aide d'un modèle de mélange de régressions. Les données sur lesquelles le modèle est ajusté proviennent de placettes permanentes (40 ha, 25 ans de suivi) situées à M'Baïki, en République Centrafricaine. Les placettes sont installées dans une forêt mixte semi-décidue, où le climat présente une saison sèche marquée et où la pluviosité annuelle moyenne est de 1739mm. Les variables climatiques utilisées sont la longueur de la saison sèche, la pluviosité moyenne pendant la saison sèche et la réserve en eau du sol annuelle moyenne. La réponse de la croissance, de la mortalité et du recrutement aux variables climatiques varie selon les espèces. Neuf groupes de réponse ont été déterminés pour la croissance, trois pour la mortalité et cinq pour le recrutement. Les groupes de réponse basés sur la croissance montrent une corrélation entre la réponse à la sécheresse et la tolérance à l'ombre des espèces. Dans un second temps, nous prédisons la dynamique du peuplement forestier qui intègre la variabilité des précipitations, et la variabilité de la réponse des espèces à la pluviosité. La dynamique du peuplement est prédite pour 3 scénarios climatiques : une augmentation de la sécheresse, une augmentation de la pluviosité, ou aucun changement des précipitations. La réponse du peuplement est analysée en termes d'évolution de la structure du peuplement (surface terrière et densité), et de composition relative des groupes d'espèces définis auparavant. Les analyses révèlent un gradient de réponse à la sécheresse opposant 9 espèces majoritairement pionnières, qui répondent négativement à la sécheresse, à 60 espèces majoritairement tolérantes à l'ombre qui répondent positivement. Le peuplement forestier de M'Baïki semble donc résistant à la sécheresse. De plus, la réponse à la sécheresse semble pilotée par la réponse de la mortalité aux variables climatiques, les espèces tolérantes à l'ombre ayant une mortalité plus faible pendant la sécheresse, probablement grâce à l'augmentation de la luminosité dans le sous-bois résultant d'une période de défoliation des arbres décidus de la canopée plus longue pendant la sécheresse. Dans ce travail, nous avons également montré que l'exploitation augmente la proportion des espèces pionnières dans le peuplement. Par conséquent, une intensification de l'exploitation rendrait le peuplement plus sensible à la sécheresse.