Non-native plants have invaded over 100 millions of acres of western arid land in the US and dramatically altered nutrient cycling rates. Changes in water cycling caused by invasive species are of particular interest because primary production in the Western US is typically limited by water availability and aquifer recharge reflects plant demand. Large-scale invasions can, therefore, be expected to cause large-scale changes in hydrological cycles, but until recently, there have been considerable limitations in the ability to measure the timing, location, and extent of water use. Here we injected a tracer, deuterated water (D2O), into five soil depths in two sampling periods (May and June) in two adjacent plant communities (native and non-native dominated). Plants were sampled at several distances from the tracer addition area to determine the horizontal and vertical extent of water use in native and non-native communities. The tracer injection was coupled with measurements of leaf level stomatal conductance, leaf area index, and volumetric soil water content to estimate plant transpiration. We found that both native and non-native plants transpired water from primarily the top 60 cm of the soil (>75%), with a particular emphasis (≥ 50%) on shallow soil water (<10 cm) while lateral roots did not exceed 50 cm for most species. Higher leaf area index resulted in significantly more water being transpired from the native community. Some sharp distinctions in timing and location of tracer uptake resulting from the differing phenologies of the dominant species in each community were observed and confirmed previous mechanisms thought to govern plant assemblages in these communities. In May, the non-native community dominated by annual grasses had higher tracer uptake at 10 cm than the native community but began using deep water (higher tracer uptake at 80 cm) as annual grasses senesced and tap-rooted fobs became dominant in June. The perennial native species, however, used the entire soil profile from the moment they became active until they senesced. Our approach shows promise for overcoming the lack of resolution associated with natural abundance isotopes and other enrichment approaches, and for providing detailed measurements of plant water-use space.

Les analyses de sûreté du stockage des déchets radioactifs HAVL nécessite une évaluation à long terme (≈ 10 000 ans) des risques, pour l’homme et l’environnement, associés à une contamination des sols par le sélénium. Une méthodologie a donc été développée pour déterminer les espèces séléniées (spéciation) présentes à l’état de traces dans les sols (μg kg-1 ; contexte radiologique) et estimer, leur capacité à être lessivées et leurs phases de rétention. Combinée à l’utilisation du traceur 77Se(IV), l’existence de processus lents impliqués dans la rétention et la transformation chimique de Se dans les sols a été mise en évidence, suggérant l’étude de Se natif pour estimer et modéliser sa mobilité à long terme. L’investigation de Se natif dans 29 sols aux caractéristiques contrastées a montré l’influence de la matière organique sur la nature des espèces susceptibles d’être lessivées (organique et colloïdale) et sur sa mobilité (stabilisation de Se dans la phase solide via les associations organo-minérales). / A radioactive isotope of selenium was shown to be among the most critical radionuclide forsafety assessment of high level and long lived nuclear waste repository in case of hypotheticalsoil contamination. A methodology was thus developed to determine Se species (speciation)present in soils at trace level (μg kg-1; radiological context) in assessing their leaching andretention phases (distribution). Combined to a 77Se(IV) tracer, kinetically limited processes were shown to be involved in Se retention and chemical transformations in soils, suggesting that native Se behavior is particularly relevant for its long term mobility assessment and modeling. The investigation of native Se speciation and distribution in 29 soils has finally highlighted that soil organic matter impact the nature of Se species susceptible to be leached (organic and colloidal compounds) and the Se mobility (Se stabilization in solid phase via organo-mineral associations).

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

Le cadmium (Cd) est naturellement présent dans les sols qui sont aussi enrichis par l'activité humaine. Le Cd contamine les produits végétaux alimentaires car il est absorbé par les racines des plantes. Elément toxique pour les organismes vivants, les concentrations dans les produits consommés sont soumises aux règlementations pour l’alimentation humaine et animale. Il est donc nécessaire de comprendre le transfert sol-organe consommé du Cd, spécialement pour le tournesol (Helianthus annuus L.), notre plante modèle, pouvant accumuler plus de Cd que d’autre plantes cultivées. Ce travail a testé l'hypothèse que la quantité de Cd absorbée par le système racinaire du tournesol était liée à l'architecture de ce dernier. Nous avons caractérisé au niveau des racines individuelles une variation longitudinale de l’influx d'absorption du Cd2+ en lien avec le milieu de culture, l'ordre et l'âge des racines. Ces variations ont été attribuées à la dynamique de développement des barrières apoplasmiques (dépôts de cellulose lignine et subérine) qui limitent l'internalisation du Cd2+ dans le cytoplasme cellulaire. Par simulation, il a été montré que ces variations pouvaient théoriquement impacter l'absorption totale de Cd2+ en fonction de l'architecture racinaire en hydroponie mais beaucoup moins sur substrat solide (sable). En outre, une comparaison de 14 cultivars de tournesol cultivé en hydroponie a montré que la variabilité des teneurs en Cd dans les parties aériennes était plutôt liée à des différences d'absorption indépendantes de l'architecture racinaire et à des variations de répartition dans la plante. Les variations longitudinales d'absorption du Cd peuvent alors être considérées comme mineures face à des variations inter-cultivars dont l'origine reste à élucider. Dans une optique de modélisation du prélèvement total en conditions de sol, il serait alors possible de ne considérer qu’un influx moyen de Cd pour la totalité du système racinaire indépendamment de son architecture / Cadmium (Cd) is naturally occurring in soils that are also enriched by human activity. Cd contaminates food crops because of its absorption by plant roots. Because it is a toxic element for living organisms, its concentrations in food and feed plant products are subjected to regulatory limits. Therefore, it is necessary to understand the transfer of this metal from the soil to the edible plant part, especially for sunflower (Helianthus annuus L.), our model plant that can accumulate more Cd than other crop species. This study tested the hypothesis that the amount of Cd absorbed by sunflower was related to the root architecture. We characterized, at the individual roots level, a longitudinal variation of the influx of Cd2+ absorption in relation with the culture medium, the order and the age of roots. These variations were attributed to the development of apoplastic barriers (cellulose, lignin and suberin deposition) that restrict the absorption of Cd2+ into the cytosol. By simulation, it has been shown that these variations could theoritically impact the total absorption of Cd2+ in hydroponics depending on the root architecture while in solid substrate (sand) the impact was much more limited. Furthermore, a comparison of 14 sunflower cultivars showed that the variability in Cd concentrations in shoots was rather due to differences in absorption independent of root architecture and in variations in the root to shoot distribution. The longitudinal variation in the Cd root influx can then be considered of minor importance compared to the between cultivar variability in Cd uptake, the origin of which remains to be determined. In the perspective of modelling the total uptake of Cd in soil conditions, it could then be possible to assume a global mean influx of Cd independent of the root architecture

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

Dans les systèmes d’Electrolyse Haute Température (EHT), le matériau choisi comme interconnecteur doit avoir une bonne résistance à la corrosion sous air et sous mélange H2/H2O à 800 °C, et maintenir une bonne conductivité sur de longues durées. Dans ce cadre, l’objectif de ce travail était, d’une part, d’évaluer un alliage ferritique commercial (l’alliage K41X) comme matériau d’interconnecteur pour l’application EHT. Dans ce but, ont été mis en place des essais d’oxydation en four et en thermoblance pour accéder aux cinétiques d’oxydation, et des mesures de résistivité pour évaluer le paramètre ASR (Area Specific Resistance) à 800°C. D’autre part, l’étude a permis d’apporter des éléments de compréhension plus fondamentaux sur les mécanismes d’oxydation des alliages chromino-formeurs, en particulier sous mélange H2-H2O, par le biais d’essais et de caractérisations spécifiques (Photoélectrochimie, traçage isotopique, essais de longues durées). Cette double stratégie est également appliquée pour l’étude d’une solution de revêtement (obtenu à l’aide de la MOCVD) basée sur l’oxyde pérovskite LaCrO3 qui présente des propriétés de conductivité élevée particulièrement intéressante en vue de l’application EHT. Ainsi, cette étude amène également des éléments de compréhension sur le rôle du lanthane comme élément réactif dont l’effet est souvent discuté dans la littérature. Pour les deux milieux, à 800°C, la couche d’oxyde formée est une couche duplexe Cr2O3/(Mn,Cr)3O4 , recouverte dans le cas du mélange H2-H2O par une fine couche d’oxyde spinelle Mn2TiO4 . Sous air, le mécanisme de croissance déterminé ici est cationique, en accord avec la littérature. La présence d’un revêtement LaCrO3 ne modifie pas ce mécanisme mais ralentit la cinétique de croissance de la couche sur les premières centaines d’heure. De plus, le revêtement améliore l’adhérence et la conductivité de la couche d’oxyde. Sous mélange H2-H2O, le mécanisme de croissance se révèle anionique. La présence de revêtement ralentit la cinétique d’oxydation. Bien que .d’épaisseurs similaires, les couches d’oxyde présentent sous air une résistivité d’un ordre de grandeur inférieure à celle mesurée sous H2-H2O. Il est mis en évidence que la forte résistivité de l’alliage en milieu H2-H2O est liée à la présence de protons issus de la vapeur d’eau présents dans la couche d’oxyde. Le revêtement ne permet néanmoins pas d améliorer la conductivité sous H2-H2O. / In High Temperature Vapor Electrolysis (HTVE) system, the materials chosen for the interconnectors should have a good corrosion behaviour in air and in H2-H2O mixtures at 800°C, and keep a high electronic conductivity over long durations as well. In this context, the first goal of this study was to evaluate a commercial ferritic alloy (the K41X alloy) as interconnect for HTVE application. Oxidation tests in furnace and in microbalance have therefore been carried out in order to determine oxidation kinetics. Meanwhile, the Area Specific Resistance (ASR) was evaluated by Contact Resistance measurements performed at 800°C. The second objective was to improve our comprehension of chromia-forming alloys oxidation mechanism, in particular in H2/H2O mixtures. For that purpose, some specific tests have been conducted: tracer experiments, coupled with the characterization of the oxide scale by PEC (PhotoElectroChemistry). This approach has also been applied to the study of a LaCrO3 perovskite oxide coating on the K41X alloy. This phase is indeed of high interest for HTVE applications due to its high conductivity properties. This latter study leads to further understanding on the role of lanthanum as reactive element, which effect is still under discussion in literature.In both media at 800°C, the scale is composed of a Cr2O3/(Mn,Cr)3O4 duplex scale, covered in the case of H2-H2O mixture by a thin scale made of Mn2TiO4 spinel. In air, the growth mechanism is found to be cationic, in agreement with literature. The LaCrO3 coating does not modify the direction of scale growth but lowers the growth kinetics during the first hundreds hours. Moreover, with the coating, the scale adherence is favored and the conductivity appears to be slightly higher. In the H2-H2O mixture, the growth mechanism is found to be anionic. The LaCrO3 coating diminishes the oxidation kinetics. Although the scale thickness is about the same in both media, the ASR parameter is one order of magnitude higher in H2/H2O than in air. Specific contact resistance tests show that the higher resistivity in the H2/H2O mixture is closely linked to the presence of protons in the scale. Moreover, tracer experiments show that these protons come from the water molecule dissociation, and not from the H2 molecule. In H2/H2O, the LaCrO3 coating does not increase the conductivity