Les micropiles à combustibles sont envisagées pour remplacer ou prolonger l’autonomie des batteries dans les dispositifs nomades. Dans ce domaine, la miniaturisation très poussée a abouti à la réalisation de prototypes planaires multi-cellules d’une puissance de 3 à 5 W. La différence d’architecture par rapport aux piles à combustibles « classiques », l’absence d’auxiliaires de fonctionnement et l’utilisation direct de l’air ambiant comme réactif amènent de nouvelles problématiques au niveau de la gestion de l’eau produite. Le travail de cette thèse porte sur la caractérisation de la gestion de l’eau et l’augmentation de la durée de vie d’un système de micropiles à combustible planaire « à respiration », à température ambiante. L’impact prépondérant de la thermique a été mis en avant, au niveau des points de fonctionnement (noyage aux faibles densités de courant et assèchement aux forts courants) comme au niveau local (gradients entre cellules). Les phénomènes d’assèchement et de noyage ont été étudiés grâce à l’imagerie neutronique. Un des principaux phénomènes observé est la rétrodiffusion d’eau vers l’anode suite une condensation au niveau de la cathode, conduisant à une importante perte de puissance. Une étude de la dégradation lors de fonctionnement longue durée a permis de montrer qu’une mauvaise gestion de l’eau favorise la corrosion d’éléments métalliques, conduisant à une diminution des performances. Une solution visant à éliminer ces phénomènes a été développée et implémentée avec succès. L’intégration du microporeux développé lors de cette thèse a permis d’atteindre une dégradation de 0,1 mV/h sur 2500 h de fonctionnement à 3,5 W. / Micro fuel cells have been considered as potential substitute or complement to batteries for nomad systems, in order to enhance their autonomy. Miniaturization of these objects led to the development of multi-cells planar arrays delivering 3 to 5 W. The specificities of this design compared to the “conventionnal” fuel cell stack architecture, coupled to the removal of peripheral components and the use of ambient air as oxidant, comes along with new challenges concerning water management. This work is focused on the characterization of water management and the lifetime improvement of a planar air-breathing fuel cell array at ambient temperature. Thermal effects have been demonstrated to be of first order concerning the operating conditions (flooding at low current density and drying-out at elevated one) and the local heterogeneities (between cells). Drying-out and flooding have been investigated using neutron imaging. One of the major phenomena observed is back-diffusion linked to water condensation on the cathode side, leading to anodic water accumulation and concomitant power decrease. Investigation of the degradation during long term operation pointed out corrosion of metallic elements as the major issue involved in performance decrease. Development and successful implementation of a solution to counter these troubles led to a limited degradation of 0.1 mV/h during a 2500 h operation at 3.5 W.

L'Ecrevisse à pattes blanches ou Austropotamobius pallipes est un des organismes sentinelles des rivières françaises dont le déclin accompagne la dégradation progressive des masses d'eau superficielle. Les programmes de repeuplement pour la conservation de l'espèce s'inscrivent dans le cadre de la restauration écologique et de la surveillance de la bonne qualité des milieux. Pour leur réussite, il est nécessaire de pouvoir évaluer le potentiel d'un site à être repeupler. En ce sens, le présent travail a proposé l'emploi des éphéméroptères et de la matière organique comme indicateurs. L'étude a été menée sur des ruisseaux de têtes de bassin des Deux-Sèvres qui constituent encore des sites à A. pallipes. La présence de certaines familles d'éphéméroptères (Leptophlebiidae) est corrélée avec la présence de cette écrevisse. Ces indicateurs biologiques ont prouvé leur efficacité dans le cadre de campagne de repeuplements réussis. Les propriétés de fluorescence de la matière organique expriment le fonctionnement des milieux et par extension leur qualité. Un modèle statistique bâti sur ces propriétés permet également de prédire la probabilité de présence ou d’absence d’A. pallipes pour un site donné. Les deux indicateurs proposés dans ce travail ont montré leur potentiel pour servir d'outil à la réintroduction de cette espèce. / White-clawed crayfish (Austopotamobius pallipes) is a sentinel organism in French rivers. Its decline follows the progressive degradation of the masses of water surfaces. Restocking programs for the conservation of this species take place in the frame of ecological restoring and monitoring of good environment quality. For their success, it is necessary to evaluate the potential of a site to be repopulated. In this sense, the present work proposes the use of Ephemeroptera (Leptophlebiidae) and Organic Matter as indicators. This study was conducted in headwater streams of the Deux-Sèvres region (France), which are suitable sites for A. pallipes. The presence of certain species of mayflies is correlated with the presence of this white-clawed crayfish. This biological indicator had proven its efficiency under a succeeded restocking campaign. The fluorescence properties of the Organic Matter express the functionning of the sites and by expansion their quality. A statistical model built on these properties also allows to predict the probability of a site for the presence or absence of A. pallipes. Two indicators proposed in this work have shown their potential toserve as a tool for the reintroduction of this species.

Les sites chimiques, pétrochimiques et pétroliers génèrent des effluents chargés en polluants soumis à une réglementation de plus en plus stricte. Le travail de thèse se focalise sur le traitement des effluents industriels et plus spécifiquement sur l'amortissement des pics de pollution via un procédé d'adsorption/désorption afin de minimiser les impacts négatifs sur l'épuration biologique. Pour cela, deux études complémentaires ont été menées en parallèle. La première étude concerne l'adsorption et la désorption de polluants en phase aqueuse avec notamment la sélection d’un adsorbant puis la détermination de ses capacités d'adsorption vis-à-vis de deux molécules modèles. Plusieurs cycles d'adsorption et de désorption ainsi que des pics de pollution ont été réalisés afin de (i) démontrer la faisabilité du procédé, (ii) d'identifier les phénomènes mis en jeu et les paramètres déterminants dans la capacité d'amortissement d'une colonne d'adsorbant et (iii) étudier les phénomènes de compétition entre molécules. Les données expérimentales ont pu être modélisées avec succès à l'aide d’un couplage du modèle Linear Driving Force (LDF) et de l'isotherme de Freundlich. D'autre part, l'impact d'une variation de charge sur les performances épuratoires du traitement biologique seul a été examiné et comparé aux effets observés lors d'un pic de pollution sur un procédé couplant une colonne d'adsorbant (en amont) et le traitement biologique. Un intérêt a également été porté aux foisonnements de bactéries filamenteuses, survenus à plusieurs reprises : une identification des filaments a été réalisée et un traitement de lutte efficace a été mis en place. Les résultats ont démontré qu'une colonne d'adsorbant placée en amont du bassin de biodégradation permet d'améliorer la qualité de l'effluent traité et ainsi de respecter les normes de rejet fixées par la législation. / Chemical, petrochemical and oil industries generate polluted effluents which are covered by increasingly stricter regulations. This PhD work focuses on the treatment of industrial effluents and more specifically on pollution peaks dampening through a process of adsorption/desorption so as to minimize the negative impacts on biological purification. Two complementary studies have been carried out simultaneously as part of this work. The first study concerns the adsorption and desorption of pollutants in aqueous phase including adsorbent selection and determination of its adsorption capacities, for two model molecules. Several cycles of adsorption and desorption, as well as peaks of pollution, have been carried out in order to (i) identify the phenomena involved and the determining parameters of the attenuation capacity of the adsorbent column, and (ii) to study competitive phenomenon between two molecules. Experimental data has been successfully modelled using both Linear Driving Force (LDF) and Freundlich isotherm models. For the second study, the impact of load variation on the biological treatment purifying performances has been investigated and compared to effects observed in response to a pollution peak on the process coupling an adsorption/desorption column and biological treatment. Concerning filamentous bacteria bulking, which occurs frequently, filament identification has been carried out and struggle treatments have been efficiently implemented. The results showed that an adsorbent column placed before the biological biodegradation improves treated effluent quality and so allows for the respect of discharge norms

La photocatalyse est un procédé d’oxydation avancée et son utilisation est répandue dans le traitement de l’eau. Cette thèse traite de la dépollution d’eau au sein d’un réacteur original mettant en oeuvre un textile lumineux photocatalytique. Le textile est composé de fibres optiques parallèles situées sur une face d’un tissu fibreux. L’unité d’un tel système est assurée par des points de liage répartis périodiquement fixant les fibres optiques au tissu. Un traitement de microtexturation des fibres optiques permet la création d’une multitude de trous sur leur surface latérale. Une émission de lumière macroscopiquement homogène est provoquée lors de la connexion des fibres optiques à une lampe UV. Un dépôt de catalyseur, tel que le dioxyde de titane, sur l’intégralité du textile, conjuguée au rayonnement UV induit une activité photocatalytique. Cette thèse consiste à l’étude des phénomènes agissant dans un dispositif intégrant le textile lumineux photocatalytique. Dans ce réacteur plan modèle, le textile est confiné entre deux plaques et un écoulement unidirectionnel parallèle aux fibres optiques est mis en oeuvre. La dépollution d’un fluide par photocatalyse résulte du couplage de plusieurs mécanismes : écoulement, transport et réaction. Des modèles numériques sont ainsi développéssur un volume élémentaire représentatif du textile (appelé RVE) pour simuler la dépollution d’une eau comportant une molécule test, à l’échelle microscopique. Cette géométrie est choisie en tenant compte des caractéristiques structurelles du textile photocatalytique. La première étape est l’analyse de l’hydrodynamique au sein du textile, qui couple des écoulements fluide et en milieu poreux. Une étude expérimentale préliminaire a permis l’acquisition de données nécessaires à une représentation réaliste de l’écoulement en milieu poreux. Dans un second temps, le transport est caractérisé par une étude de la distribution des temps de séjour (DTS) au sein du réacteur. Des simulations successives utilisant des conditions aux limites pseudo-périodiques sont réalisées pour calculer numériquement la DTS. Elles sont validées par des mesures expérimentales de traçage de colorant. Enfin, la dégradation d’une molécule test est analysée expérimentalement et numériquement. L’étude numérique présente des approches macroscopique et microscopique. L’étude à l’échelle macroscopique permet de quantifier globalement les performances du réacteur et de fournir des valeurs de constantes cinétiques nécessaires aux simulations àl’échelle microscopique. Une analyse fine et précise de la dépollution est ainsi réalisée au sein du RVE. Elle montre les atouts et limitations du réacteur modèle en termes d’efficacité de dépollution et d’homogénéité de fonctionnement. Des propositions d’améliorations sont finalement émises, notamment une configuration de réacteur comportant un empilement de textiles photocatalytiques. / The photocatalysis is known as an advanced oxidation process and its use is common for the water treatment. This thesis deals with the water depollution within an original reactor integrating the UV-light photocatalytic textile. The textile is composed of parallel optical fibres located on a side of a fibrous fabric. The unity of the system is ensured by bonding points periodically distributed fixing the optical fibres to the fabric. A microtexturization treatment is applied to the optical fibres and a multitude of punctual light sources are thus created on their lateral surface. A light emission macroscopically homogeneous is provided by the connection of optical fibres to an UV lamp. The coating of catalyst, such as titanium dioxide, associated with UV irradiation generates photocatalytic activity. This thesis consists in studying phenomena which occurs within a setup containing the UV-light photocatalytic textile. In this model plane reactor, the textile is confined between two plates and a unidirectional flow parallel to optical fibres is applied. The fluid depollution results of the coupling between several mechanisms : fluid flow, transport and reaction. Numerical models are thus developed on a representative volume element of the textile (called RVE) to simulate at the microscopic scale the depollution of water containing a test molecule. This geometry is designed by taking account the structural characteristics of the photocatalytic textile. The first stage is the analysis of the hydrodynamic within the textile that combines free flow regions and porous medium flows. A preliminary experimental study allows the acquisition of data necessary to a realistic representation of the porous medium flow. Secondly, the transport is characterized by a study of the residence time distribution (RTD) within the reactor. Successive simulations using pseudo-periodic boundary conditions are performed to numerically calculate the RTD. They are validated by experimental measurements using dye tracing. Finally, the degradation of a test molecule is analysed experimentally and numerically. The numerical study presents both approaches macroscopic and microscopic. The study at the macroscopic scale allows to globally quantify the reactor performances. On the other hand, kinetic constants necessary to simulations at the microscopic scale are determined by fitting of the macroscopic model with experimental measurements. An accurate analysis is thus realized within the RVE. It points the advantages and limitations of the model reactor in terms of depollution efficiency and functioning homogeneity. Suggestions of structural improvement are proposed and especially a reactor integrating a stack of photocatalytic textiles.

Les performances et la durabilité d’une pile à combustible à membrane échangeuse de proton (PEMFC) sont directement liées à la répartition de l’eau dans l’assemblage membrane-électrode (AME), plus particulièrement dans la membrane électrolyte. L’optimisation de cette répartition de l’eau, homogène et suffisante, est donc indispensable pour obtenir de bonnes performances et une grande durabilité. La répartition de l’eau dépend d’une part des conditions de fonctionnement et d’autre part de la géométrie des canaux de distribution des gaz dans les plaques mono ou bipolaires. Cependant, l’effet de ces paramètres n’est pas encore entièrement élucidé malgré de nombreuses études réalisées.Dans ce contexte, la première partie de cette thèse se focalise sur l’effet des conditions d’humidification des gaz et de température de fonctionnement sur les performances et la distribution de l’eau dans une pile de configuration en serpentin. Les profils d’eau à travers l’épaisseur de la membrane au centre de la surface active sont enregistrés par spectroscopie Raman operando. Le lien entre la distribution de l’eau et les performances de la pile sera discuté. Dans la deuxième partie, les performances et la distribution de l’eau dans une pile de configuration en parallèle sont étudiées aux mêmes conditions de température appliquées pour la pile de configuration en serpentin. Les résultats obtenus nous permettent de comparer directement les comportements de ces deux configurations. L’origine des différences de leur répartition de l’eau et donc de leurs performances sera clarifiée. Dans la troisième partie, nous nous concentrons sur la répartition de l’eau dans le plan d’une pile en serpentin aux différentes température de fonctionnement. La pile est alimentée en contre-flux. Les profils d’eau dans l’épaisseur de la membrane sont enregistrés pour trois zones : entrée, centre et sortie. Nous traçons par la suite la répartition de l’eau sur les interfaces cathodique et anodique. Ces informations nous apportent une meilleure compréhension de la répartition de l’eau dans cette configuration ainsi que l’effet du mode d’alimentation des gaz en contre-flux. / In a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), the performance and the durability of the system is directly related to the water management in the membrane electrode assembly (AME), particularly in the membrane electrolyte. The optimization of the water repartition, homogeneous and sufficient, is therefore essential to obtain good performance and great durability. The water management in the membrane depends both on the operating conditions and the gas flow-field design. However, the effect of these parameters is not yet fully understood despite numerous studies.In this context, the first part of this thesis focuses on the influence of gas humidification and operating temperature conditions on the performance and the water distribution in a serpentine flow-field cell. The inner water profiles across the membrane thickness at the center of the active surface are recorded by Raman spectroscopy operando. The relationship between the water distribution and the performance of the cell will be discussed. In the second part, the performance and the water distribution in a parallel flow-field cell are studied under the same temperature conditions applied for the serpentine flow-field cell. The results obtained allow us to directly compare the behavior of these two configurations. The origin of their water distribution and performance differences will be discussed. In the third part, we focus on the distribution of water in the plane of a serpentine flow-field cell at different operating temperatures. The cell is powered in counter-flow. The inner water profiles in the membrane are recorded for three zones: inlet, center and outlet. We then trace the water repartition on the cathodic and anodic interfaces. This information gives us a better understanding of the counter-flow effect on the water distribution in the plane of the serpentine flow-field cell.

Parce qu’ils sont peu coûteux, faciles d’utilisation, et surtout très efficaces, les pesticides sont devenus une composante majeure de l’agriculture moderne et se sont imposés dans de nombreuses activités urbaines et domestiques. Ces molécules se retrouvent aujourd’hui dans tous les compartiments de l’environnement notamment dans les milieux aquatiques. Le suivi resserré des substances actives et de leurs résidus, présents dans l’environnement à des concentrations potentiellement dommageables pour les écosystèmes, apparaît aujourd’hui comme une nécessité. L’application de la Directive cadre sur l’eau, l’une des principales réglementations européenne ciblant les eaux, requiert des techniques d’échantillonnage et d’analyse performantes, alliant haute sensibilité, facilité de mise œuvre, coûts abordables, et surtout précision et fiabilité. Actuellement, la méthodologie employée consiste en des prélèvements ponctuels d’eau à pas de temps lâche (une fois par mois en général) suivi de l’analyse en laboratoire. Cette approche souffre d’un manque de représentativité temporelle, couplée à une sensibilité analytique souvent peu satisfaisante. Les techniques d’échantillonnage passif développées au cours des 20 dernières années pourraient être intégrées dans les réseaux de surveillance réglementaires afin de pallier ces manques, mais des questions subsistent encore quant à leur opérationnalité. Ces travaux de thèse visent à développer puis tester les échantillonneurs passifs sur le terrain afin de déterminer leur adéquation avec les exigences de la Directive cadre sur l’Eau, et le cas échéant, mettre en évidence les principaux verrous scientifiques résiduels. L’originalité de ce travail réside dans:- la variété des outils évalués : trois échantillonneurs différents ont été étudiés (Le Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS), le Chemcatcher et le Diffusive Gradient in Thin film (DGT). Les méthodes classiques de prélèvement ponctuels ont également été mise en œuvre.- la variété des environnements étudiés : deux bassins versant très différents ont été considérés, l’un présentant une contamination en pesticides forte, l’autre une contamination modérée.- La mise en en œuvre des échantillonneurs passifs dans un réel contexte réglementaire, les cours d’eau choisis faisant l’objet d’un contrôle opérationnel. Les données acquises avec les échantillonneurs passifs ont ainsi pu être comparées avec les suivis de l’Agence de l’Eau. / The intensive use of pesticides in agriculture and urban activities since the 1950s has led to diffuse contamination of environmental compartments (air, soil, water). The presence of these molecules can lead to toxic effects for biota. The implementation of the Water Framework Directive (WFD) requires the use of an efficient monitoring network, based on reliable sampling and analytical techniques. Nowadays, grab sampling followed by extraction of analytes and chromatographic analysis is the most widespread strategy because of its simplicity of implementation but it also has numerous drawbacks. The crux of the issue lies in the lack of temporal representativeness and the low analytical sensibility. An alternative strategy to overcome some of these problems could be the use of passive samplers. This contribution aims at discuss about the possible application of passive samplers in regulatory monitoring programs. The originality of this work lies in :The variety of tested devices: three different samplers was studied (The Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS), the Chemcatcher and the Diffusive Gradient in Thin Film (DGT). Conventional grab sampling strategies were also evaluated.The variety of studied environments: two very different watersheds were selected. The first one presented a high level of contamination; the second had a low contamination in pesticides.The implementation of passive samplers in a real regulatory context, as the selected streams were monitored by the Water Agency for operational control. Data from the Water Agency could therefore be compared with passive sampler data.

La mise au point récente d’une nouvelle technique permettant l’enrichissement de l’eau en oxygène par électrolyse relance l’intérêt de recherches sur les bénéfices potentiels de cette modalité d’oxygénation. Dans ce contexte, nos objectifs étaient de caractériser les effets de cette eau enrichie en oxygène sur la respiration mitochondriale, l’oxygénation tissulaire périphérique lors d’un état de stabilité hémodynamique, et sur la performance et la production de stress oxydant lors d’un exercice physique. Les résultats mettent en évidence un effet de l’administration de l’eau enrichie en oxygène par électrolyse au niveau cellulaire et tissulaire.Le mécanisme, expliquant à la fois une meilleure affinité de la mitochondrie pour l’oxygène et les effets sur l’oxygénation périphérique, pourrait être dû à un effet qualitatif sur la diffusion de l’oxygène au niveau tissulaire. / The recent development of a new technique for enriching water in oxygen by electrolysis relaunch the research interest on the potential benefits of this modality of oxygenation. In this context, our objective was to characterize the effects of 02-water on mitochondrial respiration, peripheral tissue oxygenation during a state of hemodynamic stability, and on the performance and the production of oxidative stress in a sub-maximal exercise. The results show an effect of the administration of water enriched in oxygen by electrolysis at the cellular and tissue level. The mechanism explaining both a better affinity of mitochondria for oxygen and the effects on peripheral oxygenation could be due to aqualitative effect on the diffusion of oxygen at the tissue level.

Les progrès effectués dans le domaine des instruments optiques permettent d’envisager désormais de placer des capteurs à moyenne résolution spatiale et haute résolution spectrale sur des orbites géostationnaires ce qui permettrait d’observer la Terre à la fois avec une moyenne résolution spatiale, une bonne résolution spectrale et une haute résolution temporelle, ce que ne permettent pas les satellites héliosynchrones. L'objectif de cette thèse est donc de simuler les images en luminance qui seraient acquises par un capteur géostationnaire hypothétique dédié à l'observation de la couleur de l'océan, afin de caractériser les images qui seraient acquises, de spécifier les futurs instruments et de valider des algorithmes de traitement sur des images réalistes. Pour parvenir à simuler les luminances spectrales qui seraient mesurées par le capteur, nous avons combiné les modèles de transfert radiatif directs de l'eau (Hydrolight) et de l'atmosphère (MODTRAN). Les données d’entrée d’Hydrolight ont été déduites des données provenant des cartes climatologiques de GlobColour (chlorophylle, matières minérales et organiques en suspension) pour simuler des images de couverture globale (Global Area Coverage) d'un capteur géostationnaire à basse résolution spatiale, moyenne résolution spectrale et haute résolution temporelle. L'analyse de ces images permet de déterminer la gamme de luminances pour chaque bande spectrale et pour différentes acquisitions au cours de la journée. Les résultats indiquent aussi les limites angulaires pour éviter le phénomène du sunglint et pour assurer un niveau minimum de luminance provenant de l'eau, contenu dans le signal mesuré. Les images en luminance ainsi simulées ont permis d’évaluer aussi la performance d’un algorithme d'estimation de concentration en chlorophylle de rapport de bandes dans les eaux au large. Les résultats montrent que l'erreur d'estimation est moyennement sensible aux angles d'observation et d’éclairement, importants dans les images géostationnaires. / Improvements of optical sensors now make it possible to launch medium spatial and high spectral resolution sensors on the Geostationary Earth Orbit (GEO). The GEO allows sensors to observe the Earth with high temporal resolution, unlike Low Earth Orbit (LEO) satellites. The objective of this thesis is to simulate radiance images that would be provided by a theoretical ocean color sensor, on a geostationary orbit, in order to characterize the images to be acquired, to specify the future instruments and to validate the image processing algorithms. For this purpose, we have combined a radiative transfer model for ocean waters (Hydrolight) and a radiative transfer model for the atmosphere (MODTRAN) to obtain simulated radiance images at the sea surface level and at the Top-Of-Atmosphere (TOA) level. The inputs of Hydrolight have been deduced from GlobColour Project data (chlorophyll, mineral suspended matter and organic matter) to simulate the Global Area Coverage (GAC) images of a geostationary sensor with low spatial resolution, medium spectral resolution and high temporal resolution. The analysis of these images enables to determine the radiance dynamic range for each spectral band over the day. The results indicate the angular limits to avoid the sunglint phenomenon and to ensure a minimum proportion of water leaving radiance in the measured TOA radiance. The simulated radiance images allow to evaluate the performance of an ocean color algorithm for chlorophyll concentration estimation in open waters. The results show that the error of chlorophyll estimation is moderately sensitive to observation and lighting angles, which are so important in geostationary images.

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la paramétrisation de la distribution verticale de la biomasse et de la structure des communautés phytoplanctoniques dans l’océan global. Nous avons d’abord développé une méthode neuronale de calibration de la fluorescence en concentration en chlorophylle a ([Chl]) associée à la biomasse phytoplanctonique totale et à trois classes de taille de phytoplancton. Cette méthode, FLAVOR, a été entrainée et validée à l’aide une base de données de ~900 profils de fluorescence et de pigments mesurés pat HPLC. Une base de données globale de ~49000 profils de fluorescence a ensuite été assemblée et calibrée en termes de biomasse chlorophyllienne et composition du phytoplancton. Ce travail représente une première étape vers une vision tridimensionnelle de la biomasse phytoplanctonique. Nous avons ensuite développé deux réseaux de neurones (SOCA) pour estimer la distribution verticale de deux paramètres bio-optiques, [Chl] et le coefficient de rétrodiffusion. Ces réseaux de neurones requièrent comme données d’entrée des données satellites de couleur de l’eau co-localisées avec un profil hydrologique collecté par un flotteur Argo. Ils ont été entrainés et validés avec une base de données globale composée de ~5 000 profils de propriétés bio-optiques et hydrologiques acquises par des flotteurs Bio-Argo. Les bases de données utilisées pour développer les méthodes FLAVOR et SOCA proviennent de régions océaniques représentatives de l’océan global, permettant ainsi l’application de ces méthodes à la majorité des eaux océaniques. Finalement, nous avons mené une étude focalisée sur l’Atlantique Nord qui exploite les outils développés. Les champs tridimensionnels de biomasse obtenus, couplés à un modèle bio-optique de production primaire, permettent d’étudier les cycles saisonniers de la distribution verticale de la biomasse phytoplanctonique et de la production primaire dans différentes bio-régions de l’Atlantique Nord. / This PhD work focuses on the parameterization of the vertical distribution of phytoplankton biomass and community structure in the global open ocean. First we have developed a neural network-based method for the calibration of the fluorescence in chlorophyll a concentration [Chl] associated with the total phytoplankton biomass and with three phytoplankton size classes. This method, (FLAVOR for Fluorescence to Algal communities Vertical distribution in the Oceanic Realm), was trained and validated using a database of ~900 concomitant fluorescence and HPLC-determined pigment profiles. A global database comprising ~49 000 fluorescence profiles was assembled and calibrated with FLAVOR. The resulting database represents a first step towards a global three-dimensional view of phytoplankton biomass and community composition. Second, two neural networks (SOCA for Satellite Ocean Color and Argo data to infer vertical distribution of bio-optical properties) were developed to infer the vertical distribution of two bio-optical proxies of the phytoplankton biomass, [Chl] and the particulate backscattering coefficient, using as input satellite-derived products matched up with a hydrological Argo profile. The SOCA methods were trained and validated using a global database of ~5 000 profiles of bio-optical and hydrological properties collected from Bio-Argo floats with concomitant satellite products. The database used to develop FLAVOR and SOCA originates from various oceanic regions largely representative of the global ocean, making the methods applicable to most oceanic waters. Finally, we proposed a study dedicated to the North Atlantic where the tools developed in this thesis are used in conjunction with a bio-optical primary production model. This allows us to characterize the seasonal cycle of the vertical distribution of the phytoplankton biomass and primary production in various bio-regions of the North Atlantic.

La présence d’arbres en milieu urbain, où vit plus de la moitié de la population mondiale, participe à l’amélioration de la qualité́ de vie des citadins par les services écosystémiques qu’ils nous rendent. Cependant, de nombreuses études ont mis en évidence l’importante mortalité́ et la faible espérance de vie des arbres en ville du fait des stress hydriques. Nos résultats dendroclimatiques ont pu montrer qu’en comparaison avec les arbres de parc urbain ou d’arboretum, les arbres de rue ont généralement une croissance plus faible. Les précipitations en automne et au printemps semblent jouer un rôle prépondérant pour la croissance annuelle des tilleuls argentés urbains. Nos résultats sur le niveau des réserves (lipides et glucides) montrent que les arbres en condition de stress hydrique pourraient activement réguler leurs réserves de C selon une stratégie de survie à long terme. Les jeunes tilleuls argentés, quant à eux, semblent privilégier l’allocation du C dans la croissance radiale. Nos résultats sur la signature isotopique en 18O et en 2H des sources d’eau en ville, indiquent enfin que les arbres en rue semblent dépendre principalement de l'eau du sol très superficiel (couche 0-20 cm). Cette eau est un mélange d'eau de pluie et d'eau non potable plus ou moins évaporées, bien que ces arbres ne soient soumis à aucune stratégie d'irrigation particulière à Paris. Les arbres les plus matures en rue semblent disposer d’une plus faible disponibilité́ en eau due à la plus forte évaporation des sols en surface. En conclusion, cette étude appelle à (i) la protection des sols nus d’une évaporation excessive, et (ii) une irrigation en harmonie avec la phénologie. / The presence of trees in urban areas, where more than half of the world's population lives, contributes to improving the quality of city through ecosystem services they provide. However, many studies have shown that urban trees face high mortality rates and low life expectancy due to water stress. Dendroclimatic results have showed that, in comparison with the urban park or arboretum trees, street trees generally have lower annual growth rate. Precipitation in autumn and spring seem to play the main role in the annual growth of urban silver lindens. Reserve measurements (lipids and carbohydrates) show that trees under water stress could priorize C reserves as a long-term survival strategy. On the contrary, younger silver lindens seem to favor the allocation of C in the radial growth. Our results on the isotope signature in 18O and 2H of water sources in the city, indicated that street trees seem to depend mainly on soil water in upper layers (0-20 cm layer). This water is a mixture, more or less evaporated, from precipitation and non potable water, although street trees are not subject to any particular irrigation strategy in Paris. Larger street trees seem to have lower water availability due to increase of surface soils evaporation. To conclude, This study would rethink current irrigation strategies in the city, focusing on (i) the protection of bare soil from excessive evaporation, and (ii) an irrigation in harmony with the phenology of species.