Etablir un lien entre le dépôt atmosphérique et le réservoir de matière organique dissoute (DOM) en mer Méditerranée est rendu difficile en raison: (1) d’une faible connaissance du réservoir de phosphate (P) dissous de surface, principalement contraint par les faibles concentrations en phosphate inorganique dissous (DIP), (2) d’un manque critique de données de dépôt atmosphérique de C, N et P organique et (3) d’une absence d’information sur sa biodisponibilité. Cette thèse a tenté de pallier ces manques. (1) A l’aide d’une mesure sensible du DIP, le recouvrement des données valides de phosphate organique dissous a été augmenté de 70% par rapport à la méthode classique, permettant de révéler la dynamique biogéochimique du P dissous dans les eaux de surface. (2) Les flux atmosphériques en C, N et P organique soluble ont été quantifiés et ont été de 59 mmol C m-2 an-1, 16,4 mmol N m-2 an-1 et 23,6 μmol P m-2 an-1. La contribution de la fraction organique aux flux totaux en N et P est respectivement de 40 et 25%. La fraction labile du dépôt atmosphérique en P organique soluble a également été quantifiée et a montré une importante variabilité, allant de 0 à 97%. (3) La biodisponibilité de la DOM atmosphérique a été étudiée expérimentalement. La DOM contenue dans une pluie saharienne peut soutenir l’activité des bactéries hétérotrophes marines, avec une quantité de C labile de 29%. La fraction labile de C contenue dans les aérosols désertiques et anthropiques est également importante, 26 ± 2 et 15 ± 5%, respectivement. Les résultats issus de cette thèse soulignent le caractère non négligeable du dépôt atmosphérique et son rôle déterminant dans le cycle de la DOM océanique. / Establishing a link between atmospheric deposition and the dissolved organic matter (DOM) pool in the Mediterranean Sea is currently hampered by: (1) a poor knowledge on the surface dissolved phosphate (P) pool, mainly due to low concentrations of dissolved inorganic phosphate (DIP), (2) a critical lack of data on atmospheric fluxes of organic C, N and P and (3) the lack of information on their bioavailability. This PhD thesis aimed at filling these gaps. (1) Relying upon a sensitive determination of DIP, the coverage of the valid dissolved organic phosphate data was enhanced up to 70%, revealing a vertical pattern in the dissolved phosphate biogeochemistry in surface waters. (2) Atmospheric fluxes of soluble organic C, N and P were quantified and were 59 mmol C m-2 yr-1, 16.4 mmol N m-2 yr-1 and 23.6 μmol P m-2 yr-1, respectively. The contribution of the organic fraction to the total atmospheric fluxes of N and P was of 40% and 25%, respectively. The labile fraction of atmospheric deposition of organic phosphate was also quantified during the study period and showed a wide variability, ranging from 0 to 97%. (3) The bioavailability of atmospheric organic matter was experimentally assessed. DOM contained in a Saharan rainwater could support the activity of marine heterotrophic bacteria, with an amount of labile carbon of 29%. The labile fraction of carbon contained in desert dust and anthropogenic aerosols was also substantial, 26 ± 2% and 15 ± 5%, respectively. The results obtained from this PhD thesis emphasize the non-negligible character of atmospheric deposition and highlight the key role that this external source could have on the oceanic DOM cycle.

La connaissance des processus de mobilisation et de migration de l’uranium dans les milieux souterrains est un enjeu majeur pour évaluer les risques environnementaux associés aux activités anciennes ou actuelles d'installations nucléaires en vue d'anticiper et gérer tout impact environnemental. La mobilisation et la migration sont habituellement décrites comme fortement contrôlées par les réactions d'adsorption, la présence de ligands, notamment sous forme colloïdale, étant susceptible de l'augmenter considérablement. La capacité des entités colloïdales à transporter l'uranium sur de longues distances va dépendre de leur origine, de leur composition, de leur structure, de leur stabilité et de leur réactivité, ainsi que de leur capacité à complexer l'uranium de manière forte et irréversible. Cependant, les faibles concentrations colloïdales dans les eaux souterraines s’avèrent parfois être un verrou analytique à la détection et à la caractérisation de la mobilisation et du transport colloïdaux de polluant(s) dans les eaux souterraines. Les protocoles d'extraction des phases colloïdales depuis les sols ou les méthodes destinées à concentrer les colloïdes depuis un échantillon d'eau souterraine ne sont pas toujours optimisés pour à la fois assurer un rendement d'extraction satisfaisant et respecter l'intégrité physiques et chimiques des entités colloïdales.Dans ce contexte, deux axes de recherche ont été définis dans ce travail de thèse afin 1) d’appréhender l’impact de l’utilisation de méthodes de préconcentration sur la phase colloïdale et 2) d’améliorer notre compréhension de la dynamique de mobilisation de l’uranium au sein d’un sol podzolisé et ainsi améliorer les modèles prédictifs du transport colloïdal de l’uranium dans les eaux souterraines.Les méthodes de séparation membranaires permettent de préconcentrer la phase colloïdale des eaux souterraines tout en assurant un recouvrement supérieur à 80%. Elles engendrent néanmoins des modifications des paramètres intrinsèques des entités colloïdales avec en particulier un décalage vers les grandes tailles de la distribution en taille de ces entités ainsi qu’une modification de la distribution des espèces entre phases dissoute et colloïdale. Ces modifications peuvent mener à une mauvaise appréciation non seulement des concentrations colloïdales mais aussi des mécanismes de complexation/sorption impliquant la surface des entités colloïdales et de leur stabilité dans les eaux souterraines. La matière organique constitutive des eaux du sol d’étude a été identifiée comme étant le vecteur principal de la remobilisation de l’uranium dans les eaux de sol, sans toutefois avoir un contrôle total de ce processus. Elle est constituée majoritairement d’acides fulviques et humiques de petite taille qui tendent à s’agglomérer au cours du temps, lors de la lixiviation du sol. La composition moléculaire de la matière organique varie de manière temporelle à la fois à l’échelle de l’horizon superficiel mais aussi le long du profil de sol. Divers processus (réduction, dénitrification…) interviennent durant la migration de la matière organique vers les horizons plus profonds et pourraient modifier ainsi sa nature. A l’échelle de l’horizon superficiel, les mécanismes de mobilisation diffèrent selon l’élément considéré. L’uranium en particulier est mobilisé rapidement mais de manière limitée (<2% du sol considéré), tandis que la matière organique est générée en continu et de manière pseudo-linéaire. / Knowledge of the processes of mobilization and migration of uranium in underground environments is a major challenge to assess the environmental risks associated with ancient or current activities of nuclear facilities in order to anticipate and manage any environmental impact. Mobilization and migration are usually described as strongly controlled by adsorption reactions, the presence of ligands, especially in colloidal form, being able to increase considerably. The ability of colloidal entities to transport uranium over long distances will depend on their origin, composition, structure, stability and reactivity, as well as their ability to complex uranium in a significant and irreversible manner. However, low colloidal concentrations in groundwater sometimes prove to be an analytical lock on the detection and characterization of colloidal mobilization and transport of pollutant(s) in groundwater. Protocols for extracting colloidal phases from soils or methods for concentrating colloids from a groundwater sample are not always optimized to both ensure satisfactory extraction yield and respect physical and chemical integrity colloidal entities.In this context, two lines of research have been defined in this thesis work to 1) to understand the impact of the use of preconcentration methods on the colloidal phase and 2) to improve our understanding of mobilization dynamics of uranium within a podzolized soil and thus improve predictive models of colloidal uranium transport in groundwater.The membrane separation methods make it possible to preconcentrate the colloidal phase of the groundwater while ensuring a recovery greater than 80%. Nevertheless, they cause modifications of the intrinsic parameters of the colloidal entities with, in particular, a shift towards the large sizes of the size distribution of these entities as well as a modification of the species distribution between dissolved and colloidal phases. These modifications may lead to an inaccurate appreciation not only of colloidal concentrations but also of complexation/sorption mechanisms involving the surface of colloidal entities and their stability in groundwater. The constituent organic matter of the study soil waters has been identified as the main vector for the remobilization of uranium in the soil water, without having a complete control of this process. It consists mainly of small fulvic and humic acids that tend to agglomerate over time, during leaching of the soil. The molecular composition of organic matter varies temporally both at the level of the superficial horizon and also along the soil profile. Various processes (reduction, denitrification ...) occur during the migration of organic matter to deeper horizons and could thus change its nature. At the level of the superficial horizon, mobilization mechanisms differ according to the element considered. Uranium in particular is mobilized quickly but in a limited way (<2% of the considered soil), while organic matter is generated continuously and in a pseudo-linear way.

En Europe, le bois est la première source d’énergie renouvelable. La transition énergétique se traduit par une intensification de l’exploitation des forêts. L’effet de ces pratiques sylvicoles sur les communautés microbiennes du sol est encore peu étudié. Au cours de ma thèse, j’ai évalué les conséquences d’une manipulation artificielle de matière organique en forêt tempérée sur la diversité fonctionnelle et taxonomique des communautés bactériennes et fongiques telluriques dans six sites expérimentaux (réseau expérimental MOS). Parallèlement, une caractérisation fonctionnelle des communautés microbiennes a également été réalisée dans un contexte proche des réalités de l’intensification des pratiques sylvicoles sous climat tropical en plantation d’Eucalyptus. Si certains descripteurs fonctionnels de la dégradation de la matière organique sont particulièrement informatifs, les activités microbiennes de dégradation de la chitine, polymère azoté des arthropodes et champignons, sont apparues très sensibles au retrait de matière organique. C’est pourquoi, par des approches de génomiques comparatives, nous avons cherché à estimer le potentiel chitinolytique des différentes guildes fongiques des sols. En conditions contrôlées, nous avons ensuite quantifié les capacités potentielles de mobilisation et de transfert du carbone et de l’azote, à partir d’une matière organique microbienne riche en chitine, par un champignon ectomycorhizien en symbiose avec son hôte. Enfin, la généricité des fonctions chitinolytiques d’un plus large spectre d’espèces fongiques ectomycorhiziennes a été évaluée par le couplage d’approches enzymatiques et isotopiques. L’ensemble de nos résultats met en lumière le rôle significatif des champignons ectomycorhiziens dans la mobilisation du carbone et de l’azote à partir de certaines formes de matière organique, et la nécessité de prendre en compte le compartiment microbien dans les études d’impact des pratiques sylvicoles / One of the main usages of wood in Europe is renewable energy supply that implies intensification of forest management to respond to this increasing demand. However, the impact of intense forestry practices on soil microbial communities remains poorly investigated. In the frame of my PhD thesis, I evaluated effects of artificial organic matter removal on functional and taxonomical diversity of soil bacterial and fungal communities in temperate forest, using six experimental sites across France (INRA MOS experimental network). In parallel, I also characterised impact of intensified forest management practices on functional microbial communities in tropical plantation of Eucalyptus trees. This work permitted to identify several sensitive functional indicators of organic matter degradation. Notably, the degradation of chitin – a nitrogen polymer main component of arthropods and fungal cell walls – was revealed to be particularly sensitive to organic matter removal. Genomics and enzymatic approaches were then used to estimate chitinolytic potentials of the different genera of soil fungi. In controlled conditions, we were able to quantify ectomycorrhizal fungus carbon and nitrogen mobilisation and transfer capacities from chitin enriched organic matter to its host during symbiotic interaction. Finally, we evaluated chitinolytic functions of ectomycorrhizal fungi at large scale by combining enzymatic and isotopic approaches. Taken together, the results acquired in the frame of my PhD thesis, illustrate the significant role of ectomycorrhizal fungi in carbon and nitrogen mobilisation from organic matter. We particularly highlight that microbial compartment in soil must be considered in studies of forest management practices

Les systèmes intégrés d’aquaculture multi-trophique (IMTA) proposent de limiter les rejets dans l’environnement en associant la culture d’espèces de niveaux trophiques différents et le recyclage des déchets. Les détritivores sont un groupe trophique intéressant car ils permettent l’extraction de matière organique particulaire. Hediste (Nereis) diversicolor est un polychète qui connait un intérêt croissant du fait de sa capacité de bioturbation dans les sédiments et de sa haute valeur commerciale en tant qu’appât et nourriture potentielle pour animaux. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer le potentiel d’ H. diversicolor dans la bio-remédiation des rejets solides en système IMTA. Plus spécifiquement, l’étude a eu pour objectifs : i) de calibrer une nouvelle méthode de mesure des composés organiques des rejets (azote, carbone, phosphore, lipides), ii) d’évaluer l’activité métabolique (respiration) d’H. diversicolor nourries aux fèces de Dicentrarchus labrax en fonction de leur taille et de différentes températures, et iii) d’utiliser un modèle bioénergétique pour simuler croissance, respiration et excrétion d’H. diversicolor selon différents scenarios IMTA.Pour obtenir une caractérisation rapide des composés organiques, une méthode novatrice (NIRS) a été calibrée. Les composés des rejets ont varié entre 44-77% de matière organique, 2-5% d’azote organique total, 11-51% de carbone organique total, 9-26 de rapport carbone/azote, 1-3% phosphore total and 2-12% de lipides (% de matière sèche).Les taux métaboliques de H. diversicolor nourries aux fèces ont été estimés par consommations d’oxygène à différentes températures (11, 17, 22 and 27°C). Les effets de la température et de la taille du ver sur les consommations en oxygène ont été significatifs, mais ces niveaux de respiration (12.3 µmol g-1 de poids sec h-1 à 20°C) correspondaient probablement à un métabolisme basal dû aux conditions expérimentales (jeun et obscurité).Les simulations du modèle DEB H. diversicolor ont été comparées aux données expérimentales de taux de croissance, de respiration et d’excrétion, ce qui a permis de corroborer les prédictions du modèle. Le modèle DEB a permis de tester différents scenarios pour prédire les réponses métaboliques, la croissance, la maturité et la reproduction d’ H. diversicolor à différentes températures (5 à 25°C) et disponibilité alimentaire (f variant de 0.5 à 1, correspondant à la disponibilité des fèces). Le modèle DEB s’est avéré être un outil utile pour prédire les réponses physiologiques sous différentes conditions environnementales dans un contexte IMTA. / Integrated Multi-Trophic Aquaculture (IMTA) systems are based on the concept of limiting aquaculture discharges associating species of different trophic levels to reuse wastes. Deposit-feeders are one trophic group that has gained attention for the extraction of particulate organic matter. Hediste (Nereis) diversicolor is a polychaete species that has gained increasing interest for its bioremediation capacity through bioturbation activity in sediments, and high commercial value as fish bait and animal food sources. The main objective of this thesis was to evaluate the fish waste bioremediation capacity of polychaete H. diversicolor in IMTA context. More specifically, i) to predict organic compounds (nitrogen, carbon, phosphorus, lipids) in marine fish waste, ii) to evaluate the metabolic responses - respiration - of H. diversicolor fed with solid waste of seabass Dicentrarchus labrax at different temperatures and body size, and iii) to use a bioenergetic model (DEB) to simulate growth, oxygen consumption and excretion in different IMTA scenarios.To provide fast characterization of organic compounds we used an innovative method based on near infrared reflectance spectroscopy (NIRS). Chemical content of the waste measured by NIRS models after calibration, ranged from 44-77% organic matter, 2-5% total organic nitrogen, 11-51% total organic carbon, 9-26 carbon/nitrogen ratio, 1-3% total phosphorus and 2-12% lipids (% of dry matter).Fish waste fed H. diversicolor metabolic rates were evaluated through oxygen consumption at different temperatures (11, 17, 22 and 27°C). The effect of temperature and worm body size was significant on oxygen consumptions, however these respiration measures (12.3 µmol g-1 of dry weight h-1 at 20°C) may represent basal metabolic rate due to experimental conditions (starvation, darkness).DEB model of H. diversicolor was compared to experimental data on growth, respiration and excretion rates, which corroborated DEB model predictions. DEB was then applied to test different scenarios predicting metabolic responses, growth, maturity and reproduction of H. diversicolor at different temperatures (5 to 25°C) and food levels (f varying from 0 to 1, corresponding to fish waste loading). DEB revealed to be a useful tool in IMTA context, predicting physiological responses in different environmental conditions.

A l'heure actuelle le rôle des zones côtières dans le cycle global du carbone est encore relativement mal documenté. Ceci est lié à la forte hétérogénéité et au fort dynamisme de ces zones au sein desquelles de nombreux processus physiques et biologiques interagissent sur les stocks et les flux de carbone. Le carbone organique dissous (DOC) est un élément essentiel à la compréhension du cycle du carbone océanique, notamment dans les zones côtières où il peut représenter jusqu'à 90% du carbone organique total. Compte tenu des nombreuses incertitudes qui résident encore sur la dynamique de cette matière carbonée, l'objectif général de cette thèse visait à améliorer les connaissances sur la distribution du DOC au niveau de ces interfaces "continent/océan" en s'appuyant sur les propriétés optiques de la fraction colorée de ce DOC, la matière organique dissoute (CDOM). Pour cela, des échantillonnages ont été réalisés entre 2010 et 2015 dans trois sites côtiers fortement contrastés (Manche orientale, Guyane Française, Vietnam) et ont permis de : (i) caractériser la dynamique de la CDOM et du DOC et d'identifier une forte hétérogénéité de la relation entre ces deux paramètres au sein de ces sites côtiers aux caractéristiques contrastés, (ii) de proposer une relation novatrice applicable à la télédétection "couleur de l'eau" permettant de dériver les concentrations en DOC à partir des propriétés optiques de la CDOM potentiellement généralisable dans des sites côtiers dominés par les apports terrigènes. Dans un second temps, des études en milieu contrôle (45 jours) couplées à un suivi de terrain (2012-2014) ont été effectuées afin de caractériser spécifiquement la cinétique et l'impact d'une production biologique de matière organique dissoute sur les relations entre CDOM et DOC. Elles ont permis d'identifier un marquage optique (i.e. S320-412) de cette production autochtone de MOD lors de l'efflorescence printanière de Phaeocystis.globosa caractéristique des eaux côtières de la Manche et de proposer une approche pour estimer les contenus en DOC depuis les propriétés optiques du CDOM dans de telles situations de production marine de matière organique dissoute. / The coastal ocean represents an important component of the global carbon cycle however its participation to the overall carbon flux is currently not well constrained. Information on DOC stock and its variability in the coastel ocean is however still very scarce and its represents a strong limitation to our current understanding of the exact role of these ecosystems in the oceanic carbon cycle. In this context, the general aims of this study was to get more insights on dissolved organic carbon dynamics in the coastal ocean through the optical properties of dissolved organic matter (CDOM) that present the advantage to be easily measured from in situ or satellite observations. In practice, in situ data gathered during several sampling cruises conducted in three constrasted continental margins (Eastern Channel, French Guiana, Vietnam) have allowed : (i) the characterization of the strong regional discrepancies in the CDOM-DOC relationships between the three coastal sites investigated, (ii) the possible use of a generalized parameterization to retrieve DOC concentrations from CDOM optical properties (estimated in situ or from ocean color remote sensing)over a large range of coastal sites dominated by terrestrial imput of DOM. A further objective of this work was to investigate the impact on DOM dynamics of the phytoplankton bloom event of Phaeocystis.globosa known to affect the coastal waters of the eastern English Channel during the spring period. In practice, this DOM production was investigated during a 45 days mesocom experiment coupled to field survey data (2012-1014) leading to the identification of an optical marker of this marine CDOM production (i.e. S320-412). We further demonstrated that this optical parameter provides useful information to enhance our ability to retrieve DIC 1 from CDOM optical properties in a context of an algal bloom event.

Cette thèse porte sur l’étude de la transformation de polluants organiques à la surface du sol sous l’effet de la lumière. Deux principaux composés organiques ont été utilisés : une molécule modèle, la phénylbenzo-quinone (PhQ) ; et un pesticide de la famille des carbamates, le carbaryl. Nous avons travaillé sur différents supports : trois supports modèles (silice, sable de Fontainebleau et kaolinite) et sur un sol de la région d’Orange. La phototransformation a été réalisée en utilisant un dispositif qui simule le rayonnement solaire (l>300nm). L’étude des propriétés spectroscopiques de PhQ sur support solide a permis de montrer un élargissement de la bande d’absorption et des effets bathochrome et hyperchrome. Lors de l’irradiation, la concentration et l’épaisseur des films se sont avérés être des paramètres importants à considérer afin de tenir compte respectivement l’effet d’écran et le phénomène de diffusion. Une valeur limite de l’épaisseur égale à 100 μm a été déterminée afin de s’affranchir du processus de diffusion. Le mécanisme de transformation de PhQ s’est avéré être identique à celui observé dans l’eau avec la formation d’un unique produit, la 2-hydroxydibenzofuranne, et la mise en évidence de l’état excité triplet de PhQ. La présence d’eau influence la phototransformation du composé en augmentant la vitesse de transformation. Ceci s’explique par une modification des propriétés d’absorption du support humide qui favorise la pénétration de la lumière. Suite à cette première étude, un travail plus complexe a été entrepris sur la photodégradation du carbaryl à la surface de supports modèles. Le coefficient d’absorption molaire sur la kaolinite et le rendement quantique de transformation ont pu être déterminés pour le carbaryl et d’autres composés organiques. Ceci nous a permis de confirmer l’effet bathochrome, l’effet hyperchrome, ainsi que l’augmentation du rendement quantique : augmentation d’un facteur 10 pour le carbaryl. Les études cinétiques ont montré que la dégradation du carbaryl est effective sur tous les supports. A l’aide des propriétés physico-chimiques des supports, nous avons pu émettre l’hypothèse que la taille des particules contrôle la photodégradation. Celle-ci est plus efficace avec des particules de grande taille, du fait de la meilleure pénétration des photons. Enfin à l’aide d’une étude analytique poussée et de la mise en évidence de la formation de HO• et 1O2, nous avons proposé un mécanisme de photodégradation impliquant des réactions de PhotoFries, de photohydrolyse, de dimérisation et d’hydroxylation. Dans la deuxième partie des travaux sur le sol réel, un protocole original a été mis en oeuvre. Il consiste en un fractionnement préalable du sol suivi d’un traitement chimique afin d’atténuer l’impact de la matière organique. Il a été montré que la dégradation sur le sol et ses fractions est efficace et que la matière organique a un effet bénéfique, à faible concentration, et inhibiteur, à forte concentration, sur la transformation du carbaryl. De plus, le fractionnement a révélé que la photodégradation est d’autant plus importante que les fractions sont constituées de particules de grande taille. Enfin, la formation d’espèces réactives (HO• et 1O2) a été observée systématiquement et plus efficacement pour les fractions sans matière organique suggérant des processus de transformation attribuables à la partie minérale des supports. / This study focuses on the transformation of organic pollutants on soil surface under the influence of the light excitation. Two main organic compounds were used as model molecules, phenylbenzoquinone (PhQ) and a carbamate pesticide, carbaryl. We used several supports : three model supports (silica, sand of Fontainebleau and kaolinite) and a real soil of the region of Orange (France). The phototransformation was carried out using a device that simulates the solar radiation (l > 300 nm). The study of the spectroscopic features of PhQ on solid support shows a broad band of absorption that presents bathochromic and hyperchromic effects. During irradiation, the concentration and the thickness of film were found to be important parameters to be considered in order to avoid the screen as well as diffusion effect. The optimal value of the thickness was determined roughly to 100 μm in order to minimise the diffusion effect. The mechanism of transformation of PhQ is similar to that observed in aqueous solution with the formation of the unique photoproduct 2-hydroxybenzofuran. The process involves the triplet excited state of PhQ. After this work, the first studies are on the phototransformation of carbaryl and other pesticides on model supports. Furthermore, the molar absorption coefficient and quantum yield have been determined in order to confirm the bathochromic and hyperchromic effect and also the increase of the quantum yield (10 times for carbaryl). The degradation process was most effective when the particle size increases. Moreover, from the analytical studies the photodegradation mechanism was suggested involving several reactions such as photofries, photohydrolyse, dimerisation and hydroxylation. The second part of the present work was dedicated to the study on real soil. An original protocol had to be set up. It consisted on a prefractionation of soil followed by a chemical treatment to minimise the impact of organic matter. Concerning the phototransformation of carbaryl, it was shown that the degradation at the surface of soil and its fractions is effective and that the organic matter has a beneficial effect at low concentrations and inhibition effect at high concentrations. Furthermore, fractionation revealed that photodegradation is more important when the fractions are composed of large particles. Finally, the formation of reactive species (HO• and 1O2) was observed consistently and efficiently for fractions without organic matter suggesting transformation processes induced by the mineral part of the supports.

Les matières organiques dissoutes (MOD) constituent un paramètre essentiel de la qualité des milieux aquatiques et du fonctionnement des écosystèmes. La production de MOD dans les sols et leur devenir lors de leur transfert dans les bassins versants ont été étudiés au cours d'expérimentation réalisées à différentes échelles, du microcosme de sol au bassin versant, à l'aide du traçage isotopique des formes stables du carbone (13C). À l'échelle du bassin versant, nous avons mis en évidence le rôle des zones humides dans la formation du carbone organique dissous (COD). Lors d'évènement de crues nous avons néanmoins observé la mobilisation de plusieurs sources de COD pour alimenter les rivières. Au cours d'expérimentations de laboratoire, nous avons démontré que le type d'essence forestière influence le devenir du carbone extractible à l'eau contenu dans les sols. La substitution de forêts natives par des plantations de Douglas diminue les apports de carbone dans le sol et les vitesses de minéralisation du carbone organique du sol lesquelles dépendent aussi de la température. Pourtant, l'évolution du carbone extractible à l'eau des sols de forêt, conditionnée par le type d'essences, ne dépend ni des vitesses de minéralisation du carbone ni de la température. Nous avons donc conclu que dans les horizons de surface des sols forestiers, le COD ne provient pas principalement de la décomposition de la matière organique du sol mais de la végétation par l'intermédiaire des lessivats de litière.

Les travaux du PIREN-Seine, dans lesquels s'inscrit mon travail de thèse, se sont dès le début orientés vers la recherche d'une description du fonctionnement écologique du système aussi déterministe que possible. Dans ce but, l'approche adoptée consiste à décrire les organismes et constituants ainsi que les processus qui ont une influence sur la qualité de l'eau dans le réseau hydrographique. La modélisation a été l'un des outils utilisés pour améliorer notre connaissance des processus et ainsi aider les différents acteurs de l'eau à la prise de décision. Pour étudier l'impact des rejets urbains dans les zones fortement influencées par l'activité humaine, il a été décidé de mettre en oeuvre un modèle bi-dimensionnel plan capable de simuler de façon précise le devenir des différents polluants rejetés en Seine. Grâce à la collaboration entre l'École des Mines et la Direction Études et Recherches d'Électricité de France, nous avons pu utiliser le code de calcul hydrodynamique aux éléments finis, TELEMAC 2D, d'E.D.F. Une première étape a consisté à mettre en oeuvre ce modèle dans le bief de Seine caractérisé par les rejets de la station d'épuration d'Achères pour estimer les vitesses de l'écoulement et les hauteurs d'eau à l'étiage et de connaître, entre autres, le temps de résidence de l'eau pour quelques situations permanentes de bas débit. Les travaux antérieurs du PIREN-Seine ont largement montré que la pollution d'origine organique était étroitement liée aux particules. Bien que l'essentiel du flux de matériel particulaire soit transporté au cours des crues, l'étude du transport en période d'étiage ne doit pas être négligée. La dilution des rejets urbains par l'eau de Seine est plus faible en période d'étiage. Le dépôt est plus intense, le matériel qui le constitue est fortement pollué et les zones de stockage sont plus nombreuses. Il nous est donc apparu important de simuler convenablement le transport solide pour la Seine à l'étiage. Nous avons alors modifié le modèle de transport bi-dimensionnel d'EDF, SUBIEF 2D. La navigation, intense dans cette partie du fleuve, joue un rôle considérable sur les temps de résidence des particules et ainsi sur le devenir des produits contaminants peu ou non solubles. Nous avons donc développé un module de remise en suspension qui prend en compte de façon précise la circulation fluviale : la modélisation du courant de retour, du champ de vitesses généré sur le lit de la rivière par les jets d'hélice, l'utilisation d'une formulation énergétique des processus de dépôt/érosion basée sur la capacité de transport d'un écoulement, nous permet de reproduire les concentrations en MES mesurées dans la colonne d'eau sur l'ensemble du domaine lors des différentes campagnes organisées. Nous en tirons des informations sur la quantité de particules sédimentées dans le bief, la localisation des dépôts frais et le temps de transfert moyen des particules en périodes de basses eaux. Nous appuyant sur le modèle hydraulique et de transport précédemment défini, nous avons mis en place un module biologique reprenant le schéma conceptuel du modèle RIVE utilisé dans le PIREN-Seine. Nous simulons le cycle de l'oxygène en relation avec celui du carbone. Les processus modélisés sont le développement phytoplanctonique, la dégradation de la matière organique par les bactéries hétérotrophes et la production/consommation d'oxygène associée. Une ré-aération à l'interface air-eau est aussi prise en compte. Le modèle simule les évolutions de 24 variables d'état relatives à la colonne d'eau et à la vase non consolidée déposée sur le lit du fleuve. Les processus d'échange entre la colonne d'eau et les sédiments, qu'ils soient diffusifs ou contraints par le dépôt et l'érosion, ont été introduits explicitement dans le modèle. La couche de vase est également le siège de réactions biologiques. Les résultats des simulations pour différents étiages sont confrontés aux données expérimentales dont nous disposons. Ces résultats montrent que la conceptualisation retenue pour le modèle de simulation de la qualité de l'eau est adaptée à la simulation des processus qui dominent dans ce secteur. Une comparaison entre le modèle ProSe, développé à l'École des Mines de Paris, dans ses versions mono-dimensionnelles et à tube de courant, et le modèle bi-dimensionnel TELEMAC-SUBIEF a été réalisée. Cette intercomparaison permet, d'une part, de valider les développements réalisés au sein de SUBIEF 2D, le modèle ProSe ayant été validé dans de nombreuses situations et, d'autre part, de montrer les différences de comportement des modèles mono et bi-dimensionnels dans le secteur d'étude.

L'étude des interactions métaux traces – matière organique naturelle marine est rendue difficile par leurs faibles concentrations en milieux marins et côtiers. Ce travail propose un protocole d'analyse permettant la détermination des propriétés de complexation de la matière organique naturelle dissoute (MOND), et plus spécifiquement la MOND marine, vis-à-vis de contaminants métalliques comme le cuivre. L'approche par concentration de la MOND est habituellement utilisée, mais il est possible de travailler directement sur l'échantillon naturel, sans lui faire subir d'étapes de pré-concentration ou de traitements physico-chimiques susceptibles d'altérer significativement sa structure. La mise en place de ce protocole analytique fournit des paramètres de complexation directement utilisables dans des logiciels de spéciation chimique, ou de transports de polluants, pour prédire la biodisponibilité des métaux traces. Les principaux obstacles au développement de ce protocole ont été d'adapter la manière de travailler aux très faibles concentrations de métaux et de carbone, en milieu principalement marin. La technique électrochimique de DPASV permet d'atteindre une limite de détection suffisamment basse pour étudier les échantillons directement dans les conditions naturelles. L'utilisation d'une titration métallique, en mode logarithmique, permet de balayer une gamme de concentration métallique suffisamment large pour déterminer les paramètres de complexation de la MOND pour des concentrations en carbone aussi basses que celles pouvant être rencontrées dans le milieu naturel. Des résultats identiques sont obtenus en traitant la cinétique de complexation des échantillons analysés. Ce protocole, appliqué à des MOND concentrées et non concentrées, et testé sur différents échantillons de MOND marines et estuariennes, montre qu'une approche rapide sans concentration de la MOND est possible. Toutefois, la concentration de la MOND a aussi été utilisée afin de déterminer les paramètres de complexation d'une MOND marine modèle tenant compte du calcium, du cuivre et du proton.

La matière organique particulaire (POM) des aérosols atmosphériques présente une composition chimique particulièrement complexe. Au mieux, seulement 20 % en masse des particules parviennent à être identifiés par les techniques de spéciation moléculaire. D'autre part, les méthodes d'analyse globale conduisent à une simplification importante de la matrice et par conséquent à une perte d'informations. Les travaux menés au cours de cette thèse s'inscrivent dans un objectif de développement de méthodes d'analyse chimique innovantes et complémentaires, permettant une meilleure connaissance et une meilleure compréhension de la fraction organique des aérosols atmosphériques. Trois méthodes d'analyse fonctionnelle par spectrométrie de masse tandem (MS/MS) ont été mises au point, pour la détermination quantitative des fonctions chimiques carboxyliques (RCOOH), carbonyles (R-CO-R') et nitros (R-NO2). Dans les trois cas, la précision des mesures a été estimée par le calcul de la variabilité obtenue pour l'analyse de 25 mélanges références constitués de 16 à 31 composés selon la fonction étudiée, dans des proportions différentes d'un mélange à un autre. Le résultat de cette étude statistique montre une erreur analytique inférieure à 20 % pour chacune des trois fonctions. Les limites de détection (de l'ordre de 0,005 mM) et la gamme de linéarité (0,01 - 0,5 mM) ont permis d'appliquer les méthodes développées sur des échantillons d'aérosols organiques secondaires produits en chambre de simulation, d'aérosols à l'émission, et sur des aérosols atmosphériques. Les résultats obtenus sont cohérents avec la littérature et notre connaissance actuelle des aérosols. Plusieurs pistes de réflexion sur l'utilisation des méthodes développées sont enfin présentées et montrent l'intérêt de cette nouvelle approche en termes d'études des sources et de vieillissement de l'aérosol.