L’évolution spatio-temporelle des populations d’Ophiocomina nigra et d’Ophiothrix fragilis (Ophiuridés, Echinodermes) a été étudiée dans deux écosystèmes contrastés de la pointe de Bretagne (France); la rade de Brest et la baie de Douarnenez. Entre la fin des années 80 et 2011, la population d’O. nigra s’est très largement étendue sur l’ensemble des zones d’études et a vu sa densité augmenter d’un facteur 5 en rade de Brest. Dans ce site, l’expansion d’O. nigra a généré de profonds changements qui se sont progressivement traduits entre autre par une exclusion spatiale d’O. fragilis du bassin central vers la partie sud de la zone d’étude où l’espèce colonise des coquilles vides de crépidules; Crepidula fornicata. L’expansion d’O. nigra a été mise en relation avec la combinaison de possible changements globaux du milieu et les traits biologiques de l’espèce. Les isotopes stables naturels (δ13C & δ15N) et les marqueurs d’acides gras ont été utilisés pour décrire l’écologie trophique des deux ophiures par un suivi in situ, sur des stations sélectionnées en raison de leurs situations contrastées (influence continentale vs influence océanique). Les facteurs de discrimination (∆δ13C et ∆δ15N) ont été calculés en expérimentation pour les deux espèces avec trois types de sources et ont montré principalement un effet de la qualité de la nourriture et de l’état reproducteur des espèces sur ces facteurs et des différences interspécifiques. Le suivi in situ a principalement révélé des différences interspécifiques dans l’alimentation des espèces. Le phytoplancton (diatomées) apparait en été comme une source majeure pour les deux espèces et plus importante pour O. fragilis. Des valeurs en δ15N plus élevées chez O. nigra par rapport à O. fragilis associées à une plus forte contribution de bactéries, de détritus et de matériel d’origine animal, indiquent que l’espèce exploite une grande diversité de sources de nourriture expliquant en partie son succès. Les macroalgues (Ulva sp) et les apports terrigènes semblent jouer un rôle trophique mineur pour les deux espèces, malgré une augmentation significative dans les sites plus confinés en fin d’étude. / The temporal and spatial changes in the densities and biomass of two co-occurring ophiuroid populations Ophiocomina nigra and Ophiothrix fragilis (Ophiuroidea, Echinodermata) were studied in two contrasted coastal systems at the tip of Brittany (France); the Bay of Brest and the Bay of Douarnenez. Ophiocomina nigra increased about 5 times in density in the Bay of Brest. The current distribution pattern in this site revealed a spatial exclusion of O. fragilis from the central part toward the southern part of the study area and now overlapped dead slimper-limpet Crepidula fornicata beds. The success of O. nigra colonization is linked to its biological and functional traits, as well as deep changes in food supply over the studied period. Stable isotopes (δ13C and δ15N) and fatty acids were used as complementary tools to characterize the trophic ecology of these 2 ophiuroids. Preliminary, the tissue-diet discrimination factors (Δδ13C and Δδ15N) were studied and revealed differences between species but appeared to be mainly driven by the diet and to a lesser extent the physiological state of the organisms. We designed a field survey and used the dual stable isotope and fatty acid biomarkers approach to explore the contribution of oceanic vs continental inputs to the diet of ophiurids, according to seasons. In our study, spatiotemporal variations in stable isotopes and fatty acid profiles of ophiurids were generally low compared to interspecific differences. Both ophiurids rely mainly on phytoplankton (diatoms) inputs with higher contribution for O. fragilis. The more δ15N-enriched values as well as higher contribution of bacteria, detritus and animal material inputs to the diet of O.nigra supported a broad range of food sources to the diet of O. nigra. The terrestrial and/or green algae did not contribute greatly to the diet of ophiurids despite a significant increase of these food sources at the end of the study period in both inside sites.

L’estuaire de la Gironde est le plus grand estuaire macrotidal d’Europe formé par la confluence de la Garonne (où se situe l’agglomération de Bordeaux) et de la Dordogne. L’une de ses principales caractéristiques est la présence d’une zone à forte turbidité (bouchon vaseux) où les processus hétérotrophes (dégradation de la matière organique) sont favorisés et où au contraire les processus autotrophes (production primaire) sont limités par le manque de lumière. Ainsi, des déficits en oxygène pouvant être préjudiciables à la vie aquatique se développent systématiquement dans la zone du bouchon vaseux de la Garonne estuarienne. Ces préoccupations environnementales ont donc conduit à étudier en détail dans le cadre de ce travail de doctorat, les facteurs environnementaux qui provoquent ces hypoxies estuariennes. Dans un premier temps, j’ai réalisé un suivi sur le réseau d’eaux urbaines partiellement séparatif et unitaire de la Communauté Urbaine de Bordeaux, de ses stations d’épurations et déversoirs d’orage afin d’appréhender les apports urbains de matières organique et azotées et de les comparer à ceux en provenance du bassin versant amont. Bien que les deux stations d’épuration réalisent des abattements très significatifs sur la matière organique et l’ammonium, il s’avère que les flux vers le milieu naturel restent importants, notamment durant les périodes estivales, pendant lesquelles des orages peuvent engendrer des déversements d’effluents non traités. Ensuite, des expériences d’incubations ont permis de mettre en évidence le caractère fortement labile de cette matière organique urbaine. Le carbone organique dissous et l’ammonium, contenus dans les eaux usées, sont des composés fortement consommateurs en oxygène. Des expériences de respirométrie ont également permis d’estimer les taux de consommation en oxygène nettement plus importants dans les effluents urbains que dans les eaux de la Gironde. Enfin, l’analyse des données du réseau de mesures en continu de la qualité physico-chimique des eaux MAGEST (MArel Gironde ESTuaire) a démontré que l’estuaire subit dans sa section garonnaise des périodes d’hypoxie lors d’étiages prononcés, la masse d’eau la plus affectée par ces désoxygénations étant celle qui oscille aux alentours de l’agglomération de Bordeaux. Si ces résultats démontrent l’impact significatif de l’agglomération Bordelaise, le traitement statistique des données MAGEST pour la période 2005-2011 montre que les phénomènes de désoxygénation sont accrus en période d’étiage prononcé, en présence du bouchon vaseux et lorsque la température de l’eau est élevée. Dans ces conditions, l’oxygène dissous, déjà présent en faible quantité, peut être rapidement consommé lors d’apports supplémentaires d’eaux urbaines non traitées qui ont lieu pendant de fortes précipitations orageuses. Ce travail démontre également que le type de traitement biologique des eaux usées employé par les stations d’épuration et les capacités de stockage temporaire d’eaux d’orages ont un rôle critique sur les bilans de ces composés rejetés dans le milieu naturel. Enfin, ce travail permet de proposer aux gestionnaires des stratégies de rejets des effluents à court et moyen terme, en fonction des conditions hydrologiques et physico-chimiques du milieu, dans le but de limiter leur impact sur l’oxygénation des eaux estuariennes de la Garonne. / The Gironde Estuary is the largest macrotidal estuary in Western Europa, formed by the Garonne River (where the urban area of Bordeaux is located) and the Dordogne River. One of its main characteristics is the presence of a Turbidity Maximum Zone (TMZ) where heterotrophic processes (organic matter decomposition) are favored and where low penetration of light limits autotrophic processes (photosynthetic activity). Low dissolved oxygen (DO) that could impact aquatic biota occurred exclusively in the fluvial, low salinity and high turbidity sections of the estuary. These environmental concerns have led to study in detail in this work factors that cause estuarine hypoxia. First, I have estimated organic matter and ammonium fluxes from urban inputs in separate and combined sewer network of the Urban Community of Bordeaux, its wastewater treatment plants (WWTP) and combined sewer overflow, to compare them to the upstream watershed inputs. Even if the two WWTPs succeed in significant reduction in organic matter and ammonium contents of effluents, discharges into estuarine waters are important especially during summer, periods while storm events can generate untreated effluent inputs. This work demonstrates the high lability of this urban organic matter through incubation experiments. The dissolved organic carbon and ammonium contents in wastewater consume oxygen. Respirometry experiments allowed us to estimate higher oxygen uptake rates in wastewater than in the waters of the Gironde Estuary. Finally, the analysis of 7-yr data series from the continuous monitoring of the physico-chemical water quality (MAGEST network: MArel Gironde ESTuary) highlights periods of hypoxia in the upstream section of the estuary during pronounced low water around the Bordeaux conurbation. Statistical treatments of the 7-yr time series of DO concentration demonstrate the significant impact of the Bordeaux metropolitan area as it appears that the under-oxygenations increase during marked low water, in the presence of the TMZ, when the water temperature is high, and where the dissolved oxygen content is already low and can be quickly consumed after untreated storm water discharges. This study also shows that the nature of biological treatment used by the WWTPs and the temporary storage capacity of storm water have a critical role in the release of such compounds into the environment. This work finally provides strategies for effluent discharges to water managers, to short and medium terms, based on hydrological and physico-chemical conditions of the environment in order to limit their impact on the water oxygenation of the Garonne River.

Au sein des sols forestiers, la richesse taxonomique et le rôle des microorganismes eucaryotes (en grande partie des champignons) restent encore largement méconnus. L’espèce d’arbre est un des facteurs qui structurent les communautés de ces microorganismes. Nous avons étudié l’impact de l’essence forestière (hêtre et épicéa) sur la diversité taxonomique et fonctionnelle de ces communautés par une approche métatranscriptomique et une approche biochimique (focalisée sur les champignons ectomycorhiziens). Nous avons montré un effet de la séquence étudiée (ADNr 18S, ADNc) sur la distribution taxonomique des communautés et développé un nouveau marqueur moléculaire mitochondrial pour l’étude des communautés de champignons métaboliquement actifs. L’identification de gènes d’intérêt écologique et industriel par séquençage systématique des banques métatranscriptomiques ainsi que l’identification fonctionnelle d’une nouvelle famille de transporteursmembranaires montrent l’intérêt de l’approche métatranscriptomique. L’approche biochimique a consisté en un dosage à haut débit, sur des extrémités racinaires ectomycorhizés, d’activités enzymatiques liées à la dégradation de la matière organique et à la mobilisation de l’azote et du phosphore du sol. L’ensemble de ces approches a permis de montrer un impact de l’essence forestière sur la nature des espèces présentes plutôt que sur la richesse taxonomique et une préférence d’hôte de certains groupes fongiques ectomycorhiziens. L’approche biochimique a montré une redondance fonctionnelle importante pour certaines activités enzymatiques tandis qu’une autre activité enzymatique était spécifique d’un groupe taxonomique fongique. / In forest soils, taxonomic richness and functional diversity of eukaryotic microorganisms (mainly Fungi) remain largely unknowned. Tree species is one of the main factors that structure eukaryotic microbial communities. We have studied the impact of tree species (beech and spruce) on taxonomic and functional diversity of these communities by using a metatranscriptomic approach and a biochemical one focusing on ectomycorrhizal fungi. We showed an effet of different sequences (18S rDNA, cDNA) on taxonomic composition of eukaryotic microbial communities and we developped anew mitochondrial molecular marker for the study of metabolically active fungal communities. Identification of ecologically and industrially important genes by the shotgun sequencing of metatranscriptomic libraries and also identification of a new family of transmembrane transporter demonstrate the great potential of the metatranscriptomic approach. The biochemical approachconsisted in a multiple enzymatic test carried out on ectomycorrhizal roots, of enzyme activities linked to organic matter degradation and phosphorus and nitrogen mobilization. All these approaches revealed an impact of tree species on the microbial species composition but not on taxonomic richness and also host preference for some ectomycorrhizal taxonomic groups. The biochemical approach showed a high functional redundancy for some enzyme activities while one activity was very specific of an ectomycorrhizal taxonomic group.

Dans cette thèse, nous nous focalisons sur le problème de la décomposition polyadique minimale de tenseurs de dimension trois, problème auquel on se réfère généralement sous différentes terminologies : « Polyadique Canonique » (CP en anglais), « CanDecomp », ou encore « Parafac ». Cette décomposition s'avère très utile dans un très large panel d'applications. Cependant, nous nous concentrons ici sur la spectroscopie de fluorescence appliquée à des données environnementales particulières de type échantillons d'eau qui pourront avoir été collectés en divers endroits ou différents moments. Ils contiennent un mélange de plusieurs molécules organiques et l'objectif des traitements numériques mis en œuvre est de parvenir à séparer et à ré-estimer ces composés présents dans les échantillons étudiés. Par ailleurs, dans plusieurs applications comme l'imagerie hyperspectrale ou justement, la chimiométrie, il est intéressant de contraindre les matrices de facteurs recherchées à être réelles et non négatives car elles sont représentatives de quantités physiques réelles non négatives (spectres, fractions d'abondance, concentrations, ...etc.). C'est pourquoi tous les algorithmes développés durant cette thèse l'ont été dans ce cadre (l'avantage majeur de cette contrainte étant de rendre le problème d'approximation considéré bien posé). Certains de ces algorithmes reposent sur l'utilisation de méthodes proches des fonctions barrières, d'autres approches consistent à paramétrer directement les matrices de facteurs recherchées par des carrés. / In this manuscript, we focus on the minimal polyadic decomposition of third order tensors, which is often referred to: “Canonical Polyadic” (CP), “CanDecomp”, or “Parafac”. This decomposition is useful in a very wide panel of applications. However, here, we only address the problem of fluorescence spectroscopy applied to environment data collected in different locations or times. They contain a mixing of several organic components and the goal of the used processing is to separate and estimate these components present in the considered samples. Moreover, in some applications like hyperspectral unmixing or chemometrics, it is useful to constrain the wanted loading matrices to be real and nonnegative, because they represent nonnegative physical data (spectra, abundance fractions, concentrations, etc...). That is the reason why all the algorithms developed here take into account this constraint (the main advantage is to turn the approximation problem into a well-posed one). Some of them rely on methods close to barrier functions, others consist in a parameterization of the loading matrices with the help of squares. Many optimization algorithms were considered: gradient approaches, nonlinear conjugate gradient, that fits well with big dimension problems, Quasi-Newton (BGFS and DFP) and finally Levenberg-Marquardt. Two versions of these algorithms have been considered: “Enhanced Line Search” version (ELS, enabling to escape from local minima) and the “backtracking” version (alternating with ELS).

Le développement des outils analytiques pour l'analyse de la matière organique complexe en géochimie organique a connu de nombreuses avancées ces dernières années. Ce développement a permis de répondre à un grand nombre de questions quant à la composition de la matière organique. Cependant, beaucoup des points restent encore à élucider comme notamment la caractérisation des fractions de hauts poids moléculaires ainsi que le suivi de la réactivité de la matière organique. Ce travail de thèse a eu pour objectif (i) d'adapter les techniques de spectrométrie de masse déjà existantes pour l'analyse de la matière organique fossile (notamment par la sélection de la source d'ionisation atmosphérique la plus adaptée) mais également (ii) de développer un nouveau type de couplage entre la chromatographie d'exclusion stérique (SEC) et la spectrométrie de masse APPI-QTOF pour l'analyse des fractions peu polaires de hauts poids moléculaires. L'adaptation du l'APPI-QTOF a tout d'abord permis de mieux comprendre la réactivité de contaminants organiques polyaromatiques en présence de phases minérales. Le couplage SEC-APPI-QTOF a, quant à lui, permis d'améliorer les connaissances sur la structure des asphaltènes. Cependant, malgré la « simplification » rendue possible par la SEC, la très grande quantité d'informations reste difficile à interpréter et prend beaucoup de temps. Un modèle mathématique a donc été développé basé sur des analyses numériques et statistiques des spectres de masse, permettant de les comparer entre eux afin de distinguer l'origine des échantillons et de suivre l'impact de processus physico-chimiques (altérations naturelles - traitements de remédiation). / The development of analytical tools for organic geochemistry analysis has increased these past years. This development has allowed answering many questions about organic matter composition. However, many issues remain to be clarified including the characterization of high molecular weight fractions and monitoring the reactivity of organic matter. This thesis has focused on both (i) existing method improvements for fossil organic geochemistry analysis but also on (ii) developing a new type of coupling between the size exclusion chromatography (SEC) and the APPI-QTOF mass spectrometry for high molecular weight weakly polar fractions. Adjustments on APPI-QTOF mass spectrometry have allowed a better understanding of polyaromatic organic contaminant reactivity in presence of mineral matrices. The success of this coupling has allowed a better understanding of the structure of asphaltenes. However despite the "simplification" obtained by the SEC, the large amount of information remains difficult to interpret and time-consuming. A mathematical model has been developed based on numerical and statistical analysis of mass spectra, allowing direct comparison of mass spectra and being able to identify several types of information such as origins of samples, monitoring of physico-chemical processes and also the efficiency of soil recovery treatments as well as the identification of analytical protocols.

En contexte équatorial, les sédiments intertidaux sont colonisés par un continuum écologique allant de vasières en cours de stabilisation à des sols colonisés par divers faciès de mangroves. Les fonctions microbiennes édaphiques de ces écosystèmes sont méconnues. Ces recherches ont donc eu pour objectif de définir les facteurs de contrôle et de variabilité spatio-temporelle des fonctions microbiennes des milieux estuariens et littoraux de Guyane française. Elles ont été conduites sur divers stades de colonisation biologique de ces habitats et à diverses échelles spatio-temporelles en tenant compte du rôle de l'instabilité hydro-sédimentaire et des variabilités induites par les saisons hydro-climatiques. Différents facteurs pouvant influencer les fonctions microbiennes ont été considérés : i) la qualité chimique (RMN solide du 13C) de la MOS en fonction de la composition des formations végétales et de leurs stades de développement ; ii) les caractéristiques physico-chimiques des sédiments et des eaux interstitielles en fonction de la localisation des divers faciès de mangroves. Les résultats ont mis en évidence l'importance des instabilités hydro-sédimentaires dans la mise en place et la structuration des fonctions microbiennes sédimentaires de Guyane. En outre, pour les différents modèles étudiés, les facteurs de structuration sont apparus variables. Néanmoins, la MO, en termes de quantité et de qualité, s'est révélée être un facteur prépondérant pour l'expression de ces fonctions des stades allant de la vasière nue à la jeune mangrove. En revanche, il est apparu plus difficile de discerner des facteurs structurants génériques pour les divers faciès de mangroves matures. / Under equatorial conditions, coastal sediments of intertidal mudflats form an ecological continuum, from bare mud being stabilized to soil settled by various mangrove facies. Edaphic microbial functions of terrestrial ecosystems are extensively documented; on the contrary, this is not the case with regards to sedimentary environment. This study had the main objective defining the drivers of the spatiotemporal variability of microbial functions (aerobic respiration, metabolic diversity, and enzyme activities) in coastal sediments of French Guiana. These researches were carried out according to biological colonization states (mudflats, pioneer and mature mangroves) and using various spatiotemporal scales considering the fundamental role of the hydro-sedimentary instability and potential variability due to hydro-climatic seasons. Different factors which can influence microbial functions were studied: i) the chemical quality (13C solid-state NMR) of OM with respect to vegetation presence and composition, and its development state; ii) the physicochemical characteristics of sediments and porewaters according to localization and topography of the different mangrove facies. Generally, results showed the importance of hydro-sedimentary instability for the establishment and structuring of microbial functions. Moreover, giving the different models, structuring factors were variables. However, OM, in terms of quantity and quality, was overriding for the expression of these functions and this was true for the evolution states from mudflat to young mangrove. By contrast, it appeared much more difficult discerning generalizable drivers for mature mangroves.

La communauté scientifique, en relation avec les gestionnaires forestiers, travaille depuis trente ans à l'élaboration d'outils d'aide à la décision. Cependant, aucune approche de modélisation ne permet une évaluation simultanée de l'impact sur la forêt des changements globaux et de la gestion des services écosystémiques. L'élaboration d'une nouvelle génération de modèles dédiés au couplage sol-plante est indispensable pour aider les gestionnaires forestiers à adapter leurs pratiques sylvicoles face aux changements globaux. Les modèles phénoménologiques issus de la dendrométrie proposent des estimations de croissance et de production tenant compte des pratiques sylvicoles. Leur utilisation est limitée par leur dépendance à un indice de fertilité combinant de manière indifférenciée l'influence du climat et des cycles biogéochimiques. La remise en jeu de la notion d'indice de fertilité nécessite de tirer avantage des concepts issus des modèles à base écophysiologiques et biogéochimiques. La modélisation de la dynamique mensuelle du renouvellement foliaire par le modèle Stand Leaf Canopy Dynamics a permis d'estimer: i) la dynamique de l'indice foliaire, ii) la production de litière foliaire. Ce modèle probabiliste tient compte de l'influence du climat, de la disponibilité en eau de l'écosystème et repose sur des hypothèses écologiques fortes sur les mécanismes impliqués dans la longévité des feuilles. Ce modèle pose les bases de l'intégration du cycle de l'eau aux modèles dendrométriques par couplage avec un modèle écophysiologique. Le modèle de décomposition de la matière organique le long d'un profil de sol vertical proposé par Bosatta et Ågren (1996) a été analysé mathématiquement afin d'étudier le devenir des chutes de litières dans le sol forestier. Nous avons proposé: i) une preuve d'existence et l'unicité de solutions à l'équation de transport intégro-différentielle du modèle, ii) des schémas de différences finies implicites-explicites convergents estimant les solutions du modèle et iii) une discussion autour des hypothèses sous-jacentes à une troncature du modèle proposée par Bosatta et Ågren. Ces deux étapes sont des leviers indispensables à l'étude des cycles biogéochimiques dans une approche à base dendrométrique. L'influence du climat et de la phénologie sur le cycle de l'eau, la décomposition des litières foliaires et la chimie du sol constituera une prochaine étape de modélisation. / The scientific community, in collaboration with forestry managers, developed decision support tools since thirty years. However, current modelling approaches do not allow simultaneous estimations of global changes impact management policies on forests. The design of a new generation of models dedicated to soil-plant coupling is necessary to help forest managers to adapt forestry practices to face global changes. Phenomenological models arising from dendrometry estimate forest growth \& yield and take into account of silvicultural practices. Their use is limited by their dependence to a fertility index, which combines implicitly the influence of climate and biogeochemical cycles. A re-examination of fertility index concept is necessary to take advantage of concepts developed in ecophysiological and biogeochemical models. Modelling the monthly dynamics of foliar renewal with the Stand Leaf Canopy Dynamics model permited: i) to estimate leaf area index dynamics, ii) to model foliar litter production. This probabilistic model takes into account climate influence, ecosystem water availability and lies on strong ecological hypothesis on mechanisms involved in leaf longevity. This model, associated with an ecophysiological model, permits to integrate water cycle to dendrometric models. The soil organic matter decomposition along a vertical soil profile model introduced by Bosatta et Ågren (1996) was analyzed to study the future of litterfall in forest soil. We proposed: i) a proof of existence and uniqueness of solutions to the integro-differential transport equation of the model, ii) convergent implicit-explicit finite differences schemes estimating model solutions and iii) a discussion on hypothesis underlying a model truncation introduced by Bosatta et Ågren. These two modelling steps are essential to consider biogeochemical cycle with a dendrometric approach. Climate and phenology influence on water cycle, litterfall decomposition and soil chemistry are the elements of a future modelling phase.

Cette étude transdisciplinaire incluant sédimentologie, stratigraphie séquentielle, chimiostratigraphie, et géochimie organique et inorganique, examine la série carbonatée du Jurassique moyen-supérieur dans la chaîne du sud-ouest Gissar. Cette série représente l’affleurement le plus complet de la marge nord du Bassin d’Amu-Darya, une province gazière majeure d’Asie Centrale. La production de carbonates commence au début du Callovien, lors d’un ralentissement de la subsidence tectonique régionale associé à un réchauffement climatique. Un changement majeur dans la production carbonatée et la configuration de la plate-forme est enregistré à la fin du Callovien. Ce changement se caractérise par le passage (i) d’une rampe carbonatée avec un gradient proximal-distal bien contrasté du Callovien à (ii) un lagon à faciès péritidaux probablement protégé par des récifs de grande dimension à l’Oxfordien. La surface stratigraphique séparant ces deux séquences est interprétée comme une surface d'émersion régionale, enregistrant une chute du niveau marin entraînée par la tectonique et le climat. Durant la partie terminale de l’Oxfordien moyen, un ou plusieurs bassins intrashelfs sont localisés au sud-ouest de la plate-forme carbonatée. Des carbonates fins nodulaires ou laminés se déposent dans des eaux stratifiées, légèrement hypersalées et anoxiques à dysoxiques, où des tapis microbiens produisent de la matière organique et des carbonates. Ces faciès enregistrent l’initiation de la restriction du Bassin d’Amu Darya, qui se poursuit avec la progradation d’une sabkha et le dépôt de séries anhydritiques et salifères. La comparaison des séries sédimentaires met en évidence des évènements stratigraphiques communs entre le sud-ouest Gissar et les autres bassins des marges nord téthysienne et sud téthysienne : initiation de la plate-forme carbonatée, excursions isotopiques du carbone, âge et mode de formation des roches mères organiques (etc.), impliquant des contrôles climatiques et/ou tectoniques à grande échelle. L’étude pétrographique et géochimique de la diagenèse des carbonates révèle une paragenèse complexe. Certains faciès sont influencés par la fabrique sédimentaire lors de la diagenèse précoce. La succession des phases diagénétiques est reliée à la stratigraphie et à la subsidence des carbonates. Après leur dépôt, les sédiments de la série du Kugitang ont été enfouis à plus de 2 km de profondeur. Des phases liées à des fluides chauds et possiblement à la réduction thermochimique des sulfates se mettent en place durant la Mésogenèse. Finalement, les données stratigraphiques à haute résolution obtenues sur les affleurements du sud-ouest Gissar sont utilisées pour aider à la prédiction de la répartition des réservoirs d’hydrocarbures en subsurface du Bassin d’Amu-Darya. / This transdisciplinary study including sedimentology, sequence stratigraphy, chemostratigraphy, and organic and inorganic geochemistry examines the Middle-Upper Jurassic carbonates series located in the southwestern Gissar range. These carbonates, also known as the Kugitang series, represent the most complete outcrop of the northern margin of the Amu-Darya Basin, a gas-producing province of Central Asia. Carbonate production begins in the late Early Callovian during a regional slowing of the tectonic subsidence, coeval with a climate warming. A major change in the carbonate production and platform configuration is recorded at the end of the Callovian: (i) a carbonate ramp with a well-contrasted proximal-distal gradient develops during the Lower to Middle or Upper Callovian. It is overlain by (ii) a vast low energy lagoon dominated by peritidal facies, probably protected by large reefs, during the Lower and Middle Oxfordian. The stratigraphic surface separating the two depositional sequences is associated with a hiatus (Upper Callovian-Lower Oxfordian) and interpreted as a regional exposure surface recording a sea-level drop caused by tectonics and/or climate. During the Middle Oxfordian, one or several intrashelf basins develop southwestwards of the studied carbonate platform. Laminated and nodular carbonates rich in organic matter predominate in these basins. They are interpreted to have formed through the mineralization of microbial mats colonizing the stratified, slightly hypersaline, anoxic to dysoxic basin floor. Large scale reefs may have favored the isolation of these basins. These deposits record the initiation of the tectonic isolation of the Amu Darya Basin, which culminates with the progradation of a large-scale sabkha and the deposition of a thick anhydrite and salt series. The comparison of stratigraphic series highlights common events in several basins of the northern Tethyan margin, but also with the Arabian Plate: initiation of the carbonate platform, carbon isotope excursions, age and depositional conditions of organic-matter rich rocks, etc. The petrography and geochemistry of carbonates reveal a complex diagenetic history. Some facies are strongly controlled by the sedimentary fabric. The diagenetic succession is tentatively linked with the stratigraphy and the subsidence history. Following deposition, the Kugitang series was buried at more than 2 km. Some cements are interpreted to have formed through the circulation of hot fluids in the rocks during the mesogenesis and possibly due to thermochemical sulfate reduction, especially in the Callovian Sequence. Finally, the high-resolution stratigraphy established in this study is used to help improving the prediction of carbonate reservoirs in the subsurface Amu Darya Basin.

La destruction par brûlage de munitions chimiques de la Première Guerre Mondiale a provoqué une contamination importante de la partie supérieure du sol du site de la Place-à-Gaz par l’arsenic, le zinc, le cuivre et le plomb. Le traitement thermique a eu pour effet de minéraliser l’As des agents de guerre organoarséniés, et de former un assemblage minéral inattendu composé d’arséniates de Zn, Cu et Fe, et d’une phase amorphe riche en Fe, As, Zn, Cu et Pb. Ce matériel amorphe est la principale phase porteuse de l’As et des métaux dans la zone la plus polluée. Le site est sujet à des changements environnementaux pouvant affecter la stabilité des contaminants inorganiques. Afin d’évaluer l’impact d’épisodes de saturation en eau et de l’apport de matière organique sur les cycles biogéochimiques des métaux et de l’As, une étude en mésocosme a été menée. Les résultats montrent que la phase amorphe est instable en conditions saturées, et libère des contaminants dans l’eau interstitielle du sol. Comme sur le site, les contaminants les plus mobiles sont le Zn et l’As. L’addition de matière organique a induit une immobilisation de l’As, par piégeage de l’As V sur les oxyhydroxydes de fer, dans la partie saturée du sol. La caractérisation du compartiment microbien a été effectuée via des dénombrements, une analyse de la diversité bactérienne et des tests d’activités d’oxydation de l’As III et de respiration et. Les résultats montrent que les microorganismes ont contribué activement au métabolisme du C et de l’As. L’apport de matière organique a promu la croissance des microorganismes As III-oxydants et As Vréducteurs et modifié la structure des communautés bactériennes. Cependant, un effet négatif de la matière organique sur la vitesse d’oxydation de l’As III a été observé, entrainant une augmentation des concentrations d’As III en solution. Cette étude en mésocosme a montré que le dépôt naturel de litière organique a des conséquences antagonistes sur le transfert des contaminants inorganiques. Ces résultats fournissent de plus amples informations sur l’impact environnemental de la Grande Guerre et, de façon plus générale, sur les processus biogéochimiques contrôlant le comportement des métaux/métalloïdes sur les sites pollués. / The thermal destruction of chemical munitions from World War I, on the site of “Place-à-Gaz”, induced intense local top soil contamination by arsenic and heavy metals. The heat treatment mineralized As from organoarsenic warfare agents, resulting in a singular mineral assemblage, composed of Zn, Cu and Fe arsenates and of an amorphous phase rich in Fe, As, Zn, Cu and Pb. The amorphous material was the principal carrier of As and metals in the central part of the site. The site undergoes environmental changes which may alter the stability of inorganic contaminants. To assess the impact of water saturation episodes and input of bioavailable organic matter on the biogeochemical cycles of metal(loid)s, a mesocosm study was conducted. Results showed that amorphous phase was instable in saturated conditions, and released contaminants in soil water. As previously observed on site, the most mobile contaminants were Zn and As. The addition of organic matter induced the immobilization of As by trapping of As V onto hydrous ferric oxides in the saturated soil. Microbial characterizations including counting, bacterial community structure, respiration, and determination of As IIIoxidizing activities were performed. Results showed that microorganisms actively contribute to the metabolisms of C and As.The addition of organic matter induced the increase of As III-oxidizing and As V-reducing microorganisms concentrations and modified the bacterial diversity. However, a negative effect of organic matter on the activity of As III oxidation was observed resulting in higher As III concentration in soil water. This study showed that the natural deposition of forest organic litter on the site, induced antagonist effects on the transfer of inorganic pollutants did not immobilize all the Zn and As and even contributed to As III transport to the surrounding environment. These results provide more information about the environmental impact of the Great War and more generally about the processes driving the behavior of metals/metalloids on polluted sites.

Les sols forestiers contiennent des stocks de C importants et la gestion de tels espaces naturels est donc cruciale dans le contexte du changement climatique. Ce travail s’attache à comprendre quels leviers (facteurs environnementaux, pratiques sylvicoles) contrôlent le fonctionnement microbien des sols de peuplements représentatifs de Provence calcaire en considérant différentes échelles spatiales. La hiérarchisation des facteurs modulant le fonctionnement des sols forestiers a mis en évidence une structuration des communautés fonctionnelles microbiennes à l’échelle régionale par les conditions bioclimatiques (bioclimats sub-humide vs. humide), et une modulation des activités enzymatiques à l’échelle locale par la MO définie par le peuplement (Quercus ilex et Pinus halepensis vs. Q. pubescens et P. sylvestris en composition pure ou mixte). Les effets de la mixité forestière (décrite via les surfaces terrières et les densités des troncs) sur le fonctionnement du sol a été évaluée dans les deux contextes bioclimatiques: la complémentarité des essences en peuplements mixtes sous bioclimat humide favorise le recyclage de la MO et induit une diminution des stocks de C et N, cet effet non-additif des essences n’est pas observé sous bioclimat sub-humide. L’addition de différents types de rémanents (feuilles/aiguilles vs. bois) a été testée en mésocosmes : les équilibres entre les populations fongiques et bactériennes sont conditionnés par le ratio C/N, lui-même dépendant du type de rémanents apporté. Ainsi, ces résultats indiquent que les pratiques sylvicoles pourraient orienter les dynamiques des flux de C dans les sols forestiers. / Since forest soils can store large carbon amounts, the management of such ecosystem is of major importance considering the forecasted climate change. This work aims at understanding which drivers (environmental factors and sylvicultural practices) control soil microbial functioning in forest stands of Provence (South of France) considering different spatial scales. The hierarchization of drivers showed that microbial functional diversity is driven at the regional scale by bioclimatic conditions (sub-humid vs. humid bioclimate) and enzyme activities at the local scale by the organic matter print defined by stand composition (Quercus ilex and Pinus halepensis vs. Q. pubescens and P. sylvestris in pure or mixed stand). Mixed forest composition and structure (described through basal area and density of trunks of pines and oaks) influenced soil functioning differently depending on the bioclimate: the complementarity of species in mixed stands in humid bioclimate favoured organic matter recycling and induced a decrease in C and N stocks, while an additive effect of tree species was found in sub-humid bioclimate. Amendments with different types of logging residues (leaves / needles vs. wood) were tested in mesocosms: the balance between fungal and bacterial populations was conditioned by the C to N ratio, C and N amounts varying with the type of residue. Thus, these results indicate that forest management - through the choice of adapted practices - has the potential to drive microbial functioning in forest soils.