Les métaux et les métalloïdes sont naturellement présents dans l’ensemble de la biosphère et les premières formes de vie ont su bénéficier des plus abondants comme macronutriments. Catégorisés dans le tableau périodique des éléments selon leurs caractéristiques chimiques, les métaux sont également divisés en deux grandes catégories : les métaux essentiels et non essentiels. Se retrouvent parmi les métaux essentiels, le sélénium, le calcium et le zinc, nécessaires aux fonctionnements cellulaires tandis que le cadmium, le plomb et le mercure sont des exemples de métaux dits non essentiels puisqu’ils ne sont pas requis pour les fonctions biologiques. Cependant, peu importe leur essentialité, les métaux peuvent engendrer des effets délétères lorsque leur concentration intracellulaire dépasse un certain seuil, propre à la nature chimique, ou spéciation, de chaque métal et de la tolérance de chaque organisme. Si la toxicité d’un métal dépend de sa spéciation, sa spéciation est également dépendante des conditions du milieu, qu’il soit aquatique ou cellulaire. De plus, la spéciation d’un métal est déterminante de sa biodisponibilité, et donc, de sa bioaccumulation. Considérant que les activités anthropiques et les points de sources naturelles ponctuels contribuent à la remobilisation et à l’augmentation des concentrations de métaux dans les écosystèmes, notamment les milieux aquatiques, déterminer la spéciation des métaux afin de mieux prédire leur biodisponibilité et leur bioaccumulation par les organismes est essentiel. L‘objectif général de cette thèse est d’étudier, par l’entremise de trois modèles d’organismes aquatiques, la bioaccumulation des métaux à l’interface rivière-estuaire, leur gestion intracellulaire et, plus particulièrement pour le mercure, son effet toxicologique suivant sa distribution subcellulaire. Dans un premier temps, nous avons mené une étude sur les facteurs biogéochimiques influençant la distribution et la bioaccumulation du mercure et des éléments de terres rares par la mye commune (Mya arenaria) à l’embouchure de la rivière Romaine et Mingan dans la région de la Côte-Nord au Québec. Nous avons également mesuré les concentrations d’éléments traces essentiels et d’autres métaux non essentiels dans une perspective d’évaluation du risque et des bénéfices à la consommation de cette espèce pour quatre groupes de population. Par la signature isotopique de soufre des myes, nos résultats ont démontré que les myes influencées par les eaux marines accumulaient des concentrations plus faibles de mercure total, de méthylmercure et de terres rares. Nous avons observé que la matière organique des sédiments joue un rôle dans la rétention du mercure total et du méthylmercure dans ce compartiment tandis que les éléments de terres étaient davantage liés à la concentration de fer. Nous avons également identifié les sédiments comme un compartiment de transfert de ces métaux vers les myes. En ce qui a trait à l’évaluation du risque à la consommation, à la suite de la comparaison des concentrations de métaux non essentiels à des valeurs de référence, la consommation des myes de tous les secteurs à l’étude ne pose pas de risque pour la santé des consommateurs.trices. En contrepartie, l’évaluation de l’apport nutritionnel a indiqué que les myes présentent une source élevée en fer et en sélénium et que leur consommation est recommandée. Dans un second temps, nous avons évalué la gestion intracellulaire de métaux selon leurs caractéristiques chimiques dans le foie de la perchaude (Perca flavescens) du lac Saint-Pierre, une espèce de poisson exposée chroniquement à de faibles concentrations polymétalliques. Par l’entremise de résultats suivant l’approche de fractionnement subcellulaire, nous avons démontré des profils de distribution subcellulaire distincts entre les métaux selon leur classification chimique. Les métaux de classe A et intermédiaires étaient préférentiellement associés aux fractions sensibles. Nos résultats ont démontré une distribution subcellulaire divergente entre le méthylmercure, le cadmium et le cuivre. Contrairement au cadmium et au cuivre qui sont associés à la fraction protéines thermosensibles du cystosol (HSP), le méthylmercure est davantage lié aux fractions sensibles. Finalement, une comparaison des proportions de méthylmercure, de cuivre et de cadmium entre la perchaude et d’autres espèces de poissons a permis de confirmer que les métaux se distribuent dans le milieu intracellulaire en raison de leur affinité et sans égard à la bioaccumulation, réfutant ainsi le principe de débordement subcellulaire. Finalement, nous avons lié la distribution subcellulaire du méthylmercure dans le foie du grand brochet (Esox lucius) d’une sous-section de la rivière Saint-Maurice à un marqueur de stress oxydant. Considérant le foie total, nos résultats ont permis de corréler les concentrations de méthylmercure et de sélénium à une augmentation de la peroxydation des lipides dans le foie. Cette relation soulève un intérêt afin d’approfondir les connaissances sur les mécanismes cellulaires pouvant exacerber les effets conjoints potentiels entre le méthylmercure et le sélénium. De plus, nous avons observé une corrélation positive entre la concentration de méthylmercure associée à la fraction mitochondriale et l’augmentation de la peroxydation des lipides dans le foie, jusqu'alors indéterminée. Les résultats de cette thèse mettent en lumière la pertinence et la nécessité de considérer la spéciation des métaux, leur bioaccumulation et leur distribution subcellulaire dans l’évaluation de leurs effets indésirables, puisque ces processus sont intrinsèquement liés. / Metals and metalloids are naturally present throughout the biosphere and the first forms of life were able to benefit from the most abundant as macronutrients. Categorized in the periodic table of elements according to their chemical characteristics, metals are also divided into two main categories: essential and non-essential metals. Among the essential metals are selenium, calcium, and zinc, necessary for cellular functions, while cadmium, lead and mercury are examples of so-called non-essential metals since they are not required for biological functions. However, regardless of their essentiality, metals can cause deleterious effects when their intracellular concentration exceeds a certain threshold, specific to the chemical nature, or speciation, of each metal and the tolerance of each organism. If the toxicity of a metal depends on its speciation, its speciation is also dependent on the conditions of the environment, whether aquatic or cellular. Moreover, the speciation of a metal determines its bioavailability, and therefore, its bioaccumulation. Considering that anthropogenic activities and point natural sources contribute to the remobilization and increase of metal concentrations in ecosystems, especially aquatic environments, assessing the speciation of metals to better predict their bioavailability and their bioaccumulation by organisms is essential. The general objective of this thesis is to study, through three models of aquatic organisms, the bioaccumulation of metals at the river-estuary interface, their intracellular handling and, in particular for mercury, its toxicological effect according to its subcellular distribution. First, we conducted a study on the biogeochemical factors influencing the distribution and bioaccumulation of mercury and rare earth elements by the soft-shell clam (Mya arenaria) at the mouth of the Romaine and Mingan rivers in the Côte-Nord region of Quebec. We also measured the concentrations of essential trace elements and other non-essential metals to assess health concerns and nutritional benefits for four population subgroups. Through the isotopic sulfur signature of clams, our results demonstrated that clams influenced by marine waters accumulated lower concentrations of total mercury, methylmercury, and rare earth elements. We observed that organic matter plays a role in the retention of total mercury and methylmercury in sediments whilst the retention of rare earth elements was more related to the iron concentration in sediments. We have also identified sediments as a transfer compartment of these metals to clams. Considering the health risk and benefits following the consumption of soft-shell clams, the comparison of the concentrations of non-essential metals with reference values for food safety, showed that their consumption should not pose a health risk to the consumer. On the other hand, the evaluation of the nutritional intake indicated that clams are a high source of iron and selenium. Second, we evaluated the intracellular management of metals according to their chemical characteristics in the liver of yellow perch (Perca flavescens) from Lake Saint-Pierre, a species of fish chronically exposed to low polymetallic concentrations. Through results following the subcellular partitioning approach, we demonstrated distinct subcellular distribution patterns between metals according to their chemical classification. Class A and intermediate metals were preferentially associated with metal-sensitive fractions. Our results showed a divergent subcellular distribution between methylmercury, cadmium, and copper. Unlike cadmium and copper which are associated with the heat-stable protein (HSP) fraction, methylmercury was bound to the metal-sensitive fractions. Finally, a comparison of the proportions of methylmercury, copper, and cadmium between yellow perch and other species of fish confirmed that metals distribute in the intracellular environment due to their chemical affinity and regardless of the bioaccumulation level, thus refuting the principle of the spillover effect. Finally, we linked the subcellular distribution of methylmercury in the liver of northern pike (Esox lucius) from a subsection of the Saint-Maurice River to an oxidative stress biomarker. Considering the total liver, our results correlated methylmercury and selenium concentrations with an increase in lipid peroxidation in the whole liver. This relationship raises the interest to deepen our knowledge on the cellular mechanisms that can exacerbate the potential joint effects of methylmercury and selenium. Moreover, among the subcellular fractions, we observed a positive correlation between the concentration of methylmercury associated with the mitochondrial fraction and the increase of lipid peroxidation in the whole liver, which was hitherto undetermined. The results of this thesis highlight the relevance and the need to consider the speciation of metals, their bioaccumulation, and their subcellular distribution in the assessment of their adverse effects, since these processes are intrinsically linked.

Les petits plans d'eau, en particulier ceux riches en matière organique, sont encore négligés en tant que sources naturelles majeures d'émission de carbone (C) dans l'atmosphère et contributeurs importants au bilan mondial de C. Les mares de tourbières riches en matières organiques sont une source nette de C atmosphérique dans les écosystèmes de tourbières, qui sont généralement un puits net de C. Ces mares émettent des gaz à effet de serre (GES) à des taux plus élevés, en particulier de méthane (CH4), par rapport à d'autres petits plans d'eau lentiques (petits lacs et étangs), ce qui peut être attribué à la connectivité hydraulique des bassins donc aux apports en C de la tourbe environnante et aux caractéristiques morphologiques des mares. Cependant, il existe très peu d'informations sur les schémas et les mécanismes de la dynamique du C dans les bassins de tourbières par rapport à leur couvert végétal ainsi qu'à d'autres petits environnements aquatiques. En particulier, la matière organique dissoute (MOD), un important intermédiaire et substrat de C, peut influencer la dynamique des émissions de GES, mais son rôle demeure méconnu à l'échelle intra- et inter-régionale. Dans cette étude, nous avons caractérisé et identifié les patrons intra- et interrégionaux et les mécanismes potentiels contrôlant la quantité et la qualité de la MOD et des concentrations de GES, ainsi que leurs liens en analysant une gamme de variables optiques et chimiques et en compilant les données géographiques (c'est-à-dire le climat, le couvert végétal et morphométrie des bassins) à partir de bassins de tourbières ombrotrophes dans cinq régions de l'est du Canada (Grande plée Bleue, sud du Québec et région de la Minganie, est du Québec) et du sud de la Patagonie chilienne (Punta Arenas, parc Karukinka et île Navarino). Nous avons également effectué un échantillonnage interannuel dans la Grande plée Bleue pour identifier les tendances temporelles des concentrations et de la composition des GES et de MOD. Nous avons trouvé une variabilité interrégionale élevée dans les patrons de MOD et de GES par rapport à la variabilité intrarégionale qui était cohérente avec l'hétérogénéité des propriétés géographiques, en particulier, le climat. Les patrons interrégionaux des concentrations de GES étaient de plus déterminés par la couverture végétale environnante, la morphométrie du bassin et la composition de la MOD de type protéique. D'autre part, bien que nous n'ayons pas observé de patrons temporels significatifs dans les concentrations de GES, de MOD et de la composition de type humique terrestre au cours de l’été dans la Grande plée Bleue, les patrons temporels de GES ont été influencés par la concentration de MOD, la composition de type humique terrestre, et la chimie interne de l'eau. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que les patrons interrégionaux de la MOD et des GES, et les liens entre eux, sont principalement contrôlés par le climat (température et précipitations), la couverture végétale et la morphométrie des bassins, tandis que les patrons temporels de la MOD et des GES sont principalement régis par des facteurs à l'échelle locale tels que la morphométrie des bassins et la connectivité hydrologique. / Small waterbodies, especially organic-rich, are still overlooked as a major natural source of carbon (C) emission to the atmosphere and an important contributor in the global C budget. Organic-rich peatland pools are generally net atmospheric C sources embedded in peatland ecosystems, which are generally net C sinks. They emit high areal rates of greenhouse gases (GHG), particularly methane (CH4), compared to other small lentic waterbodies (small lakes and ponds) which may be attributed to peat-pool hydraulic connectivity leading to C loading from the surrounding peat and morphological characteristics. But there is very little information on the patterns and drivers of C dynamics within peatland pools compared to their vegetated areas as well as other small aquatic environments. In particular, the role that dissolved organic matter (DOM), an important intermediate and C substrate, may play in GHG dynamics is poorly known at the intra- and inter-regional scales. In this study, we characterized and identified the intra- and inter regional patterns and drivers of DOM quantity and quality and GHG concentrations as well as their links. We did so by analyzing a range of optical and chemical variables and compiling geographic data (i.e., climate, vegetation cover and pool morphometry) from ombrotrophic peatland pools across five regions in eastern Canada (Grande plée Bleue, southern Québec and Minganie region, eastern Québec) and southern Chilean Patagonia (Punta Arenas, Karukinka Park and Navarino Island). We also conducted inter-annual sampling in Grande plée Bleue to identify the temporal patterns in GHG and DOM concentrations and composition. We found high inter-regional variability in DOM and GHG patterns compared to intra-regional variability which was coherent with the heterogeneity of geographical properties. Inter-regional patterns in GHG concentrations were driven by surrounding vegetation cover, pool morphometry and protein-like DOM composition. On the other hand, although we did not observe significant temporal patterns in GHG and DOM concentrations and terrestrial humic-like composition throughout the growing seasons in Grande plée Bleue, temporal patterns of GHG were influenced by the DOM concentration, terrestrial humic-like composition, and internal water chemistry. Overall, our results suggest that inter-regional patterns in DOM and GHG, and the links among them are predominantly controlled by the broad-scale patterns in climate (temperature and precipitation), vegetation cover, and pool morphometry, while temporal patterns in DOM and GHG are predominantly governed by local-scale drivers such as pool morphometry.

Les sols boréaux représentent l’un des plus grands stocks de carbone terrestre à l’échelle globale. Ainsi, l'un des principaux transferts de matière des écosystèmes terrestres vers les écosystèmes aquatiques concerne le transport du carbone organique. Le carbone organique dissous (COD) joue un rôle crucial dans les cycles du carbone des systèmes aquatiques boréaux, reliant les écosystèmes terrestres et aquatiques. Il constitue une source d'énergie pour les micro-organismes présents dans le sol et dans l'eau. La matière organique dissoute (MOD) dans les lacs et les sols présente diverses compositions influencées par leur source et leur temps de résidence. Elle se compose principalement de matière organique allochtone caractérisée par des composés résistants de type humique et de matière organique autochtone contenant des composés facilement dégradables de type protéique. Les processus biogéochimiques le long du continuum terre-eau boréal influencent le cycle global du carbone et, par conséquent, le climat de la Terre. Les zones riveraines (ZR) constituent des passages critiques pour le transport hydrologique latéral de la matière organique dans les écosystèmes boréaux, facilitant la connexion entre les puits de matière organique terrestres et aquatiques. Les sols riches en matières organiques des ZR sont des processeurs biogéochimiques importants dans les bassins versants, influençant considérablement la concentration et la composition de la matière organique le long du continuum terre-eau. Malgré notre compréhension du budget de carbone dans les écosystèmes terrestres et aquatiques, la transformation de la MOD le long du gradient terre-eau, en particulier aux interfaces terre-eau, demeure mal comprise.. Dans notre étude portant sur 16 bassins versants des bassins des rivières La Romaine et Eastmain des régions de la Côte-Nord et de la Baie James, respectivement, nous avons déterminé la concentration, la composition et la réactivité de la MOD dans des compartiments clés des bassins versants: le sol forestier, la ZR, les cours d'eau et les lacs. Nous avons observé des différences significatives dans la concentration et la variabilité du COD entre les compartiments du bassin versant (forêt, ZR, ruisseau, lac). Dans l'ensemble, il y a eu une diminution des concentrations et de la variabilité du COD des milieux terrestres aux milieux aquatiques, accompagnée de changements prononcés lors du passage dans la ZR. Nos recherches ont révélé le rôle central des interfaces terre-eau sur les transformations quantitatives et qualitatives de la MOD. Les diminutions rapides des concentrations totales de COD et des 4 proportions de COD dégradable pendant le passage vers les cours d'eau indiquent des pertes immédiates se produisant soit dans les cours d'eau eux-mêmes, soit par dégradation dans la ZR. Cependant, nous avons observé une présence relativement persistante de MOD d'origine terrestre dans de multiples compartiments du bassin versant. En outre, nos résultats montrent des concentrations élevées de MOD de type protéique dans les échantillons de la forêt et de la ZR, ce qui permet de mieux comprendre les sources de la MOD potentiellement terrestres de type protéique. En résumé, notre recherche met en lumière la dynamique complexe de la MOD le long des continuums terre-eau, en fournissant des informations qui améliorent notre compréhension de ces éléments vitaux au sein des écosystèmes aquatiques. / A considerable portion of the Earth's carbon is stored within boreal soils. Thus, one of the predominant transfers of mass from terrestrial to aquatic ecosystems involves the movement of organic carbon. Dissolved organic carbon (DOC) is a crucial contributor to the carbon cycles of boreal aquatic systems, linking land and water ecosystems and representing an energy source for microorganisms in both soil and water. Dissolved organic matter (DOM) in lakes and soil embodies diverse compositions influenced by their source and residence time. It predominantly consists of allochthonous DOM characterized by resistant humic-like compounds and autochthonous DOM featuring easily degradable, protein-like compounds. The biogeochemical processes along the boreal land-water gradient influence the global carbon cycle and, consequently, the Earth's climate. The riparian zones (RZ) act as critical passages for lateral hydrological transport of DOM within boreal ecosystems, facilitating the connection between diverse terrestrial DOM pools and stream DOM pools. The organic-rich soils in RZ, highlighted as biogeochemical hotspots in watersheds, significantly influence the concentration and composition of DOM along the land-water continuum. Despite our grasp of carbon budgets in terrestrial and aquatic ecosystems, the processing of DOM along the land-water gradient, particularly at land-water interfaces, remains unclear. In our study across 16 watersheds in the "La Romaine" and "Eastmain" catchments, we identified the concentration, composition, and reactivity of DOM in key watershed compartments: forest soil, RZ, streams, and lakes. We observed significant distinctions in DOM concentration and variability across watershed compartments (forest, RZ, stream, lake). Overall, there was a decrease in DOC concentrations and variability from land to aquatic environments, accompanied by abrupt shifts as it passed through the RZ. Our research revealed the pivotal role of land-water interfaces on both the quantitative and qualitative changes observed in DOM. The rapid declines in total DOC concentrations and degradable DOC proportions during the transition to streams indicate immediate losses occurring either within the streams themselves or through degradation within the RZ. However, we observed a relatively persistent presence of terrestrially derived DOM in multiple compartments within the watershed. Additionally, our finding shows high concentrations of protein-like DOM in forest and RZ samples, providing insights into the probable terrestrial sources of protein-like DOM elements. In summary, our research illuminates 6 the complex dynamics of DOM along land-water continua, enhancing our understanding our comprehension of these vital elements within aquatic ecosystems.

Le développement hydroélectrique de la région amazonienne a conduit la création de plusieurs retenues. La qualité de l'eau de ces retenues subit de modifications provoquées par divers facteurs parmi lesquels la dégradation de la végétation terrestre immergée semble prédominante. Nous avons cherché l'intégration de ces facteurs dans un modèle mathématique pour étudier l'évolution de cette qualité de l'eau. Ce modèle décrit, selon les dimensions verticale et longitudinale, le comportement de cinq variables d'état: l'oxygène dissous, la matière organique dans la colonne d'eau, la matière organique facilement dégradable, la matière organique difficilement dégradable, et l'ammonium. Ce comportement est décrit en conditions d'aérobiose et d'anaérobiose. Le compartiment physique du modèle utilise deux approches pour la description longitudinale de la retenue. La première utilise un modèle thermique unidimensionnel et une discrétisation longitudinale en boîtes. La seconde utilise un modèle thermique unidimensionnel et une description longitudinale de l'intrusion du fleuve. Le modèle est calé et validé sur la base de données de la retenue de Tucurui (Brésil). Les principaux résultats indiquent une simulation correcte des événements de stratification et déstratification, ainsi que des concentrations en oxygène dissous et en ammonium. Cette modélisation met en évidence la part importante prise par la dégradation des troncs et des branches dans l'évolution de la qualité de l'eau de la retenue. En effet, leur dégradation provoque une forte consommation d'oxygène; le dégagement d'ammonium, en revanche, est marginal.

Ce travail a pour but d'améliorer la connaissance des transferts de métaux entre les phases dissoute et particulaire en milieux estuariens afin d'évaluer et de mieux comprendre les variations de la répartition des métaux et de leur spéciation en fonction des conditions physico-chimiques des systèmes étudiés. Les estuaires sont caractérisés par des gradients importants de nombreux paramètres physico-chimiques tels que la salinité, le pH, la teneur en ligands organiques, la turbidité etc... Cinq estuaires ont été sélectionnés en raison de leurs caractéristiques hydrologiques, morphologiques physico-chimiques et biologiques différentes. Deux de ces estuaires sont microtidaux et débouchent sur la Méditerranée (le Rhône et l'Ebre), le troisième est un exemple type d'estuaire macrotidal pollué (l'Escaut) et les deux derniers ont des débits liquides et solides qui les situent parmi les dix plus grands fleuves du monde (le Changjiang et la Lena). Nous avons sélectionné cinq métaux (Cs, Cd, Zn, Mn et Co) dont le devenir est tributaire de la plupart des processus recensés en estuaire. Ces métaux ont par ailleurs des isotopes émetteurs gamma ayant des périodes de demi vie assez grandes, ce qui nous a permis d'utiliser une méthode de mesure des coefficients de distribution qui caractérisent les seules fractions labiles. L'application du modèle de complexation de surface pour l'interprétation des mesures de coefficients de distribution des cinq métaux dans les différents estuaires pour différentes conditions de débit et de saison a permis d'identifier les processus qui jouent un rôle dans la spéciation de ces métaux dans de tels milieux. Ces résultats peuvent s'appliquer à la compréhension des mécanismes de transfert entre phases dissoute et particulaire dans le cas d'autres métaux et d'autres systèmes aquatiques. Un intérêt particulier a été porté au rôle des colloïdes et des ligands organiques dissous dans la spéciation des métaux dans les milieux estuariens étudiés. D'une part nous avons montré que les composés organiques dissous qui s'adsorbent à la surface des particules en suspension modifient leurs propriétés de surface et contrôlent leur réactivité de surface vis-à-vis des métaux. D'autre part les colloïdes et ligands organiques dissous contribuent à la complexation des métaux dans la phase dissoute. Une méthode simple basée sur l'ajout d'un ligand ayant un fort pouvoir complexant, 1'EDTA (éthylène-diamine-tétra-acétate) a permis d'évaluer le pouvoir complexant des colloïdes et des ligands organiques dissous pour Zn et Cd dans l'estuaire du Rhône. Cependant la nature et la concentration de ces composés dissous restent inconnues.

Le principal objectif de ce travail est le développement, l'application et la validation de nouveaux traceurs hydrogéologiques sur la base de signatures spectrales spécifiques des matières organiques dissoutes (MOD) et du suivi de leur évolution dans les hydrosystèmes karstiques méditerranéens. Pour cela, de nombreuses analyses hydrodynamiques et hydrochimiques ont été réalisées, et plusieurs méthodes de caractérisation de la MOD ont été utilisées. Le travail s'est alors fondé sur l'étude de différents niveaux du bassin expérimental de la Fontaine de Vaucluse (sol, épikarst et zone non saturée), grâce à un accès privilégié rendu possible par le Laboratoire Souterrain à Bas Bruit de Rustrel-Pays d'Apt (Vaucluse, France). Un bon traceur hydrogéologique requiert des caractéristiques particulières (solubilité dans l'eau, stabilité, tendance faible à l'adsorption, limite de détection faible et des variations bien identifiables). Les composés organiques correspondant le mieux à ces critères sont des substances dérivées de la décomposition de la lignine. Leurs différentes caractéristiques et leurs faibles concentrations dans l'hydrosystème poussent à utiliser des modes de détection suffisamment sensibles tels que la spectrométrie de fluorescence et la Résonance Paramagnétique Électronique (RPE). L’application conjointe des analyses en RPE et en spectrofluorimétrie sur les lixiviats de sols et les eaux souterraines du LSBB permet de proposer deux protocoles de traçages hydrogéologiques. Le premier concerne la détermination des zones superficielles de sol appartenant au bassin d’alimentation des écoulements suivis. Le second, s'appuyant notamment sur l'évolution et la dynamique des MOD dans l'hydrosystème, correspond au développement de traceurs quantitatifs du temps de transit de l'eau pouvant s’appliquer de manière évènementielle par le marquage d’une période particulière de leur variation, ou en continu permettant ainsi le suivi des variations du temps de transit. Enfin, le rapprochement des résultats obtenus par ces nouveaux traceurs organiques avec ceux d'un traceur isotopique (l'oxygène 18) a permis de tester la validité des calculs du temps de transit, mais aussi de démontrer leur complémentarité / The aim of this study is to develop, apply and validate new hydrogeological tracers, based on specific spectral fingerprints of Dissolved Organic Matter (DOM), and a monitoring of their evolution in Mediterranean karstic hydrosystems. Many hydrodynamic and hydrochemical analyses were made, and several DOM characterization methods were used. The basis of this work is therefore the study of different levels of Fontaine de Vaucluse experimental basin (soil, epikarst and unsaturated zone), thanks to a privileged access : the Low-Noise Underground Laboratory of Rustrel - Pays d’Apt (Vaucluse, France). Good hydrogeological tracers require specific characteristics (water solubility, stability, a low tendency to adsorption, a low detection limit and identifiable variations). Organic compounds, corresponding to these criterions at best, are lignin-derived compounds. Their different characteristics and their low concentrations in the hydrosystem drive us to use sensitive enough detection methods, such as fluorescence spectrometry and Electronic Paramagnetic Resonance (EPR). Linked application of EPR and spectrofluorimetric analyses of leachate soil and LSBB groundwater allow to develop two hydrogeological tracing protocols. The first one concerns the determination of upper soil zone, which belongs to monitoring flow catchment area. The second one, using the evolution and the dynamics of DOM in the hydrosystem, corresponds to the development of transit time qualitative tracers, which apply either in an event-driven way by the marking of specific period of their variations, or continuously allowing the monitoring of transit time variations. Finally, the comparison between the results obtained by these new organic tracers and by an isotopic tracer (18 Oxygen) allows to validate transit time calculations and prove their complementarity

Face à la forte croissance démographique et spatiale de la ville d'Abomey-Calavi, l'augmentation qualitative et quantitative des déchets solides ménagers, la pratique de plus en plus généralisée du remblai des bas fonds par les déchets solides ménagers, l'inexistence des décharges intermédiaires et finales autorisées et, la fragilité de la nappe phréatique de par sa faible profondeur, il est impérieux que les actions idoines soient entreprises en vue d'une gestion efficace et pérenne des DSM de cette ville. L'objectif de cette étude a été, donc, de proposer une filière efficace et pérenne de gestion des déchets solides ménagers de la ville d'Abomey-Calavi afin de contribuer à la réduction des flux de ses déchets.La connaissance du gisement des déchets solides ménagers, dans son approche sociologique et qualitative en termes de composition étant la première étape dans la mise en oeuvre efficace d'une filière de gestion des déchets. Une enquête sociologique a été faite auprès de 200 personnes, actrices à différents niveaux de la gestion des DSM de la ville d'Abomey-Calavi. De même, le présent travail a, d'une part procédé à une caractérisation des déchets solides ménagers en fonction du standing et de la saison, d'autre part étudié l'impact des déchets solides ménagers sur les eaux des puits situés sur les bas fonds et, enfin s'en est suivi des essais de fabrication de compost en fonction des différents constituants. Nos résultats ont révélé qu'indépendamment du standing de vie, les quantités de déchets solides ménagers produits sont plus élevées les week-ends et particulièrement, le dimanche où elles sont le double des quantités produites les autres jours de la semaine. / Considering the, (i) high population and spatial growth of the Abomey-Calavi city (Benin), (ii) qualitative and quantitative increase of the household solid waste in the town of Abomey - Calavi, (iii) a more and more generalized practice of embankment of wet zones by household solid waste (HSW), (iv) non-existence of municipal landfills and, (v) fragility of the groundwater due to its weak depth, it's necessary that appropriate actions are achieved with the aim of an effective and long-term management of the household solid waste. The aim of this study was to propose an effective and long-term plan of management of Abomey-Calavi HSW. Knowledge of household-solid-waste quality and sociological point of view are the first step in an effective implementation of waste management spinneret. A sociological investigation was made with 200 persons, dealing on various levels with solid wastes in the Abomey-Calavi city. Also, the present study has, on one hand, characterized HSW according to standing of life and season, on the other hand, has investigated the impact of the HSW on waters of wells located in waste-impacted zones and, finally carried out tests of composting taking in account various compositions. Our results revealed that whatever the standing of life, the production of household solid wastes is more important during weekends and specially, on Sundays: twice more larger than those produced the other days of the week. About 0.89 kg of HSW per capita is produced on average every day. The management of HSW in Abomey - Calavi city, which can be termed pre-collection-based, is felt as bad by 80 % of HSW-careers and 50 % of the town council investigated employees.

Une mauvaise connaissance des propriétés des sols et de leur fonctionnement peut avoir de nombreuses conséquences néfastes sur le rendement et la qualité des récoltes, sur la dégradation des sols et sur une pollution de l’environnement. En raison de l’importance des pratiques agricoles, notre étude s’est focalisée sur leur impact sur la qualité et la santé des sols. La recherche s’est effectuée de novembre 2003 à octobre 2007 sur des vergers de pommiers implantés sur des collines dans le nord-est de la Slovénie. Deux pratiques agricoles fréquentes dans cette région ont été suivies : (i) une irrigation localisée au goutte à goutte sur des Calcaric Cambisol (CALCOSOL) développés sur marnes, et ses effets sur la stabilité structurale des sols et leur biomasse microbienne à la Station expérimentale de Gačnik et (ii) la combinaison d’un engrais organique (Compo guano) et d’un amendement calcaire dans un verger conduit en agriculture biologique à Pohorski dvor sur un District Cambisol (ALOCRISOL) développé sur schistes. La présence de microbes pathogènes fécaux dans le sol, dus à l’irrigation ou à l’apport d’engrais organiques animaux a aussi été recherchée sur les deux sites. Le régime hydrique du sol a été suivi durant deux étés par des relevés tensiométriques hebdomadaires sur les deux sites. A la station expérimentale de Gačnik, un rang irrigué a été comparé à un rang non irrigué. La teneur en matière organique totale, son fractionnement granulométrique et la signature isotopique des différentes fractions permettant de discuter de leur origine et leur turn over ont été mesurés. La biomasse microbienne et son activité ont été caractérisées au printemps et à l’automne en 2004 et 2005. La stabilité structurale a été mesurée selon la méthode de Bartoli à l’automne 2004 et au printemps 2005. Sur le verger conduit en agriculture biologique à Pohorski dvor seul le pH et les paramètres microbiologiques ont été suivis selon la même périodicité en comparant les différents traitements dans une expérimentation par blocs. Enfin, sur les deux sites, une quantification des champignons, des bactéries (aérobies, anaérobies, coliformes fécaux) et des virus présents dans le sol a été réalisée. Incidence de l’irrigation par goutte à goutte sur la qualité du sol sur le site de Gačnik sur la qualité physique du sol- Les sols de ce verger, argilo-limoneux et carbonatés, varient fortement de l’amont à l’aval de la parcelle située sur une pente de 15%. le sol est peu épais à l’amont, la marne altérée apparaissant dès 60 cm tandis qu’à mi-pente et à l’aval le sol est épais >1 m et la marne plus fortement altérée. L’observation des profils pédologiques et l’historique de la parcelle montrent que le sol a été fortement remanié sur les 60 premiers centimètres préalablement à la plantation du verger. Le passage d’une plantation en terrasses à une plantation dans le sens de la pente a conduit à l’effacement des terrasses suivi d’un labour profond dont en voit encore la trace à 60 cm de profondeur à l’aval de la parcelle (Fig. 3.3 & Tab. 3.9). Un échantillonnage systématique de la teneur en carbone organique de l’horizon de surface, selon un pas de 6 m, montre un accroissement selon la pente suivant une forme en zig-zag reflétant la trace des anciennes terrasses (Fig. 3.19). Dans les 30 premiers centimètres la teneur en matières organiques, le rapport C/N et la capacité d’échange cationique augmentent de l’amont vers l’aval tandis la teneur en carbonates de calcium décroît (Fig. 3.15). Le pH reste stable entre 8 et 8, 4. A la surface du sol dans les rangs de plantation traités par désherbage chimique, une croûte alguaire se forme sur le côté ombragé du rang... / Underestimation of soil properties and poor understanding of soil conditions can have many negative consequences, which results in quality or quantity of yield, soil degradation or even environmental pollution. According to importance of agricultural practices, our study focused on their impact on soil quality and health. The research took place from November 2003 to October 2007 in apple orchards in north-eastern Slovenia where two frequent agricultural practices were investigated: (i) drip irrigation on Calcaric Cambisol and its effects on structural stability and microbial biomass at Gačnik experimental station and (ii) combination of organic fertiliser (Campo guano) and liming in organic farming to enhance microbial biomass and nitrogen nutrition at Pohorshi dvor on Dystric Cambisol. The presence of faecal pathogens in the soil due to irrigation or organic fertilizer was also investigated. Water potential was measured during two seasons in both locations. Structural stability according Bartoli method, organic mater characteristics (including grain size organic matter fractionation and isotopic signature of organic carbon origin), and microbiological parameters were analysed as potential indicators of soil quality in irrigation practice comparing an irrigated (IR) to a non-irrigated (NIR) row. In organic farming, mainly pH and microbiological parameters were followed according treatments on an experimental blocks comparison. According to hilly terrain and land levelling in Gačnik, we were dealing with two groups of soil differing in thickness, organic matter, and calcium carbonate contents: one at upslope and another at mid and downslope. Considering soil characteristics, slope effect was more expressed than irrigation effect. According to slope, water gravimetric content (W), organic matter (OM), microbial biomass (MB), and respiration (R) increased towards downslope while total carbonates (Ca) and structural stability (SS) decreased. According to irrigation, W, OM, and SS contents decreased, while MB and R increased from NIR to IR rows. No difference was observed for Ca between treatments. According to slope, higher carbonate content was as an important factor for higher structural stability as organic matter pool. According to irrigation, lower W in IRR row could be explained by modification in root distribution due to drip irrigation. Irrigation leads to an increase of soil microbial biomass and its activity (as a short-time effect) and decrease of OM (as a long-term effect); moreover, a decrease of OM originating from the marl bedrock was observed in IRR row and attributed to microbial mineralization. Lower SS of IRR row is related to the OM reduction. Seasonal variations of structural stability show complex trends resulting from the combination of climatic conditions and biological activity. In organic fertilising study, the interaction of Compo guano and lime together was not clear, but in long term this is probably the best solution because it had positive consequences on both soil pH and available nitrogen, while preserving fair levels of MB and labile organic matter (LOM). Irrigation water and Compo guano were considered as eventual sources of faecal coliforms which remains in soils. From our study it was concluded that OM, MB, R and faecal coliforms can be treated as general useful indicators in assessing soil quality. According to agricultural practice, SS should be emphasized as an important quality indicator in irrigation practice and pH in organic farming.

L'augmentation de la décomposition de la matière organique des cryosols arctiques sous l'effet du réchauffement et de la dégradation du pergélisol contribuerait à une rétroaction positive sur les changements climatiques. Nous étudions le fonctionnement biogéochimique de deux Cryosols: un cryosol histique (H) et un cryosol turbique (T), en conditions naturelles et réchauffés. Les profils ont été instrumentés à Salluit (Nunavik, Canada) et les mesures ont été faites pendant les étés 2010 et 2011. Le réchauffement augmente la respiration de l'écosystème (ER) de manière plus intense pour H que pour T, bien que ER pour H soit plus faible. La sensibilité thermique de ER (Q10) est supérieure pour T que pour H et diminue avec le réchauffement. L'étude montre que les cycles journaliers de ER en fonction de la temperature forment des hystérésis. La variance de ER est mieux expliquée en utilisant la température minimale de la journée et la profondeur du front de dégel pour H. Pour T, l'ajout de la vitesse du vent et la radiation solaire améliore l'explication de la variance de ER. Nous montrons trois dynamiques spécifiques aux écosystèmes nordiques: 1) ER dépendant des propriétés du sol et de la solution du sol ; 2) rôle de variables thermo-indépendantes sur ER et 3) variations journalières du Q10 et interannuelles de la respiration basale. La décomposition de la matière organique est la principale source de CO2 pour H alors que les processus végétaux contrôlent ER pour T. Nos résultats contribuent à la compréhension et à l'extrapolation des mesures ponctuelles dans les écosystèmes de toundra, améliorant ainsi la modélisation du cycle du carbone dans les cryosols. / Increased organic mater decomposition rate in Arctic Cryosols due to warming and to permafrost thawing can lead to the release of greenhouse gases, thus potentially creating a positive feedback on climate change. We studied the biogeochemical functioning of two different permafrost-affected soils (i.e. Cryosols): a Histic Cryosol (H) and a Turbic Cryosol (T), both in natural conditions and under an experimental warming. Profiles were instrumented in Salluit (Nunavik, Canada) and monitored during summers 2010 and 2011. The induced warming increased CO2 fluxes in both soils; this impact was however more striking at H even if ER was lower than at T. Temperature sensitivity of ER (Q10) was higher at T than at H and decreased both with warming. We highlighted that diurnal ER cycles as a function of temperature showed hysteretic loops. Linear models performed to explain ER variance were improved adding daily minimum temperature and thaw front depth at H. In contrast at T, adding wind speed and solar radiation in models improved the ER variance explanation. We showed three specific CO2 flux dynamics related to northern ecosystems: 1) the large difference of ER depending on soil properties and soil solution composition; 2) environmental variables strongly alter CO2 fluxes and 3) the diurnal Q10 variations and the inter annual variability of basal respiration. Our results support the assumption that organic matter decomposition might be the major source of CO2 at H while plant-derived processes dominated ER at T. Our results contribute to understand and extrapolate the numerous punctual measurements of CO2 fluxes from tundra ecosystems improving carbon cycle modeling in Cryosols.

Le but principal de cette thèse était d'étudier les caractéristiques de la matière organique dissoute (MOD) dans le bassin versant de la Seine. Ce travail a été réalisé dans le cadre du programme de recherche PIREN-Seine. Les travaux présentés ici visaient plus particulièrement à identifier les sources de MOD et à suivre son évolution dans les zones d’étude. L’analyse des propriétés optiques (UV-Visible, fluorescence) de la MOD, couplée aux traitements PARAFAC et ACP, a permis de discriminer différentes sources de MOD et de mettre en évidence des variations spatio-temporelles de ses propriétés. L’axe Seine, en aval de Paris, a notamment été caractérisé par l'activité biologique la plus forte. La MOD du bassin de l’Oise a montré des caractéristiques plus "humiques", tandis que le bassin de la Marne a été caractérisé par un troisième type spécifique de MOD. Il a d’autre part été mis en évidence la présence de MODs spécifiques dans chaque zone pour les échantillons prélevés en périodes d’étiage, alors qu’une distribution homogène des composants a été obtenue pour l’ensemble des échantillons prélevés en période de crue.Le rôle environnemental des colloïdes naturels étant étroitement lié à leur taille, il a d’autre part été développé une technique analytique/séparative originale pour l’étude de ce matériel complexe, un fractionnement par couplage flux/force avec flux asymétrique (AF4). Le fractionnement par AF4 des échantillons a confirmé la variabilité spatio-temporelle en composition et en taille de la MOD d'un site de prélèvement à un autre et a permis de distinguer différentes sources de MOD colloïdale confirmant les résultats de l’étude de ses propriétés optiques. / The main goal of this thesis was to investigate the characteristics of dissolvedorganic matter (DOM) within the Seine River catchment in the Northern part of France. ThisPhD thesis was performed within the framework of the PIREN-Seine research program. Theapplication of UV/visible absorbance and EEM fluorescence spectroscopy combined toPARAFAC and PCA analyses allowed us to identify different sources of DOM andhighlighted spatial and temporal variations of DOM properties. The Seine River wascharacterized by the strongest biological activity. DOM from the Oise basin seemed to havemore "humic" characteristics, while the Marne basin was characterized by a third specifictype of DOM. For samples collected during low-water periods, the distributions of the 7components determined by PARAFAC treatment varied between the studied sub-basins,highlighting different organic materials in each zone. A homogeneous distribution of thecomponents was obtained for the samples collected in period of flood.Then, a semi-quantitative asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4) methodology wasdeveloped to fractionate DOM. The following optimized parameters were determined: across-flow rate of 2 ml min-1 during the focus step with a focusing time of 2 min and anexponential gradient of cross-flow from 3.5 to 0.2 ml min-1 during the elution step. Thefluorescence properties of various size-based fractions of DOM were evaluated by applyingthe optimized AF4 methodology to fractionate 13 samples, selected from the three sub-basins.The fluorescence properties of these fractions were analysed, allowing us to discriminatebetween the terrestrial or autochthonous origin of DOM.