Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction " puits " de carbone (C) des tourbières est susceptible de changer en fonction " source " libérant ainsi de grandes quantités de C dans l'atmosphère sous l'effet d'une dégradation accrue de la matière organique (MO). Ainsi cette thèse se sont attachés à étudier la dynamique de dégradation de la MO labile (MOL) et récalcitrante (MOR) en fonction de 3 facteurs contrôlant (le niveau relatif de la nappe, un réchauffement simulé in situ et des variations saisonnières) dans la tourbière ombrotrophe du Forbonnet (25, Jura). Basés sur des analyses biogéochimiques et moléculaires de (i) la tourbe (50cm d'épaisseur), (ii) la fraction organique extractible à l'eau (WEOM) et (iii) les eaux piézométriques, les résultats acquis montrent une dégradation accrue de la MOL (e.g. polysaccharides et produits de son hydrolyse tels que le fructose,le glucose et le saccharose) et de la MOR sous l'effet d'une diminution du niveau de la nappe. Les conditions hydrologiques affectent également les processus de dégradation (sénescence et un éventuel priming effect) et d'humification de la MO pouvant conditionner le piégeage potentiel de laMOL. Après 13 mois d'incubation, l'effet du réchauffement simulé se traduirait par une hausse de l'évapotranspiration dans la condition la plus humide, là où l'étude de la WEOM indique une moindre dégradation de la MOL en surface contrairement aux niveaux profonds. Enfin, les travaux portant sur la dynamique saisonnière du C des eaux piézométriques soulignent le besoin d'intégrer la notion d'interactions entre facteurs contrôlant le cycle du C dans les tourbières pour comprendre leur réponse aux changements climatiques.

Les chondrites carbonées de type 1 et 2 comprennent les météorites les plus primitives d'un point de vue chimique et pétrologique. Ce caractère primitif est associé à l'abondance de matière organique qui est une phase privilégiée pour l'étude des phénomènes concernant l'héritage du matériel présolaire et sa transformation dans la nébuleuse puis sur les premiers corps. L'objet de cette thèse est l'étude de l'influence des processus post-accrétionnels sur les caractéristiques moléculaires de la matière organique et en particulier la mesure des effets d'oxydation dus à l'altération aqueuse. Nous avons mené une étude comparative basée sur la structure carbonée et l'analyse des fonctions oxygénées et soufrées d'une dizaine de météorites dont les histoires géologiques ont été déterminées par ailleurs. Le degré d'oxydation du soufre, hétéroatome mineur dans la fraction insoluble, a été mesuré par micro-spectrométrie SK-Xanes. La spectroscopie FT-IR a permis la description des structures fines des chaines carbonées et des fonctions riches en oxygène, hétéroatome majeur. La spectrométrie de masse à très haute résolution Orbitrap a été utilisée pour décrire la diversité hétéroatomique des molécules solubles de la chondrite Renazzo (CR2). Les chaines carbonées des chondrites de classe CI et Murchison se différencient de celle des autres météorites par une abondance en groupements terminaux méthyles à la fois supérieure et invariable. Les chondrites de type 1 sont les seules porteuses de fonctions soufrées oxydées acides alors que la spéciation du soufre dans les chondrites de type 2 est invariable. De la même façon, et cette fois pour l'ensemble des chondrites étudiées, les groupements carbonyles sont majoritairement dans les fonctions cétones, en proportion indépendante du degré d'altération aqueuse. Tous les paramètres mesurés dans cette étude nous poussent à conclure que la variabilité moléculaire au sein des chondrites carbonées de type 1 et 2 trouve moins son origine dans l'empreinte de l'hydrothermalisme que dans une hétérogénéité du précurseur organique accrété par chaque corps parent. En particulier, nos mesures invalident l'hypothèse selon laquelle l'altération serait à l'origine d'une conversion oxydative des chaines carbonées en fonctions acides carboxyliques.

La tourbe possède une grande capacité à fixer les éléments traces (ET). Industriellement, celle-ci est utilisée dans le procédé des "Jardins filtrantsTM développé par la société Phytorestore, et qui consiste à filtrer des effluents chargés en ET à travers un casier contenant un mélange de tourbes blondes (SP) et noires (CP), et planté de roseaux (Phragmites australis). Le but de ce projet de recherche était d'améliorer l'efficacité du procédé via la compréhension des mécanismes de rétention du cuivre sur les particules de tourbe et à l'interface tourbe/racine. Ces interactions sont connues pour conditionner la mobilité et la biodisponibilité des ET. Trois approches ont été mises en oeuvre. L'approche chimique (titrages et isothermes d'adsorption) a montré que SP possède une plus grande réactivité que CP tant en terme d'échange de proton (QH,tot=3.88 vs. 3.64 mmol/g) que d'affinité pour le cuivre (log KCu,COOH= 1.71 vs. 1.30). L'approche spectroscopique (EXAFS et XANES) a montré que pour des teneurs comprises entre 100 et 300 ppm, Cu forme majoritairement un chélate double à cinq atomes du type Cu(malate)2 avec les groupements mixtes OH-R-COOH. A des teneurs supérieures, il est complexé par les groupements dicarboxyliques COOH-R-COOH et forme un chélate à six atomes du type Cu(malonate). L'approche micro-spectroscopique (μ-EXAFS et μ-XANES) a montré que les deux complexes précédents sont majoritaires dans le casier à tourbe. La rhizosphère du casier contient également des grains de laiton et des agrégats organo-minéraux nanocristallins de cuivre métallique. Les premiers sont d'origine anthropique et les seconds biologiques.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'expérience de spectrométrie de masse d'ions secondaires à temps de vol, COSIMA, se trouvant à bord de la mission européenne cométaire Rosetta. Cet instrument a pour vocation de collecter puis de mesurer la nature chimique des grains de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. L'objectif de ma thèse est de préparer et de faciliter l'interprétation des spectres de masse de COSIMA, et plus particulièrement de leur composante organique réfractaire. Pour cela, à partir d'un instrument de laboratoire conçu spécialement pour présenter des caractéristiques instrumentales similaires à COSIMA, les spectres de masse de deux familles de composés purs (hétérocycles azotés et acides carboxyliques) ont été mesurés. Ces données ont été qualifiées en tant que spectres de masse de référence utilisables par l'équipe COSIMA. Cette base de données est le point de départ de la recherche de marqueurs permettant la distinction des molécules constituées d'atomes particuliers. Deux marqueurs ont été trouvés. Néanmoins ils sont à manipuler avec prudence compte tenu des biais pouvant être induits par la présence de minéraux au sein des grains ou de contaminants sur les cibles d'analyse. L'analyse d'analogues de la matière organique cométaire a également été effectuée. Il en ressort que les mesures réalisées avec COSIMA peuvent présenter des biais importants. L'identification des polymères de HCN en est d'ailleurs compromise. Toutefois, l'analyse d'un grain de la météorite de Murchison montre que la distinction entre les composantes minérale et organique est facilement réalisable. De plus, les signatures de composés clés comme l'hexaméthylènetétramine ou le polyoxyméthylène (POM) sont clairement identifiables dans le mode positif de l'instrument. Le POM étant thermiquement instable, une étude cinétique de sa dégradation thermique a été réalisée en vue de contraindre la stratégie opérationnelle à adopter pour sa détection. Pour maximiser les chances de le détecter dans les grains cométaires, les analyses par COSIMA doivent être effectuées dans les quinze jours après la collecte des grains.

Les marais littoraux de Charente Maritime représentent des systèmes hydrauliques sur lesquels les données existantes sur la qualité de l'eau sont limitées. Ce déficit d'information représente un frein à la bonne gestion de ces écosystèmes. Leur situation intermédiaire entre continent et océan leur confère un rôle prépondérant au sein de ces entités. Par ailleurs, les marais représentent un patrimoine écologique majeur où le suivi du compartiment aquatique est indispensable en vue d'améliorer la connaissance et d'apprécier l'évolution de ces milieux.Dans ce cadre, un réseau de suivi de la qualité des eaux des marais a été mis en place sur la base du SEQ-Eau (système d'évaluation de la qualité des cours d'eaux) en 2003 par l'UNIMA (Union des Marais de Charente-Maritime) dans le but de créer un référentiel " marais "répondant aux exigences de la DCE (Directive Cadre sur l'Eau européenne). Mais avant d'apprécier la qualité des eaux des marais, il est nécessaire de comprendre leur fonctionnement. Les objectifs de la thèse sont de trois ordres. Le premier était de dégager une typologie de nature d'eau des marais en valorisant les données issues du suivi patrimonial de l'UNIMA. Dans un deuxième temps, le suivi analytique des eaux et du fonctionnement a été approfondi (ajout de paramètre chimique, biologique et géographique) sur un nombre restreint de stations.Une typologie, basée sur une méthode statistique permettant d'appréhender à la fois les variabilités spatiale et temporelle dans le classement des stations en groupes, est composé de 7 groupes en marais doux et de 5 en marais salés. Le suivi des marais pendant prés de 1,5ans par les paramètres de la matière organique, de l'ensemble des compartiments planctoniques constituant les réseaux trophiques planctoniques et la diversité fonctionnelle du phyto- et du méso-zooplancton, ont permis de confirmer un certain nombre d'hypothèses sur le fonctionnement des marais et sur la typologie de nature d'eau, concernant notamment : (i)le rôle écologique des marais, (ii) l'influence des écosystèmes adjacents du méta-écosystème Pertuis-charentais et (iii) leur capacité de résilience.Le fonctionnement des marais salés semble contrôlé par un double mécanisme : la marée et le type d'activité anthropique dans les bassins déterminant le taux de renouvellement des eaux qui conditionne le type de réseaux trophiques en place et leur succession. Dans les marais doux, un schéma 'classique' de la succession des réseaux trophiques planctoniques aété dégagé. La dominance du phytoplancton et des réseaux trophiques herbivores et multivores, semblerait cohérent avec les fonctions écologiques d'épuration et d'habitat/nourricerie caractéristiques des zones humides. Ce fonctionnement classique peut être altéré par différents mécanismes : le renouvellement de l'eau ou le développement des macrophytes. D'une part, le faible renouvellement d'eau de certains marais peut conduire à l''emballement' du système et provoquer des phénomènes d'eutrophisation, altérant les propriétés de l'écosystème (injection d'azote atmosphérique ou efficacité écotrophique). Enfin, les macrophytes sont plus compétitrices que le phytoplancton dans les milieux peu profond tel que les canaux de marais. Leur capacité a utilisé les nutriments des sédiments permette leur développement et empêche celui du phytoplancton (limitation par la lumière). La dégradation importante de la biomasse macrophytique par les bactéries en période estivale peut engendrer de fortes hypoxies.Quelques indicateurs basés sur des paramètres simples sont proposés pour suivre l'état trophique du système (chlorophylle par classe de taille, biomasse bactérienne), ou bien de repérer un état susceptible de virer sur une eutrophisation (espèces de rotifère spécifiques des périodes pré-eutrophisation).

L'Amazonie brésilienne a connu une importante et rapide modification de l'exploitation de sa forêt dans les 40 dernières années. La région du fleuve Tapajós dans l'état du Pará est un front majeur de colonisation et connaît des taux de déboisement de grande ampleur. Les superficies forestières sont réduites, de même que morcelées par la pratique de l'agriculture sur brûlis. La dégradation de l'environnement se traduit par certains problèmes de santé humaine, notamment l'exposition au mercure (Hg) par la consommation abondante de poissons. Les activités anthropiques en bordure du fleuve accentuent l'érosion des sols et libèrent le Hg naturellement présent dans les sols. Du côté aquatique, des concentrations importantes de Hg sont enregistrées dans les poissons et dans les sédiments. Comme la matière organique terrigène (MOT) est un substrat de transport de ce métal, la connaissance des mouvements de MOT peut s'avérer un outil précieux dans la compréhension de la dynamique de ce polluant diffus affectant la santé humaine et celle des écosystèmes. Afin de comprendre le devenir de la MOT depuis le milieu terrestre jusque dans le milieu aquatique et ce en fonction de l'utilisation du territoire, les biomarqueurs de la lignine ont été employés comme traceurs. Une première étape de recherche a été de décrire la MOT en fonction de la composition en phénols de la lignine par l'étude d'échantillons de végétaux dominants et d'échantillons de différents horizons de sol pour chaque utilisation du territoire (forêt, jachère, agriculture pâturage). De nouveaux indicateurs de milieux boisés et déboisés ont pu être définis de même que des indicateurs propres au milieu tropical amazonien. Dans un deuxième temps, les connaissances sur la nature et la quantité de MOT ont été combinées à celles de la MOT du milieu aquatique. Pour ce faire, des échantillons de matière particulaire en suspension et de sédiments récoltés dans trois bassins versants ont été analysés. En combinant les analyses de biomarqueurs avec des systèmes d'information géographique (SIG) pour analyser les caractéristiques des bassins versants et avec la datation des carottes de sédiments, il a été possible de dresser un portrait des transferts de MOT en fonction du temps et en fonction des bassins versants. Principalement, il y a plus d'apports de MOT au système aquatique dans les sédiments récents, peu importe le bassin versant. La nature de cette matière organique correspond à la signature ligneuse des pâturages, démontrant l'influence des milieux déboisés sur le milieu aquatique. La datation des carottes a permis l'association de la vague de déboisement aux changements récents des quantités et qualités de MOT retrouvée dans le milieu aquatique. Au niveau spatial, les travaux identifient des composantes précises de l'occupation du territoire et des caractéristiques des bassins versants associées aux apports de MOT. Cette étude contribue au renouvellement des connaissances fondamentales géochimiques du milieu tropical tout en permettant de mesurer l'impact de l'occupation récente du territoire amazonien sur les cycles de la matière organique. La détérioration subséquente des milieux aquatiques par la présence de Hg, l'eutrophisation et la production possible de gaz à effet de serre dans les plans d'eau pourrait ainsi être mieux encadrée et restreinte par des actions visant à contenir les mouvements de la matière organique dans la région. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Déforestation, MOT, Biomarqueurs de la lignine, 210Pb, Sols, Sédiments.

Dans le cadre du « Collaborative Mercury Research Network »(COMERN), la problématique de la contamination des écosystèmes boréaux par le mercure (Hg) a été abordée sous forme d'approche écosystémique. Cette approche a notamment été utilisée dans le cadre du projet dit « des lacs de la forêt boréale » pour comprendre l'origine et le devenir du Hg présent dans ces milieux. Cette thèse fait partie intégrante du volet « interaction lac -bassin versant » et a pour but de comprendre les mécanismes qui influencent l'apport de Hg des bassins versants vers les lacs. L'objectif spécifique est de déterminer pourquoi les concentrations en Hg ([Hg]) dans les sédiments récents varient entre les lacs de l'écosystème boréal. De nombreuses études démontrent que le devenir du Hg dans les écosystèmes lacustres est associé aux apports de matière organique terrigène (MOT). Pour comprendre et préciser cette interaction, une double approche a été utilisée. L'analyse de biomarqueurs spécifiques de la MOT dans les sédiments de lacs et la caractérisation des propriétés des bassins versants par système d'information géographique (SIG). Les biomarqueurs de la MOT ont été choisis car ils sont spécifiquement d'origine terrigène et procurent une information sur la source et la qualité de la MOT. Dans un premier temps et après une revue de la littérature, il est apparu nécessaire de bien définir le cadre de référence et les valeurs sources des biomarqueurs utilisés. Les biomarqueurs de la lignine obtenus par oxydation à l'oxyde de cuivre des végétaux et de matière organique partiellement décomposée sont souvent utilisés pour décrire les sources et l'état de dégradation de la matière organique terrestre (MOT). La plupart des études utilisant ces biomarqueurs font référence aux sources pures (échantillons de plantes fraîches) mais plusieurs recherches récentes démontrent que les sols jouent un rôle prépondérant sur les signatures de biomarqueurs de lignine. Il était donc nécessaire d'établir un milieu de référence plus adapté à cette problématique. Nous avons ainsi démontré que la matière organique des sols de trois grands écosystèmes terrestres du paysage boréal (tourbières et les peuplements dominés par les gymnospermes ou par les angiospermes) est caractérisée par des signatures de biomarqueurs distinctes. De plus, la pédogenèse réduit la variation des signatures de référence de ces biomarqueurs. Finalement, nous avons été en mesure de confirmer le potentiel d'utilisation des indicateurs de dégradation et d'humification de la matière organique des sols. Dans la deuxième partie de cette thèse l'influence du bassin versant sur la composition de biomarqueurs spécifiques de la MOT mesurés dans les sédiments, est analysée. La caractérisation d'un bassin versant est souvent ardue, coûteuse et longue et les biomarqueurs de la lignine représentent d'excellents indicateurs des processus qui ont lieu à l'échelle d'un bassin versant. Les systèmes d'information géographique permettent également d'intégrer et de décrire les caractéristiques morpho édaphiques des bassins versants. En combinant ces deux approches, nous avons observé une relation positive et significative entre la pente moyenne du bassin versant et les apports de MOT estimé par λ8 dans les sédiments récents (R²=0.65). La pente moyenne est également corrélée avec la composition de la MOT. En effet, les rapports P/(V+S) et 3,5Bd/V diminuent significativement avec l'augmentation de la pente moyenne (R²=0.57 and R²=0.71 respectivement). La composition de la végétation influence également la composition des sédiments des lacs étudiés. L'augmentation de la présence d'angiospermes dans le bassin versant favorise l'apport de MOT dans les sédiments de lacs tel qu'estimé par λ8 (R²=0.44). Une relation similaire est observée avec le rapport S/V, indicateur de ce type de source. Dans cette étude, nous avons donc pu déterminer: que les zones de faibles pentes jouent le rôle de zone tampon pour les apports de lignine et donc par extension sur les apports de MOT vers les sédiments lacustres et que la contribution relative de la MOT des horizons de sols organiques augmente dans les bassins versant plus escarpés. Cette étude a des implications significatives pour la compréhension du devenir de la MOT dans les écosystèmes lacustres. Dans un troisième temps nous avons caractérisé la MOT au niveau moléculaire pour déterminer précisément les conditions du transfert de Hg vers les sédiments. Quinze lacs ont été échantillonnés au Québec et au Labrador. Dans chaque lac, les sédiments récents de la zone focale du lac ont été échantillonnés et analysés en laboratoire pour déterminer la concentration en Hg total et celles des différents biomarqueurs terrigènes. Nos résultats mettent en évidence trois régions distinctes déterminées par des apports de MOT et de Hg différents. L'Outaouais et le Témiscamingue (région A) sont caractérisés par des concentrations en Hg très variables et des teneurs élevées en MOT. L'Abitibi (région B) est caractérisée par des taux de Hg intermédiaires et des teneurs de MOT très faibles. Le Labrador (région C) est caractérisé par des niveaux de Hg très faibles et des teneurs de MOT également très faibles. Dans les lacs de la région A, la variation des teneurs en Hg -est bien expliquée par l'augmentation du rapport 3,5Bd/V et la diminution du rapport C/V. Dans la région B, les sédiments sont enrichis en Hg lorsque comparés aux apports de MOT. Une contamination locale due à l'activité minière explique cet enrichissement relatif. Finalement au Labrador, la dynamique de la MOT est dominée par les gymnospermes et la végétation arbustive ou rase et induit une production primaire faible dans le bassin versant. Cette spécificité entraîne un apport très faible de Hg des bassins versants vers les lacs. Notre étude montre donc que la source et la qualité de la MOT sont déterminantes pour comprendre les variations d'apports en Hg dans les sédiments récents. Plus précisément, l'augmentation des apports de MOT dérivés des horizons humifiés des sols explique une grande part des apports de Hg dans les sédiments. Finalement, dans la partie 4 de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la problématique du cycle du Hg dans un complexe hydroélectrique boréal. En effet, la mise en eau d'un réservoir entraîne des impacts environnementaux considérables sur les écosystèmes initiaux comme la modification drastique du cycle du carbone, ainsi que celle de la dynamique des éléments nutritifs et des contaminants. Les sédiments des lacs Gabbro et Sandgirt, inondés, et du lac Atikonak ont été échantillonnés pour déterminer les sources du Hg observé dans le complexe hydroélectrique de Churchill Falls au Labrador. Les biomarqueurs de la lignine ont été utilisés comme indicateur de source de la matière organique terrigène (TOM). Dans le lac Atikonak, qui n'a pas été modifié par l'inondation, les niveaux de Hg total ([THg]) dans les sédiments ont augmenté progressivement dans le temps. Par opposition, dans les lacs Gabbro et Sandgrit inondés, des augmentations drastiques de [THg] ont été observées depuis l'inondation. Contrairement au lac Atikonak, ces augmentations de [THg] dans les lacs inondés sont associées à un changement de la nature de la MOT. À la suite de la mise en eau, la proportion de MOT dans les sédiments a augmenté significativement. La composition de la MOT montre qu'elle est également moins dégradée et présente une signature typique des horizons organiques de sols forestiers. Les résultats obtenus dans cette étude démontrent que l'augmentation de niveaux de Hg dans les sédiments de réservoir est causée par l'inondation des sols forestiers et l'érosion de leurs horizons de surface. Il est également important de remarquer que les [THg] restent élevées 38 ans après la mise en eau. En conclusion, le travail réalisé dans cette thèse permet de démontrer qu'il est possible d'intégrer des paramètres du bassin versant par l'analyse moléculaire de la matière organique terrigène. En associant des analyses moléculaires et des SIG, il est également possible de mettre en place un indicateur de la contamination des sédiments récents par le mercure. Finalement, nous confirmons le rôle primordial des versants dans l'apport de mercure vers les milieux aquatiques. Cette thèse démontre la nécessité du couplage bassin versant milieu aquatique dans les études environementales mais aussi géochimique notamment pour la compréhension des cycles des contaminants et du carbone dans ces milieux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bassin versant, Biomarqueur, Lignine, Matière organique, Mercure, Lac, Réservoir, Sédiment, SIG, Terrigène.

Les forêts du Bouclier boréal stockent de grandes quantités de carbone (C) sous forme de C organique du sol (COS). Toutefois, l'intégrité de ces stocks de COS est menacée par les changements climatiques, mais aussi par la modification de la composition forestière à l'échelle du paysage. En effet, chaque espèce d'arbre possède des traits fonctionnels différents lui permettant d'avoir une influence singulière sur son environnement et sur des processus comme l'accumulation, le stockage et la libération du COS. L'acquisition de connaissances sur la dynamique du COS en forêt boréale est fondamentale pour prédire et atténuer les conséquences de tels changements. L’objectif de cette thèse était d'explorer l'influence de la composition forestière (1) sur la quantité, la distribution et la qualité du COS et sa stabilité face au réchauffement, (2) sur la répartition du COS dans des fractions physiques de sol qui varient en stabilité, et (3) sur les pertes annuelles de CO2 in situ et les facteurs responsables de la variation entre les types de forêts. Collectivement, les résultats montrent que la composition forestière affecte grandement la dynamique du COS en forêt boréale. L'influence de la composition forestière sur les pertes de CO2 se faisait surtout via des variations dans la température du sol et dans la qualité biochimique du C produit dans les types de forêts étudiées. En général, les forêts contenant du peuplier faux-tremble accumulaient moins de COS en surface que les forêts contenant des conifères (pin gris et épinette noire), mais il y en avait davantage en profondeur, endroit où le C est moins susceptible d'être libéré dans l'atmosphère et donc plus stable. Les forêts contenant du peuplier avaient aussi davantage de COS situé dans les fractions physiques du sol les plus stables, c'est-à-dire celles étroitement associées aux particules minérales. Bien que les forêts d'épinettes noires soient celles qui possédaient la plus grande quantité de COS de surface de tous les types de forêts étudiées, ce COS était le plus sensible à l'augmentation de la température de sorte que sa réponse au réchauffement se traduisait par une libération de CO2 plus élevée. De plus, comme le stock de COS de surface des conifères est en partie liée à un microclimat du sol plus froid induit par le peuplement, la libération du CO2 suite à des perturbations qui ouvriraient le couvert ou en changeraient la composition pourrait être plus importante que dans les forêts de feuillus. En conclusion, les résultats de cette thèse suggèrent que le rajeunissement des forêts et notamment l'augmentation du couvert de peuplier faux-tremble dans le paysage diminuerait la taille des stocks de COS, mais en augmenterait la stabilité. Par ailleurs, les forêts d'épinettes noires, qui possèdent d'importants stocks de COS et qui dominent la forêt boréale canadienne, pourraient perdre de grandes quantités de COS suite au réchauffement du climat ou à une transformation du couvert. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : forêt boréale, composition forestière, séquestration du carbone, matière organique du sol, changements climatiques

Les procédés à membranes fonctionnant en mode frontal sont limités par le colmatage. La maîtrise et l'anticipation du colmatage, alors indispensables à la bonne gestion de l'opération, font l'objet de cette étude appliquée à la potabilisation d'eau. Un volume filtré critique, caractérisant la transition entre une accumulation réversible de matière (phase dispersée) et un dépôt irréversible (phase condensée), a été mis en évidence expérimentalement et ses variations avec le flux de filtration et le type de dispersion étudiées. L'analyse et la simulation théorique de la filtration, couplées à la modélisation des propriétés colloïdales, ont permis de relier la pression osmotique au volume filtré critique. Ces résultats ont été utilisés pour améliorer la conduite des opérations de filtration d'une eau de surface : des rinçages réalisés après un volume filtré inférieur à la valeur critique ont conduit à une réduction significative du colmatage et de la consommation énergétique associée.

La méthanisation par voie sèche possède différents avantages par rapport à la méthanisation par voie humide. Les réacteurs sont plus petits, les besoins en eau sont moindres, la production de digestat et le prétraitement nécessaire sont également moins importants. Cependant, plusieurs études ont démontré que l'eau favorise l'hydrolyse du substrat et permet le transport des sous-produits d'hydrolyse et des nutriments vers les bactéries. Pour mieux comprendre le rôle de l'eau lors de la méthanisation, des tests de digestion sèche et semi-sèche à partir de substrats organiques complexes (déchets alimentaires, paille de riz, déchets de carotte), avec différentes teneurs en matière sèche de substrat traité ont été réalisées. Les résultats confirment que l'eau joue un rôle essentiel sur le taux de production spécifique de méthane, le rendement final de méthane généré et la dégradation de la matière volatile sèche (MVS). Le rendement final de méthane produit dans des conditions semi-sèches et sèches est respectivement de 51% et de 59% inférieur avec la paille de riz et 4% et 41% de moins pour les déchets alimentaires en comparaison avec des conditions humides. Des tests d'inhibition basés sur l'analyse des acides gras volatils (AGV) ont été menées pour étudier les processus d'inhibition spécifiques qui ont lieu avec les substrats sélectionnés à différentes teneurs en matière sèche. Pour le cas de la méthanisation par voie humide des déchets de carotte, aucune accumulation d'AGV a été trouvé, et toutes les concentrations d'AGV étaient inférieurs aux seuils d'inhibition. Une corrélation directe entre la teneur en matière sèche et la concentration totale d'AGV (AGVtot) a été mise en évidence pour la paille de riz et les déchets alimentaires. Pour la paille de riz, une concentration d'AGVtot maximale de 2,1 g / kg a été trouvé pour la voie sèche, 1 g / kg dans les conditions semi-sèche et 0,2 g / kg dans les conditions humides, alors que pour les déchets alimentaires la concentration d'AGVtot était de 10 g / kg à l'état sec, 9 g / kg dans les conditions semi-sèche et 3 g / kg dans les conditions humides. Un modèle mathématique de la méthanisation de substrats organiques complexes dans des conditions sèches et semi-sèche a été proposé pour simuler l'effet de la teneur en matière sèche sur le processus. Les données obtenues à partir d'expériences en mode batch, en termes de production de méthane et de concentration d'AGV, ont été utilisées pour calibrer le modèle proposé. Les paramètres cinétiques de production et d'élimination d'AGV ont été calibrés à l'aide des données expérimentales, et il a été montré qu'ils sont fortement dépendants de la teneur en matière sèche et différent des valeurs de la littérature concernant la méthanisation par voie humide. Cela est dû à l'accumulation d'AGV dans les conditions sèches, ce qui implique d'utiliser des valeurs plus élevées concernant les constantes d'inhibition introduites dans le modèle. Enfin, comme la méthanisation par voie sèche a généralement lieu dans des réacteurs à écoulement piston, une étude historique et critique de la littérature concernant la compréhension du rôle de l'hydrodynamique dans des bioréacteurs à écoulement piston a été réalisée / Dry Anaerobic Digestion (AD) presents different advantages if compared to wet AD, i.e. smaller reactor size, lesser water addition, digestate production and pretreatment needed, although several studies have demonstrated that water promotes substrate hydrolysis and enables the transfer of process intermediates and nutrients to bacterial sites. To better understand the role of water on AD, dry and semidry digestion tests of selected complex organic substrates (food waste, rice straw, carrot waste), with various TS contents of the treated biomass have been carried out in the present study. The results confirm that water plays an essential role on the specific methane production rate, final methane yield and Volatile Solids (VS) degradation. The final methane yield in semi-dry and dry conditions was 51% and 59% lower for rice straw and 4% and 41% lower for food waste, respectively, if compared with wet conditions. Inhibition tests, based on Volatile Fatty Acid (VFA) analysis, were carried out to investigate the specific inhibition processes that take place with the selected substrates at different TS contents. In wet AD of carrot waste no VFA accumulation was found, and all VFA concentrations were lower than the inhibition limits. A direct correlation between TS content and total VFA (TVFA) concentration was noticed for rice straw and food waste AD. For rice straw a maximum TVFA concentration of 2.1 g/kg was found in dry condition, 1 g/kg in semidry conditions and 0.2 g/kg in wet conditions, whereas for food waste the TVFA concentration was 10 g/kg in dry condition, 9 g/kg in semidry conditions and 3 g/kg in wet conditions. A Mathematical model of complex organic substrate AD in dry and semidry conditions has been proposed to simulate the effect of TS content on the process. The data obtained from batch experiments, in terms of methane production and VFA concentrations, were used to calibrate the proposed model. The kinetic parameters of VFA production and degradation, calibrated using the experimental data, resulted highly dependent on the TS content and different from wet AD literature values. This is due to VFA accumulation in dry conditions, which implies higher values of the inhibition factors introduced in the model. Finally, as dry AD takes usually place in Plug Flow (PF) reactors, an historical and critical review on the role of hydrodynamics in PF bioreactors has been carried out